BioDopp工藝
魯奇煤氣化技術(shù)由德國(guó)魯奇公司于20世紀(jì)40年代開(kāi)發(fā)而成，屬于固定床加壓氣化工藝。自開(kāi)發(fā)以來(lái)，該技術(shù)以其氧耗低、可靠性高、煤種適用性廣等特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到推廣和應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)魯奇氣化爐已有數(shù)百臺(tái)，義馬氣化廠是較早引進(jìn)魯奇煤氣化技術(shù)的國(guó)內(nèi)廠家之一。在煤氣化制氣過(guò)程中，高溫、高壓下洗滌煤氣會(huì)產(chǎn)生大量的煤氣化廢水，廢水中所含污染物達(dá)300多種，成分十分復(fù)雜，如果廢水不經(jīng)過(guò)處理就直接排放，則會(huì)給環(huán)境帶來(lái)很大污染。每年在廢水處理上的投資費(fèi)用大約占企業(yè)環(huán)保投資總額中的三分之二，給企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前，節(jié)能減排已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然方向，因此，節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，尋找新型煤化工廢水處理工藝成為煤化工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
01
義馬氣化廠原廢水處理流程及存在問(wèn)題
從下表中可以看出，義馬氣化廠水質(zhì)具有COD、BOD5指數(shù)高、氨氮含量高、總酚油含量高等特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。義馬氣化廠原有的廢水處理工藝是以SBR生化處理為主的工藝，處理流程如下圖所示。由于酚回收裝置出口廢水中氨氮含量超標(biāo)或波動(dòng)較大，會(huì)對(duì)污水生化處理運(yùn)行工況造成較大的沖擊，造成生化處理裝置的SBR池工況惡化。在氣化廠生產(chǎn)史上，曾數(shù)次發(fā)生生化處理工況惡化，生產(chǎn)系統(tǒng)因廢水積壓而被迫降負(fù)荷生產(chǎn)的情況，極大地影響了產(chǎn)品產(chǎn)量及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
結(jié)合廠內(nèi)現(xiàn)有污水處理站運(yùn)行成本相對(duì)較高、處理效果不夠穩(wěn)定、二期改造占地有限等現(xiàn)有困難局面，義馬氣化廠引進(jìn)了北京博匯特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰咎岢龅腂ioDopp工藝，針對(duì)該廠魯奇氣化爐廢水處理問(wèn)題，開(kāi)展中試試驗(yàn)。
02
中試實(shí)驗(yàn)
廢水預(yù)處理采用溶氣氣浮法，溶氣設(shè)備為溶氣混合泵，去除大部分較難生化降解的惰性物質(zhì)和稠環(huán)或雜環(huán)大分子后存入配水池，上浮油渣撇除，配水池通過(guò)潛水泵進(jìn)入到BioDopp生化反應(yīng)器。溢流出水進(jìn)入到混凝沉淀區(qū)，加入PAC后去除殘余色度后即為出水。中試實(shí)驗(yàn)工藝流程如下圖所示。
BioDopp工藝是一種新型、高效的生化污水處理技術(shù)，它通過(guò)高效的曝氣系統(tǒng)，以創(chuàng)新的空氣提推技術(shù)為源動(dòng)力，將多個(gè)功能單元有機(jī)地結(jié)合在一起的生物處理工藝。BioDopp工藝中試裝置采用一體化設(shè)計(jì)，將調(diào)節(jié)池、溶氣氣浮池、斜板沉淀與生物反應(yīng)池連成一體。該裝置由鋼板焊接而成，外形尺寸為8.3m×2.5m×2.7m（長(zhǎng)×寬×高），有效水深為2m，生物池有效容積為30m3，控制室和鼓風(fēng)機(jī)房合建。中試裝置采用潛水泵連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水流量控制在0.2m3/h左右。由空氣提推技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)和污泥回流，曝氣池底部采用布滿整池的長(zhǎng)條軟管曝氣，在末端設(shè)DO在線監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)設(shè)定DO范圍，調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
（1）水質(zhì)分析檢測(cè)方法
試驗(yàn)過(guò)程中主要分析項(xiàng)目和分析方法見(jiàn)下表。
（2）主要控制因子
BioDopp工藝污水生物處理，主要基于幾個(gè)要求進(jìn)行考慮：①溶解氧：溶解氧濃度控制在0.5mg/L以下，溶解氧濃度的控制通過(guò)溶解氧儀自控回流調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。在低溶解氧濃度較高的活性污泥條件下，有利于培養(yǎng)成生長(zhǎng)速率相對(duì)小的特殊兼性菌種，從而提高活性污泥對(duì)難降解有機(jī)物的耐受性。②混合液回流：通過(guò)調(diào)整空氣提推的空氣量來(lái)調(diào)節(jié)混合液回流比，正常情況下循環(huán)倍比大于20。進(jìn)行大倍比回流循環(huán)，使反應(yīng)器起始端至出水端的濃度差盡可能達(dá)到最小，一方面降低污泥負(fù)荷沖擊對(duì)系統(tǒng)及微生物的影響，另一方面有利于創(chuàng)造微生物生長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境。③污泥濃度：反應(yīng)池中的污泥濃度控制在8~10g/L。
（3）試驗(yàn)效果分析
