关键词：焦化废水；微电解；气浮除油；A2/O法；提标改造
某焦化废水处理工程由某环保公司设计，采用预处理+A2/O+TNC系统组合工艺，焦化废水经预处理系统隔油池沉淀，气浮池物化处理，调节池调节水量、均匀水质，泵送生化系统厌氧池、缺氧池及好氧池，通过生物作用降低COD、NH3-N，经TNC系统酸化电解、催化氧化、碱化沉淀、一系列处理后出水送钢铁厂高炉冲渣，工艺流程如下：
焦化废水是一种高浓度、高污染的有机废水，其毒性大，可生物降解性差，是最难处理的一类工业废水。水处理车间由于长期运行，系统受设计工艺、生化池结构、短流现象以及进水水质差，污染物浓度高，相关设备损坏老化等因素影响，生物系统处理效率低，二沉池水质差，致使后处理（高级氧化工艺）负荷高，运行效果难以保证。现有的处理设施及工艺设备已无法满足当前的环保要求，需对水处理系统进行升级改造。
1.废水水量及进出水水质要求
1.1处理水量
废水量：1500m3/d （其中生产污水为900t，生化污水为600t）
设计处理能力：75m3/h（预处理系统设计处理能力为45m3/h，生化系统设计处理能力为75m3/h）
1.2进水水质
2.升级改造说明
2.1现况
目前水处理车间出水水质指标不稳定，无法达到新的环保要求。主要问题就是我公司焦化废水处理项目建设时间较早，当时针对焦化废水的《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012）和《焦化废水治理工程技术规范》（HJ2022-2012）两项标准还没有制定，因此，在工艺设计上存在先天缺陷。预处理系统和生化系统在结构布置上未达到针对焦化废水的规范要求，设计不合理，池形结构不符合焦化废水生物处理系统工艺要求，致使容积负荷超高，系统运行不稳定。
针对目前蒸氨进水COD、油类、硫氰化物、氰化物偏高及新的出水指标要求，需要在现有预处理措施上进一步提高工艺，保障进入生物段的废水水质，同时控制氰化物和硫氰化物等污染物过高对生化工艺的造成冲击或毒害，致使系统瘫痪。
针对当前厌氧池、缺氧池现有氧化沟短程、短流现象进行改造。通过改造，实现基本符合焦化废水处理工艺规范要求的容积、容量的酸化水解、全程硝化反硝化工艺。
针对好氧池当前曝气设施运行时间较长，损坏较多，造成好氧池内曝气不均匀，曝气前段负荷高，曝气不足，后端负荷低，溶解氧偏高问题，实施好氧递减曝气，充分发挥好氧池在系统运行中的核心作用。
针对二沉池，合理设置工艺回流管道，达到AAO系统稳定运行所需的各种回流比。
2.2主要改造内容
（1）预处理系统改造
预处理系统主要包括隔油集水池、化学除氮池、气浮加药区、气浮池、调节池。系统改造主要目的是尽可能去除进水中的COD，油类，保证进入生化系统的水质符合生物处理要求。同时进水会存在大量氰化物和硫氰化物，需要通过投加药剂进行凝聚结合去除，达到降低废水毒性的目的。
隔油集水池：利用现有隔油集水池，继续发挥其沉淀重油及部分大颗粒物的作用，定期排放重油。本次改造，计划在集水池池面设置浮油挡板，浮油渣槽，排渣设备，定期清理浮油渣。
化学除氮池：把现有化学除氮池进行改造，改造成为高效沉淀池，用来沉淀产生的化学污泥。废水自流进入化学除氮池，在池前增加进水反应槽，设置反应区。根据水质，通过投加药剂，使废水和药剂充分混合，降低来水中硫、氰化物的浓度，同时起到破乳凝聚作用。沉淀池内安装高效排渣提泥装置，定期清理产生的化学污泥，通过管道泵送到污泥浓缩池。
气浮池：重点对现有气浮系统进行改造，针对当前气浮除油效率低，浮渣不能进行自动清理这一现状，计划安装新气浮机两套，配备链板式刮渣机、螺旋排渣机，提高气浮效率，保证废水经过气浮处理后，废水中的乳化油、轻油含量降低90%。
调节池：利用现有调节池进行改造，将四个调节池改造为1#、2#活性污泥预曝好氧池。预曝池污泥通过原好氧池排放的剩余污泥进行补充，预曝池系统安装使用悬挂、管式曝气系统，设置大流量污泥回流系统，系统代谢污泥排入污泥浓缩池处理。气浮出水自流进入高浓度活性污泥预曝池预处理后，通过内置的高位分离器分离，上清液泵入AAO生物处理系统。
通过强化废水预处理，确保废水进入AAO生物系统的污染物平稳降低，确保AAO生物系统稳定运行。
（2）、AAO生物系统改造
烨华焦化水处理AA0生物系统包括厌氧池、缺氧池、好氧池，二沉池，各池均为单池。厌氧、缺氧池为氧化沟式活性污泥池，好氧池是多廊道迂回串联生物活性污泥池和矩形推流二沉池，本次改造工程计划利用现有池容、池型，进行针对性改造。
厌氧池：重点对厌氧池进行升级改造，根据焦化废水可生化性差的特点，安装水下搅拌机，将厌氧池调整全程混合反应池，通过提升缺氧池内的小流量泥水混合液进入厌氧池，补充污泥，充分利用水解酸化作用，在短时间内使废水中的不溶性有机物溶解，可溶性难降解有机物分子结构发生变化，大分子降解为小分子，从而废水的可生化性得到提高，降低运行难度。池内配备在线溶解氧仪器，监测指标变化，便于及时调整。
