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1、SBR法处理煤气化与甲醇废水的运行和控制摘 要通过对永煤集团龙宇煤化工企业煤气化与甲醇废水的研究，概述了煤气化与甲醇废水的来源、特点及对该类废水处理工艺的研究和应用现状。通过实际工程调试，较深入地探讨了水解酸化SBR组合工艺处理该类废水的运行参数的影响，系统研究了各单元的运行效果、效率、影响处理工艺的因素及控制条件等，以期为同类废水的处理提供可借鉴性参考。本次生产性试验采用水解酸化SBR工艺处理煤气化高氨氮废水，其新颖之处就是在生化SBR池前加入了水解酸化池，该单元控制合适的pH值，水解池有大量生物水解酸化酶存在，可调节废水中有机物的组成，提高废水可生化性，改善后续生物处理条件；而该SBR工艺
2、改变了传统的运行方式，在曝气的后面加入了回流阶段，并在厌氧回流阶段加入一定量的甲醇作为反硝化的碳源，对氨氮的去除起到了很好的效果。通过对该课题的生产性试验研究得出煤气化与甲醇废水作为一种高氨氮污水，采用水解酸化SBR为主体的治理工艺经实际运行证明，其技术上是可靠的，经济上是合理的；通过试验确定了煤气化与甲醇废水混凝处理的最佳工艺参数：絮凝剂PAC药量投加为120mg/L、助凝剂PAM药量投加为2.0mg/L；通过现场调试，确定了SBR最佳工艺参数为：进水曝气2.0小时，（回流1.0小时、曝气1.0小时，循环9次），静止沉淀3.0小时，排水排泥1.0小时，周期为24.0小时。出水达到国家一级A标
3、准。关键词：煤气化与甲醇废水，水解酸化，SBR工艺，脱氮目 录摘要I引言11.4.1序列间歇式循环活性污泥法（CASS）处理工艺21.4.2 UASB反应器+好氧31.4.3 A2/O法41.4.4 SBR工艺41.5水解酸化+SBR工作原理及工艺特点51.5.1 SBR工作原理51.5.2 SBR工艺特点61.6 SBR工艺的应用与发展61.6.1 ICEAS工艺71.6.2 IDEA工艺71.6.3 DAT-IAT工艺71.6.4 UNITANK工艺81.7 SBR工艺生物脱氮理论81.7.1 废水中氮存在的形式81.7.2 硝化过程81.7.3 反硝化过程91.7.4 SBR工艺生物脱氮
4、的影响因素影响91.8本课题来源与主要研究内容121.8.1 课题的来源121.8.2 课题研究的主要内容122水解酸化SBR工艺系统设计132.1系统概述132.1.1 工艺流程132.1.2 工艺流程说明142.1.3 混合后废水水质参数及排放标准152.2 预处理系统162.2.1 构筑物设计162.2.2 预处理工艺概述172.2.3 预处理系统的药剂182.3生化处理系统182.3.1 构筑物设计182.3.2 生化系统概述192.3.3 生物处理系统的药剂192.4污泥系统202.5自动控制系统203污水处理站的试生产213.1 破氰处理213.2 絮凝沉淀处理213.3 污泥的培
5、养213.3.1 厌氧（水解酸化池）污泥的培养213.3.1.1 接种驯化法213.3.1.2影响水解酸化的主要因素223.3.2 好氧（SBR池）污泥的培养223.3.2.1自培养驯化法223.3.2.2接种驯化法233.3.2.3影响好氧的主要因素233.3.3 观察指标234 异常现象发生的原因及处理方法244.1 污染性状异常及解决对策244.2水质测定中异常现象及解决对策254.3工厂生产不正常时废水处理站的运行对策264.4根据该废水站的工艺特点，可以考虑下述运行管理方法或应急措施264.4.1 间歇曝气法264.4.2 调节活性污泥量法264.4.3 加大调节池的容积265 结论
6、27致谢28参考文献29第 29 页 引言1.1永煤集团龙宇煤化工煤制甲醇项目的工业废水处理概述随着石油资源紧缺、油价上涨及甲醇汽油的推广使用, 国内外甲醇生产和甲醇生产烯烃类物质关键技术的突破正呈现突飞猛进的态势。甲醇生产原料包括天然气、煤、轻油、重油等, 鉴于我国自身的资源储量现状，煤将成为我国甲醇生产最重要的原料，煤制甲醇工艺得到了大力的推广和运用。随着煤制甲醇厂家在国内大批上马，其带来的“三废”环境污染也不容忽视。以煤为原料生产甲醇工艺较复杂生，各个工段的工艺不同, 其生产过程产生的污染源项、源种、源强均不同。永煤集团龙宇煤化工以煤为原料，采用壳牌气化、宽温耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳
7、、低压法Lurgi合成、三塔+回收塔精馏为主的甲醇合成工艺。工业废水为煤气化与甲醇废水，污水处理采用SBR工艺，经过半年的活性污泥的培养、驯化及调整运行，取得了良好的处理效果，废水处理后达到污水综合排放标准的一级A标准。1.2煤气化废水的概述煤的气化过程是一个热化学过程，它是以煤或煤焦为原料，以氧气、蒸汽或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。气化所得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分包括CO、H2及CH4等；煤气化工段洗涤塔洗涤排放的洗涤水含灰低，温度也不高，并且补充的是变换冷凝液（除盐水）, 因此大部分可循环使用。根据壳牌煤气
8、化工艺技术并结合用煤质成分，少量排水主要含有灰分、氨氮、硫化物、CODcr、氰化物等、其中NH3-N浓度较高，约400500mg/L。采用初步水处理，即经一级减压放出溶解气后，经过汽提、澄清、沉降后排放去污水处理站。其中蒸汽汽提工艺主要汽提污水中的氨氮、硫化物等。废水中残留的氨氮浓度主要与汽提所用的蒸汽温度有关，汽提后污水中的氨氮含量可小于200mg/L。煤气化废水是采用初步水处理后排放的部分废水，主要污染物为氨氮、硫化物、CODcr、氰化物、悬浮物等，其水温、悬浮物和氨氮含量都很高。1.3甲醇废水的概述甲醇是一种重要的化工产品。在甲醇生产过程中，由精镏塔底排出的约为甲醇产量20%（甚至更高比
9、例）的蒸馏残液，通常称为甲醇废水。甲醇废水具有强烈的刺激性气味；CODcr的高达数万mg/L, 其主要成分为甲醇、乙醇、高级醇及醛类；还含有一些长链化合物，当废水冷却时以有色蜡状物析出。该精馏工段采用三塔精馏工艺, 并在常压塔后设回收塔，对精馏塔排出的甲醇废水进行回收, 增加副产品杂醇。按照精馏模型设计和操作，甲醇精馏工段废水中甲醇含量能够降低至小于0.05%，CODcr浓度低于800mg/L，该废水排入出水处理站。1.4煤气化与甲醇废水的处理工艺煤气化与甲醇废水的处理方法可分为物理化学法和生物处理法两大类。物理化学法包括蒸氨、除油、溶气气浮、溶剂萃取脱酚、碱性氯化法、次氯酸钠氧化法、活性炭吸
10、附、混凝沉淀、蒸馏汽提法、萃取法、吸附法、汽化法、焚烧法、膜技术、湿式氧化法、空气催化氧化法、化学氧化法和电解氧化法等方法，每种方法都有选择的去除或回收废水中某一种或几种污染物质。在生化处理工艺中由于进入污水处理站的废水中的BOD5:CODcr约为0.6左右，属于可生化性好的废水。目前，去除这些污染指标的常用方法有厌氧、好氧或厌氧+好氧复合等多种生物处理工艺。但煤气化与甲醇废水最主要特点是含有醇类、酸类、醚类、氨类和氰化物等物质，且有机物、氨氮与悬浮物含量高，常规的活性污泥工艺过程中硝化作用不完全，反硝化作用则几乎不发生，总氮(TKN)的去除率仅10%30%之间，因此很难去除煤气化与甲醇废水中
11、的氨氮。目前用于处理煤气化与甲醇废水的主要工艺有序列间歇式循环活性污泥法（CASS）、 UASB反应器工艺、A2O工艺、SBR序批式活性污泥法。1.4.1序列间歇式循环活性污泥法（CASS）处理工艺CASS属于序列间歇式活性污泥法（SBR）工艺的一种，工艺特点的大部分与传统SBR相似。 CASS工艺最大的特点是连续进水，间歇排水变形。为了提高废水的可生化性和防止污泥膨胀, 一般设有生物选择器或预生物反应器。与普通活性污泥法相比，CASS工艺流程简单, 占地面积小，投资较低；处理效率高，出水水质好；运行灵活，适合分批建设。但是工艺本身也存在一些不足，如运行管理较复杂，关键设备滗水器故障率高。CA