缺氧池：作为生物处理的核心关键设施，主要为氨氮进行反硝化和降解部分有机物提供必须的功能，是本次改造重点设施。缺氧工艺段将根据工艺改造需要和设施设备破损情况进行更换。氧化沟土建结构不破换，在池内安装低速推流式潜水搅拌机，通过合理设置，使整池搅拌功率不低于30KW。杜绝短流现象，使生物活性污泥和废水充分混合，提高反应时间，促进降解效率。从而实现短平快改造效果。在缺氧池两端安装在线ORP和DO监测仪器，监测指标变化，便于及时调整。
好氧池：微生物的生物化学反应过程主要是在好氧池中进行，在硝化过程中，起作用的是好氧菌及硝化菌。好氧菌把有机物分解成CO2和H2O，硝化菌则利用有机物分解产生的无机碳源将废水中的氨氮转化成NO3-N，NO2-N。为了满足生物反应要求，需要向池内通过风机鼓入空气，为微生物提供氧源和对混合液进行搅拌。
好氧池各单元池曝气设施由于运行时间久远，损坏较多，影响好氧硝化处理效果，本次改造计划对好氧池曝气设施除主风管外进行全部更换，使用插管式曝气器，便于以后维护检修。
二沉池：经过好氧池处理后，废水自流进入二沉池，二沉池主要是分离好氧池出来的泥水混合液。改造后，大部分泥水混合液作为硝化液，通过安装混合液回流泵重新回到缺氧池，为生物反硝化提供氮源，使废水中中的氮变成氮气，达到生物脱氮的目的。分离后的出水进入后续处理；分离的污泥由刮泥机刮到污泥沟内，通过安装污泥回流泵提升到好氧池池进水端，一部分剩余污泥回流到预处理系统，为预曝生化池补充污泥。
3.工艺设计
焦化废水属高浓度有机有毒废水，极不易降解，故将部分生活污水纳入其中，改善其污水水质，让污水能够便于生物降解，本工艺采用物化和生化处理工艺。
根据我公司多年对国内焦化废水处理工艺研究的基础上，根据本工程废水的特点，确定采用一种经济、高效、可靠、管理简便的物化和生化处理工艺。
根据上述设计原则与设计水质水量和排放标准，本工程中考虑采用如下处理
工艺说明
预处理工艺采用隔油、破乳气浮除油、NHET微电解和化学混凝沉淀。生化段采用A2/O法，即厌氧→缺氧→好氧+二沉池。
（1）隔油集水池
平流式除油池除油率一般为60%~80%，粒径150μm以上的油珠均可除去。
（2）反应气浮系统
通过投加破乳剂反应破乳，然后进行气浮，进一步去除废水中油类，特别是乳化油，以保证后续生化系统的正常运行。
（3）NHET微电解技术
NHET微电解技术不同于国内常规的微电解技术，国内的微电解技术普遍存在运行初期效果较好，后期出现填料板结严重，处理效果严重下降的问题，本工艺中的德国的微电解技术运行效果稳定，不会出现填料板结现象，处理效果可以提高20%-30%，投资成本降低30%左右），去除有机物、重金属和氨氮，同时兼有破络作用，NHET微电解池出水进入混凝沉淀池，通过投加碱液、PAC和PAM进行混凝反应进一步去除COD。
通过微电解池预处理，去除废水中的大部分的有毒物质，降解部分难降解有机物，提高废水可生化性，为后续的生化系统的正常运行和出水达标提供保障。
电化学反应（催化微电解）处理技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺。它是利用LAT系列规整型高效多元催化电化学氧化填料及酸套处理设备形成反应系统对废水进行处理。系统通水后电化学氧化填料自身产生的0.9----1.7V电位差，在设备内会形成无数的原电池，原电池以废水做电解质，通过阴阳极的放电形成对废水的电化学处理，进而达到对废水中有机物进行电化学降解的目的。
在处理过程中产生的新生态[H]、Fe2 + 等还能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色的作用；生成的Fe2 + 进一步氧化成Fe3 +，它们的水合物具有较强的吸附--絮凝活性，特别是在加碱调pH 值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，它们的絮凝能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量吸附水中分散的微小颗粒，金属粒子及有机大分子。
（4）酸化调节池
酸化调节池的主要作用是承接预处理系统出水和生活废水，起均衡水质水量的作用，同时在酸化调节池内设置穿孔曝气系统，起预酸化的作用，提高废水的可生化性。
水解（酸化）处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，和其它工艺组合可以降低处理成本提高处理效率。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。
水解是指有机物进入微生物细胞前、在胞外进行的生物化学反应。微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应。