12、SS工艺周期排水量仅为有效容积的1/3，一般情况下要求最少设置两池，因此处理装置容积闲置率较高。另外，由于排水为间歇方式，因此使CASS工艺与后续处理设施衔接较困难，通常要增加中间水池和提升设备。其处理工艺示意图见图1.1。带式压滤机外运出水砂 滤活性炭过滤预曝气CASS池消 毒污泥池调节池冷却塔污水图1.1 CASS法处理流程示意图CASS工艺目前在国内多用于生活污水和一些可生化性较好的工业废水，如食品工业废水等，但CASS工艺对氨氮的去除效率一般。据国内研究应用CASS工艺较多的总装备部工程设计研究总院环保中心的研究资料显示，当进水氨氮大于100mg/L时，出水氨氮的浓度超过50mg/L，
13、氨氮去除率小于50%。为了增加脱氨效率，工程实际中增加了水解酸化池和污泥回流系统，使废水处理系统投资增加，运行费用升高，管理难度加大。1.4.2 UASB反应器+好氧污水先进入调节池调节水质、水量，并进行预曝气, 然后进入隔油池进行除油，除油后的污水经pH （化学沉淀）值调整、混凝沉淀后进入UASB进行厌氧生化处理，然法后进入好氧池进行好氧生化处理，最后经过沉淀、消毒、过滤及活性炭吸附，处理后的水送循环系统。其处理工艺示意图见图1.2。污泥二氧化氯沼气格 栅污水反冲洗水出水鼓风接触氧化沉 淀 池消 毒砂 滤活性碳过滤沉淀池UASB反应器隔油池水质调节池调节池预曝气PH调整药剂污 泥 池污泥脱水
14、外运鼓风上清液图1.2 UASB反应器污水处理工艺示意图1.4.3 A2/O法剩余污泥回流污泥回流混合液隔油池出水好氧池厌氧池缺氧池调节池板框压滤机沉淀池混凝沉淀池污水污 泥A2/O的处理机理是硝化与反硝化作用。硝化作用就是废水中的氨氮在有氧条件下通过硝化菌作用, 将氨氮氧转化成NO2和NO，同时降解废水中的氰等有机物。反硝化作用就是在缺氧的条件下，通过脱氮将硝化反应所产生的NO2和NO中的N还原为N2排入大气，达到脱氮的目的, 同时降解有机物。该工艺在国内焦化厂应用较多，废水处理效果较好。其处理工艺示意图见图1.3。图1.3 A2/O法工艺流程示意图1.4.4 SBR工艺SBR工艺序批式活性
15、污泥（简称SBR）是由美国的Ivrine在20世纪70年代初开发的是一种间歇运行的活性污泥法废水处理工艺，兼均化、初沉、生物降解、终沉等功能于一池。通过时间控制来实现各阶段的操作目的，在流态上属于完全混合式，却实现了时间上的推流，有机污染物随着时间的推移而降解。废水脱氮过程中，由于硝化阶段需要好氧，反硝化阶段需要厌氧，并且硝化与反硝化所需pH值、停留时间不同，这些都可以通过SBR工艺调节其参数来实现，并且随着自动化程度的提高，SBR工艺近年来在国内外引起广泛重视。经典SBR工艺采用间歇运行方式，污水间歇进入处理系统，间歇排出，一般来说，它的一个运行周期包括5个阶段，如图1.4所示。图1.4 S
16、BR法工艺流程示意图第1阶段，进水期：污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行液位，并且借助于池底曝气的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。第2阶段，反应期：进水达到设定的液位后，开始曝气，采用射流或完全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气。第3阶段，静置期：反应池处于静沉状态，既不曝气也不搅拌，进行高效的泥水分离，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行。第4阶段，排水期：上清液由滗水器排出。第5阶段，闲置期：活性污泥中微生物充分休息，恢复活性，为了保证污泥的活性，防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥提供足够的空间生长繁殖。D.boaja等对SB
17、R工艺用于处理猪舍废水中氨氮进行了可行性研究，试验结果表明，利用SBR工艺处理该种废水氨氮为300mg/L一500mg/L时，去除率达到98%一99.8%。此外，氧化沟工艺、固定化流化床工艺等也具有较好的去除氨氮的效果。1.5水解酸化+SBR工作原理及工艺特点1.5.1 SBR工作原理SBR工艺是一种结构形式简单、运行方式灵活多变、空间上完全混合、时间上理想推流的污水生物处理方法。它的运行工况是以间歇操作为主要特征，所谓序列间歇式有两种含义：一是运行操作在空间上按序列排的、间歇的，整个系统要有两个池或多个池子组成;二是每个SBR的操作在时间上也是按序次的、间歇的。一个运行周期按次序分为五个阶段
18、:进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段。而该工艺改变了传统的运行方式，在SBR的前面加入了厌氧水解酸化池，并在曝气拌阶可以设置一段时间使SBR池中的废水进行回流到水解酸化池，并加入一定量的甲醇作为反硝化的碳源，对氨氮的去除起到了很好的效果。1.5.2 SBR工艺特点与连续式相比，SBR作为污水处理方法具有以下特点（1）工艺流程简单，构筑物少，造价低，占地省，设备费及运行管理费低。（2）空间上完全混合，时间上完全推流，不需调节流量，静置沉淀，分离效果好，出水水质好。（3）运行方式灵活，可生成多种工艺路线，达到多种不同的处理目的。（4）可在一个反应器内实现脱氮除磷，可利用储存性反硝化，同时性反硝化及强
19、化生物吸附作用。（5）耐冲击负荷高，进水结束后，原水与反应器隔离，进水水质水量的变化对反应器不产生影响。间歇进水、排放以及每次进水只占反应器体积的2/3左右，其稀释作用进一步提高了工艺对水质耐冲击负荷的能力。（6）污泥活性高，易沉降，不易产生污泥膨胀。1.6 SBR工艺的应用与发展近几年来，由于SBR工艺的高效率与低造价，在世界各国得到了广泛的应用，各种类型的SBR工艺都有上百座污水厂投入运行。除了美国、日本、澳大利亚等国在SBR方面己广泛应用外，东南亚也是SBR应用较普及的地区。自1985年Ngwan-Jem首先利用SBR成功处理了养猪场废水后，SBR工艺已更多地用于处理制药废水，棕油废水，
20、印染废水、制浆废水以及生活污水。我国于20世纪80年代中期开始对SBR进行系统研究与应用，1985年，上海市政设计院为上海吴淞肉联厂设计投产我国第1座SBR污水处理站，设计处理水量为2400t/d。随后，SBR工艺在工程上获得了广泛的应用，先后有研究人员对酚氰废水、腈纶印染废水、屠宰废水、皮革废水、焦化废水、土霉素废水、造纸和味精废水、制药废水、生活污水等做了深入的研究，并对SBR工艺提出了一系列的改进措施，取得了大量现场工程经验。目前，上海、广州、无锡、扬州、昆明等地已有多座SBR处理设施投入使用。由于SBR自控程度比较高，因此在SBR的发展过程中，其设备与自控水平也有了长足的发展。在射流曝
21、气的基础上，同向射流与异向射流两用曝气器有了很大的发展，例如碟式射流曝气器即是一种新型的曝气设备，具有较好的冲氧及搅拌混合的能力，同时具有较好的去除有机物的功能。新型的滗水器，pH、DO、ORP等在线仪表的出现都为SBR技术的发展提供了支持，SBR计算机控制系统研究也取得了一系列的成果，同时人们还不断对SBR进行改进，一些新型的SBR得到了发展。1.6.1 ICEAS工艺ICIEAS工艺于20世纪80年代初在澳大利亚兴起，是变形的SBR工艺，最大的特点就是在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式为连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），间歇排水，无明显的反应阶段和闲置阶段。虽然沉淀期进水在主
22、反应区底部造成的水力紊动会影响泥水分离时间，使进水量受到一定限制，但由于CIEAS设施简单，管理方便，尤其是处理市政污水和工业废水方面比经典的SBR系统费用更省，在国内外均得到广泛应用。CAST/CASS/CASP工艺CASS工艺70年代开始得到研究和应用，与CIEAS相比，预反应区容积较小，优化设计了生物选择器。该工艺将主反应区部分污泥回流到该选择器中，在运行方式上沉淀阶段不进水，使排水的稳定性得到保障。通常CASS分为三个反应区，即生物选择器、缺氧区、好氧区，各区容积比一般为1:5:30。CASS预反应区的设置和回流污泥的措施，保证了活性污泥不断的在选择器中经历一个高絮体负荷的阶段，从而有