酸化是一类典型的发酵过程，微生物的代谢产物主要是各种有机酸。
从机理上讲，水解和酸化是厌氧消化过程的两个阶段，但不同的工艺水解酸化的处理目的不同。水解酸化-好氧生物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水，主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。考虑到后续好氧处理的能耗问题，水解主要用于低浓度难降解废水的预处理。混合厌氧消化工艺中的水解酸化的目的是为混合厌氧消化过程的甲烷发酵提供底物。而两相厌氧消化工艺中的产酸相是将混合厌氧消化中的产酸相和产甲烷相分开，以创造各自的最佳环境。
（5）厌氧工艺
重点对厌氧池进行升级改造，根据焦化废水可生化性差的特点，安装水下搅拌机，将厌氧池调整全程混合反应池，通过提升缺氧池内的小流量泥水混合液进入厌氧池，补充污泥，充分利用水解酸化作用，在短时间内使废水中的不溶性有机物溶解，可溶性难降解有机物分子结构发生变化，大分子降解为小分子，从而废水的可生化性得到提高，降低运行难度。池内配备在线溶解氧仪器，监测指标变化，便于及时调整。
废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧二碳等物质的过程，敢称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、氮等为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。因而粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。
碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程分别为：
从厌氧发酵产生沼气的过程分析，它分为四个阶段：
缺氧阶段：固体物质降解为溶解性物质，大分子物质降解为小分子物质，主要起作用的微生物为兼氧性的缺氧菌，此阶段时间较短。
酸化阶段：碳水化合物降解为脂肪酸，主要为醋酸、丙酸和丁酸，主要起作用的微生物为产酸菌，缺氧和酸化阶段进行得较快，难于将其绝对分开，一般统称为缺氧，这两个阶段约为2-5h。
酸性衰退阶段：有机酸和溶解的含氮化合物分解成氨、胺、碳酸盐和少量的CO2、N2、CH4和H2。由于产氨细菌的活动，使氨态氮浓度增加，氧化还原电位降低，PH值上升。此阶段的副产物还有H2S、吲哚、粪臭素和硫醇，使厌氧发酵带有不良的气味均在这一 阶段。
甲烷化阶段：由于PH值升高，为甲烷菌创造了适宜的条件，甲烷菌把有机酸转化为沼气，此阶段时间较长约为15d左右。
（6）缺氧池
缺氧池是相对厌氧和好氧来讲，一般是指溶解氧控制在0.2-0.5mg/l之间的生化系统。
缺氧池---有水解反应，在脱氮工艺中，其pH值升高。在脱氮工艺中，主要起反硝化去除硝态氮的作用，同时去除部分BOD。也有水解反应提高可生化性的作用
作为生物处理的核心关键设施，主要为氨氮进行反硝化和降解部分有机物提供必须的功能，是本次改造重点设施。缺氧工艺段将根据工艺改造需要和设施设备破损情况进行更换。氧化沟土建结构不破换，在池内安装低速推流式潜水搅拌机，通过合理设置，使整池搅拌功率不低于30KW。杜绝短流现象，使生物活性污泥和废水充分混合，提高反应时间，促进降解效率。从而实现短平快改造效果。在缺氧池两端安装在线ORP和DO监测仪器，监测指标变化，便于及时调整
（7）好氧池
微生物的生物化学反应过程主要是在好氧池中进行，在硝化过程中，起作用的是好氧菌及硝化菌。好氧菌把有机物分解成CO2和H2O，硝化菌则利用有机物分解产生的无机碳源将废水中的氨氮转化成NO3-N，NO2-N。为了满足生物反应要求，需要向池内通过风机鼓入空气，为微生物提供氧源和对混合液进行搅拌。
好氧池各单元池曝气设施由于运行时间久远，损坏较多，影响好氧硝化处理效果，本次改造计划对好氧池曝气设施除主风管外进行全部更换，使用插管式曝气器，便于以后维护检修。
好氧池硝化液设置大流量回流，作用一：回流硝化液到缺氧段进行反硝化生物脱氮和去除部分有机物，作用二：进行缺氧池进水进行稀释作用，降低缺氧池和后续好氧池的进水有机物浓度和氨氮浓度，避免有机物和氨氮浓度过高对微生物产生抑制作用。
（8）二沉池
二沉池采用平流式沉淀池，经过好氧池处理后，废水自流进入二沉池，二沉池主要是分离好氧池出来的泥水混合液。改造后，大部分泥水混合液作为硝化液，通过安装混合液回流泵重新回到缺氧池，为生物反硝化提供氮源，使废水中中的氮变成氮气，达到生物脱氮的目的。分离后的出水进入后续处理；污泥，通过安装污泥回流泵提升到厌氧池和酸化调节池，补充生化池的污泥量，保证生化系统稳定运行，一部分剩余污泥排放至污泥浓缩池。
4.构筑物设计进出水水质