23、利于系统中絮凝细菌的生长，并可提高污泥活性，使其快速去除废水中溶解性易去除基质，进一步有效地抑制丝状细菌的生长和繁殖，同时沉淀阶段不进水，保证了污泥沉降无水力干扰，提高了泥水分离效果。由于CASS技术工艺简单，土建和投资低，能够很好的缓冲进水水质的波动，而且除磷脱氮效果好、运行简单、无需大量的污泥回流和内回流，因此近几年来在全世界范围内得到了广泛的推广。1.6.2 IDEA工艺IDEA工艺采用连续进水、间歇曝气、周期排水的运行方式，与CAST相比，预反应池（生物选择器）改为与SBR主体处理构筑物相独立，部分剩余污泥回流入该反应池，且采用反应池中部进水，预反应池的设立可以使污水在高絮体负荷下有较
24、长的停留时间，保证高絮凝性细菌的选择，该设计在充分保持了CAST工艺的优点上，进一步提高了处理效果。1.6.3 DAT-IAT工艺DAT一IAT工艺的主体处理构筑物由需氧池DAT和间歇曝气池IAT组成，一般情况下DAT，池连续进水，间歇曝气，原水首先经DAT池的初步生物反应后再进入IAT池，由于连续曝气起到了水力均衡的作用，提高了整个工艺的稳定性。进水工序只发生在DAT池，排水工序只发生在IAT，在IAT池内完成曝气沉淀、滗水和排出剩余污泥工序，从而使整个生物处理工序的可调节性进一步增强，有利于去除难降解有机物。与CASS和ICEAS相比，DAT是一种更灵活、完备的预反应池，从而使DAT池和I
25、AT池能够保持较长的污泥龄和很高的MLSS浓度，对有机物和毒物有较强的抗冲击能力。DAT-IAT工艺同时具备SBR工艺和传统活性污泥法的优点，与其他工艺相比DAT-IAT流程大大简化，节省占地面积和投资。1.6.4 UNITANK工艺UNTIANK工艺于20世纪90年代初由比利时的SEGHERS公司开发，又称交替生物池。该系统的运行近似于三沟式氧化沟，通过将经典SBR的时间推流与连续系统的空间推流相结合保证了系统的连续运行，弥补了单个反应器完全混合的不足，除了保留原有经典SBR的自动控制系统以外，还具有滗水简单，池子构造简化，出水稳定不需沉淀污泥回流等特点，大大节约了投资和运行成本。此外，与其
26、他工艺相结合，出现了以SBR为主的新工艺，Ying等在SBR中投加粉末活性炭（PAC），并命名为PAC-SBR，投加低剂量的PAC可以明显改善SBR去除垃圾填埋渗滤液中芳香烃化合物的效果，并具有很好的耐冲击负荷能力。厌氧序批式活性污泥法(ASBR)是SBR工艺在厌氧生物处理中的应用。膜法SBR（BSBR）就是在SBR反应器内投加弹性立体填料，使其结合了生物接触氧化法和SBR法的优点。MSBR是C.Q.Yang等人根据SBR技术特点，结合传统活性污泥法技术，研究开发的一种更为理想的污水处理技术。1.7 SBR工艺生物脱氮理论1.7.1 废水中氮存在的形式氮在废水中以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸
27、盐氮等形式存在。煤气化与甲醇废水中氮的存在形式以有机氮和氨氮为主。1.7.2 硝化过程由有机氮转化为氨氮的过程称为氨化，由氨氧化成硝酸的过程称为硝化作用，这个过程须在好氧条件下才一能进行。硝化作用是由两类不同的硝化细菌负责，分两步实现。亚硝酸细菌负责氧化氨为亚硝酸，硝酸细菌负责氧化亚硝酸为硝酸。微生物硝化过程中的化学反应见式（1-1）至（1-2）： （1-1） （1-2）将两式合并得：（1-3）此过程需要足够的氧气才能进行，通过方程可以计算出，当lmg 被氧化成 时，约有4.57mg氧被消耗，7.07mg碱度（以CaCO3计）被中和；0.08mg无机碳被利用，所以该反应过程中需要补充一定量的碱
28、度。1.7.3 反硝化过程生物反硝化是指污水中的 和 在无氧和缺氧条件下，被微生物还原转化为氮气的过程。反硝化过程以BOD5作为生物合成和能量产生碳源，以硝酸盐作为氧源。生物反硝化过程中发生的化学反应如（l-4）至（1-5）所示（合成反应以甲醇为碳源）： （1-4）（1-5）在此过程中，当lmgNO3-N被还原时，约3.75mg碱度（以CaCO3计）被产生出来；3.7mgCODcr被消耗；SBR工艺在一个运行周期中，各个阶段的运行时间，反应器内混合液体积的变化，以及运行状态等都可以根据具体废水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握。含氨氮废水脱氮过程中，由于硝化阶段需要好氧，反硝化阶段需要厌氧
29、，并且硝化与反硝化所需pH值、停留时间不同，这些都可以通过调节SBR工艺参数来实现。1.7.4 SBR工艺生物脱氮的影响因素影响SBR工艺脱氮的因素很多，如各阶段的时间分配、碳源（C/N）、溶解氧（DO）、温度、pH值、污泥龄（c）等都对该水解酸化+SBR工艺的脱氮效率产生一定的影响。1.7.4.1各阶段的时间分配各阶段的时间分配是SBR工艺脱氮过程中的重要参数之一，时间的分配合理与否关系着脱氮效率的高低。Dimadadopoulous等人基于SBR法处理生活污水的试验得出，总氮去除率与好氧/缺氧时间比有密切关系，在一个运行周期内，较大的好氧/缺氧时间比有利于总氮的去除，设定好氧/缺氧的时间比
30、为20:3、17:6、14:9时，总氮去除率分别为48.8%、47.7%、35%，研究者认为去除率下降的原因是好氧时间不足，硝化反应不完全，无法为反硝化反应提供足够 好氧/缺氧时间比对反硝化活性也有影响，“厌氧-缺氧-好氧”比“厌氧-好氧”更利于反硝化菌的生长富集。据Mexrokui等人报道，从凡A2SBR中可分离20株反硝化细菌，而在刀A/O SBR中仅分离9株，好氧阶段时间过长，会抑制脱氮酶系的产生，从而降低反硝化活性。另据Shin等人报道，在低碳负荷下处理生活污水时，SBR闲置时间过长，会诱发丝状菌性污泥膨胀，影响脱氮效果。1.7.4.2碳源（C/N）生物脱氮的反硝化过程中，需要一定数量
31、的碳源以保证一定的碳氮比而使反硝化反应能顺利进行。反硝化碳源的供给可通过外加碳源的方法（采用传统的脱氮工艺）或利用原废水中的有机碳源（采用前置反硝化工艺）的方法来实现。一般认为，当废水中的BOD5与TKN之比在58时，即可认为碳源充足而满足废水生物脱氮的要求;当废水中的碳、氮比过低，即BOD5/TKN小于35时，则应考虑补充必要的外碳源。外碳源大多采用甲醇（CH3OH），因它易被氧化分解为CO2和H2O，且能获得最大的反硝化速率（一般该速率约为无外加碳源时的4倍）。Klangduen Pochnaa等研究了碳源对硝化反硝化的影响，结果认为易生物降解有机碳为硝化反硝化的重要影响因素之一，试验中添
32、加易生物降解有机碳可使硝化反硝化的活性显著加强。1.7.4.3溶解氧（DO）溶解氧是SBR生物脱氮过程中的一个重要控制因素，它直接影响到硝化、反硝化进行的程度。Munch等人的试验数据表明，不论DO大范围波动（0.5mg/L3 mg/L），还是小范围波动（1.9 mg/L2.l mg/L），也不论这种波动是长期的，还是短期的，硝化速率几乎不变，总氮去除率则随DO的降低而提高。究其原因，可能是虽然SBR呈现好氧/缺氧交替，但其中的微生物种群相对稳定；另外，DO降低有利于进行厌氧反硝化作用。1.7.4.4温度温度对硝化和反硝化有较强的影响，是生物脱氮过程中的重要控制因素之一。在1030之间，温度每
33、升高10，硝化速率可提高3倍，但超过38时，硝化作用则几乎完全停止。高景峰等研究了温度对亚硝酸型硝化/反硝化的影响，指出温度维持在30得到的亚硝酸型硝化的污泥，在常温（19.523.5）运行50个周期，硝化类型转变为硝酸型硝化，对此污泥，随着温度的逐渐增加，硝化类型逐渐转变为亚硝酸型硝化，当温度达到2829，硝化类型为稳定的亚硝酸型硝化，硝化结束时 / 平均维持在82.2%一83.5%。1.7.4.5 pH值在硝化作用中，系统pH值对硝化菌的生长繁殖有很大影响，由于硝化要消耗废水中的碱度而使pH值下降，对亚硝化菌来说，在一定的温度下，需在最佳pH值的环境下，硝化速度才能达到最大值，亚硝酸氧化菌
34、的适宜pH值为7.08.5，氨氧化菌的适宜pH值为7.08.5。若反应器pH值小于7，则硝化反应受到抑制。根据理论计算，当lmgNH3-N被氧化成 时，约有4.57mg氧被消耗，7.07mg碱度（以CaCO3计）被中和，0.08mg无机碳被利用；在反硝化过程中，当lmg 被还原时，约产生3.75mg的碱度（以CaCO3计），3.7mgCODcr被消耗，方士等研究了用两段SBR法处理经稀释的味精废水，其过程可分为碳氧化阶段和三个亚硝化/反亚硝化阶段，得出pH值与废水中的游离氨（FA）和游离亚硝酸（NFA）的浓度相关。是影响脱氮的重要因素，pH值越高，越有利于碳氧化阶段氨氮的吹脱效果:亚硝化阶段、
35、的最佳pH值分别为6.8、8.2、8.2；反亚硝化阶段、的最佳pH值分别为7.5、8.2、8.2。1.7.4.6 污泥龄（c）对于生物脱氮工艺而言，污泥龄是一个重要的设计参数。理论上讲，为保证反应器中数量足够且性能稳定的硝化菌和反硝化菌，须使微生物在反应器中的停留时间（即污泥龄c）大于硝化菌和反硝化菌的最小时代期（即它们最大比增长速率的倒数）。在实际运行中，一般应使系统的污泥龄为硝化菌和反硝化菌时代期的两倍以上，根据理论分析可知，脱氮工艺（包括同时脱氮除磷）中的污泥龄主要由亚硝化菌的时代期控制，因而污泥龄应依据亚硝化菌的时代期来确定。一般而言，生物脱氮工艺的污泥龄应控制在35d以上，有的可高达
36、1015d。较长的污泥龄可增加生物硝化的能力，并可减轻有毒物质的抑制作用，但同时须注意污泥龄不能过长，过长的污泥龄将降低污泥的活性而影响处理效果。1.8本课题来源与主要研究内容1.8.1 课题的来源永煤集团龙宇煤化工煤制甲醇项目一期50万吨甲醇项目，该项目是省委、省政府确定的2008年重点建设项目和河南龙头启动项目，是河南省依托煤炭资源优势，加快豫东煤化工基地能建设的重要举措。该项目在设计施工中广泛采用了分子筛予净化及液氧泵内压缩空分工艺、壳牌煤气化技术、NHD净化工艺专利技术、绝热一管壳复合式专利反应器甲醇合成、三塔甲醇精馏技术等当今国际先进的生产工艺和技术。甲醇项目位于河南省永城市新区南郊
37、，废水处理用地紧张，由于水解酸化+SBR工艺占地面积小，具有良好的工艺性能和灵活的操作性，使其易于引入厌氧/缺氧/好氧过程，具有良好的脱氮效果；而且水解酸化+SBR工艺处理构筑物构成简单，设备费用、运转费用低;可根据废水的水质灵活控制曝气时间，使废水能达标排放等优点，由于该工程的特点与上述几种工艺的比较，所以最终选择了占地面积较小的水解酸化+SBR工艺。1.8.2 课题研究的主要内容SBR工艺适合于处理高浓度氨氮且具有大量有毒难降解有机物质的煤气化废水。但通过查阅国内外资料表明，利用SBR工艺处理含氮废水的研究主要停留在处理含有低浓度氨氮的生活污水上，而对于难处理的高氨氮煤气化废水较少。本课题
38、主要研究运用水解酸化+SBR工艺处理煤气化与甲醇废水，使该厂废水达到污水综合排放标准的一级A标准。本课题研究的水解酸化+SBR工艺改变了传统运行方式的工作序列，并在其工艺中曝气回流，具有较好的有机物及氨氮去除效果。当水解酸化与SBR工艺结合后，在提高生物脱氮、降低能耗方面具有很大的潜力，具有较高的环保价值和经济价值，因此有望在含氨氮的污水处理工艺中推广应用，具有良好的应用前景。在深入考察了煤气化与甲醇废水处理工艺的基础上，通过参与试验工程的调试运行工作，从微生物生态学、生物化学的角度出发，通过对水解酸化池的调试、SBR反应池的启动运行、污泥的培养驯化、工艺参数的调试确定、整个系统的维护管理等实
39、际参与，对以下方面作深入研究:（1）探讨混凝工艺对煤气化废水处理的机理。以试验方法确定混凝条件，选出最佳混凝剂、助滤剂，确定最佳投药量及最佳工艺条件；（2）考察水解酸化SBR组合工艺处理煤气化废水的规律性、处理效率与工程效益、经济技术指标，探明各单元处理的最佳工艺参数、最大处理能力及系统整体最优化；（3）确定该废水用水解酸化+SBR工艺处理的CODcr及氨氮的降解模式及其参数特点，通过工程调试，研究该废水用水解酸化+SBR工艺处理的脱氮特性，寻找到该类废水氨氮去除的根本原因；（4）对水解酸化与SBR生化池处理废水的效果进行分析，确定最佳参数与其在整个处理系统中的作用；（5）在工程调试研究中，将
40、针对该工艺，比较选择不同的参数影响，如水解酸化+SBR工艺各阶段的时间分配、碳源、DO（溶解氧）、温度、pH值、污泥龄等。并对反应池调试运行期间出现的异常现象研究解决办法，制定控制措施。对实际运行效果进行总结，最终得出一系列可作为工程设计的参数以及工程运行的经济效益、环境效益和社会效益。2水解酸化SBR工艺系统设计2.1系统概述该课题针对煤气化与甲醇废水的特点，在小试的基础上确定了采用加药混凝沉淀预处理和序批式活性污泥法（简称SBR）的主体处理相结合工艺，该工艺的新颖之处就是改变了常规的SBR工艺运行次序，并在SBR池前增加了水解酸化池，两者的结合，使该系统具有了可调节废水中有机物的组成，提高
41、废水可生化性，改善后续生物处理条件，对氨氮的去除也有很好的效果。预处理主要为化学混凝沉淀与曝气吹脱，去除部分污染物、悬浮物和降低污水生物毒性，同时补充部分碱度和磷，保证后续生化处理的去除效率， 2.1.1 工艺流程工艺流程如图2.1所示。事故池 气化废水、甲醇废水 集水池pH调节池 破氰池 中和池絮凝池沉淀池生活污水格栅井生活污水吸水井均质池水解酸化池SBR缓冲池SBR池监测池排水池图2-1 废水处理工艺流程2.1.2 工艺流程说明汽化废水、甲醇废水经管道送入集水池，检测后根据水质情况，泵入pH调节池（车间事故排放时废水进入事故池），调节水质、水量后入破氰池，破氰后再进入中和池调节pH值，中和
42、后的废水加入混凝剂进入沉淀池沉淀。沉淀后的废水进入均质池。厂区生活污水经机械格栅去除较大的纤维及杂物后，自流入生活污水集水池，再经泵抽入均质池。生活污水和经过预处理后的其它废水在均质池混合均质，再进入水解酸化池进行水解酸化处理，将大分子有机物分解为小分子物质，有利于好氧生物处理，同时去除部分COD。并将SBR池的污泥回流到水解池进行反硝化反应，以去除部分氨氮。经水解酸化后废水泵入SBR池进行好氧处理，去除大部分COD及氨氮，后直接排入监测池。监测池设有在线COD分析仪，检测达标后排放；若检测不达标则回流至均质池进行重新处理。由于该项目废水NH4-N/COD值较高，运行中SBR池可能出现碳源不足
43、，从而影响NH4-N的去除效果，必要时需向SBR池中投加甲醇，以补充SBR池脱氮所需的碳源。沉淀池、水解酸化池及好氧池的污泥经排泥管进入污泥浓缩池浓缩，浓缩后经离心机脱水，上清液回均质池，干泥可在厂内集中堆积后外运，滤液回流到匀质池，不存在二次污染。2.1.3 混合后废水水质参数及排放标准2.1.3.1混合后废水进水指标包括气化废水、甲醇残液废水与厂区部分生活污水三部分，其水质水量如表2.1所示。表2.1本工程设计混合后废水进水指标为(单位：mg/L)序 号项 目单 位水 质 参 数（进 水）1水 量t/d24002pH693悬浮固体（SS）mg/l904五日生化需氧量（BOD5）mg/l30
44、35化学需氧量（COD）mg/l5546氨氮mg/l677总氰化物mg/l11.78硫化物mg/l2.99氟化物mg/l8.510磷酸盐（以P计）mg/l0.160.4911元素磷mg/l0.282.1.3.2厂方出水水质要求污水处理站出水应满足污水综合排放标准(GB89781996)中的一级A标准，该项目污水经处理后，排水水质应执行如表2.2所示。表2.2废水处理出水指标(单位:mg/L)序号基本控制项目一级A标准1化学需氧量（COD）502生化需氧量（COD）103悬浮物（SS）104动植物油15石油类16阴离子表面活性剂0.57总氮158氨氮59总磷0.510色度3011pH6-912粪
45、大肠菌群数（个/L）1032.2 预处理系统2.2.1 构筑物设计2.2.1.1 集水池结构尺寸：9.50m16.00 m4.00m将汽化废水和甲醇废水收集、混合。2.2.1.2 pH调节池结构尺寸：2.50m4.00 m5.00m可以调节水质的浓度、温度，并投加液碱调节pH，满足后续处理单元的需要。调节池设曝气管进行搅拌、均和。控制参数：11pH11；氧化剂投加量：NaClO/CN-=572.2.1.4 中和池结构尺寸：2.00m4.00 m5.00m调节废水的pH值满足后续处理单元。控制参数：pH=782.2.1.5 絮凝池、沉淀池絮凝池：结构尺寸：1.50m4.00 m5.00m沉淀池：结构尺寸：4.00m10.00 m5.00m大颗粒的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀方法除去。但是，微小粒径的悬浮物和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然沉降。这是由于胶体微粒