在試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)裝置出水情況，對(duì)BioDopp工藝控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，尋求最佳處理?xiàng)l件，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的中試試驗(yàn)，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后，發(fā)現(xiàn)BioDopp工藝處理效果同廠內(nèi)SBR工藝相比效果顯著。
下面就出水水質(zhì)中的特征污染物的去除效果舉例說(shuō)明，如COD、NH3-N及總氮、總酚、總油等。
從上表看出，運(yùn)用BioDopp工藝處理后的魯奇氣化爐廢水各項(xiàng)指標(biāo)均保持較高的去除率，尤其出水中氨氮的濃度多為未檢出，出水達(dá)到了理想效果，達(dá)到再生水作循環(huán)冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)進(jìn)水碳組分分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水中的慢速可降解基質(zhì)占到總進(jìn)水COD的50.59％，試驗(yàn)中采用的高活性污泥濃度及極高的污泥齡，能夠有效的截留并累積世代時(shí)間長(zhǎng)、生長(zhǎng)速度慢的特種微生物，對(duì)慢速可降解基質(zhì)的去除效果極佳。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，氨氮的去除效果與曝氣區(qū)DO的變化成正比，但是過(guò)大的溶解氧會(huì)影響亞硝酸鹽的積累并同時(shí)影響反消化菌群的活性，所以控制一個(gè)優(yōu)化的溶解氧范圍，可在降低出水氨氮的情況下最大限度的去除總氮。
試驗(yàn)期間，外部溫度相對(duì)較低，溫度直接影響到微生物的活性和新陳代謝能力，因此在生化反應(yīng)池內(nèi)裝有蒸汽伴熱裝置，控制反應(yīng)器內(nèi)水溫為在25~30℃。在不開(kāi)蒸汽伴熱情況下，池內(nèi)日均溫度為12.12℃，與伴熱正常池內(nèi)溫度差10~12℃，此時(shí)出水COD去除率平均為89.6％，氨氮去除率平均為75.77％，總氮去除率平均為40.68％，各去除率相比伴熱情況下均有所下降，可見(jiàn)溫度對(duì)特征污染物的去除率影響較大，要控制池內(nèi)溫度保證污泥活性。
（4）BioDopp與廠內(nèi)SBR處理工藝比較
中試裝置與廠內(nèi)SBR污水處理站的進(jìn)水水質(zhì)相同，雖然中試工藝和廠內(nèi)以SBR為主的組合工藝運(yùn)行參數(shù)不同，但通過(guò)對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行期近兩個(gè)月平均數(shù)據(jù)的分析，兩者有較好的可比性。中試出水和廠內(nèi)工藝出水比較如下表所示。從下表中可以看出，和廠內(nèi)工藝相比，BioDopp工藝對(duì)總酚、氨氮及總油去除基本相當(dāng)，但COD去除效率有很大差異，這體現(xiàn)了BioDopp工藝在去除難降解有機(jī)污染物能力上的明顯優(yōu)勢(shì)。
03
BioDopp工藝優(yōu)勢(shì)分析
（1）工藝設(shè)計(jì)方面
BioDopp工藝的關(guān)鍵技術(shù)是微生物馴化技術(shù)。采用空氣提推技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)和污泥回流，完成進(jìn)水的瞬間稀釋，同時(shí)也為微生物生長(zhǎng)提供貼近自然的生長(zhǎng)環(huán)境。曝氣池底部布滿整池的長(zhǎng)條軟管曝氣，溶解氧在池內(nèi)任何位置幾乎都是均勻的，在曝氣時(shí)與污泥系統(tǒng)接觸面積大，增加了氣泡與污泥的接觸時(shí)間，氧動(dòng)力效率高，同時(shí)又避免了污泥在池底沉積。
BioDopp工藝中的溶解氧控制0.15~0.35mg/L（傳統(tǒng)活性污泥工藝的要求為2.4mg/L），僅此項(xiàng)低壓溶氧技術(shù)就可節(jié)省25％的空氣能源消耗。低溶氧濃度遞度為微生物提供了接近自然的生長(zhǎng)條件，有利于微生物的馴化培養(yǎng)，也有利于包括反硝化細(xì)菌在內(nèi)的兼性微生物的生長(zhǎng)。另外高倍回流比使得BioDopp生物反應(yīng)器進(jìn)出污染物濃度差很小，相當(dāng)于完全混合反應(yīng)器，有利于微生物的穩(wěn)定，使其充分發(fā)揮去除污染物的功效。
BioDopp工藝沒(méi)有二沉池，而是在生物處理池中設(shè)置快速澄清裝置，采用斜板沉淀，沉淀污泥直接回流到生物處理池中，減少了污泥回流泵的設(shè)置。試驗(yàn)中，原水水質(zhì)有時(shí)會(huì)發(fā)生很大的波動(dòng)，但是BioDopp工藝出水水質(zhì)都基本穩(wěn)定，可見(jiàn)其抗沖擊、可恢復(fù)性強(qiáng)。
（2）運(yùn)行成本方面
BioDopp工藝中試裝置由廠內(nèi)一座SBR池改造而成，其一體化設(shè)計(jì)理念極大地簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)省了一半占地面積，減少了管道投資，使運(yùn)營(yíng)管理更加方便。在廢水處理中，運(yùn)行電費(fèi)占總運(yùn)行費(fèi)用的50%左右，而B(niǎo)ioDopp工藝采用的低壓溶氧技術(shù)和高效率的曝氣系統(tǒng)，在充氧電耗方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。另外，BioDopp工藝強(qiáng)化的生化工藝，使出水水質(zhì)明顯強(qiáng)于原廠內(nèi)工藝，故在后續(xù)處理上節(jié)約了大量的氧化劑和氣浮藥劑，在節(jié)省藥劑費(fèi)用上具有一定的優(yōu)勢(shì)。
此外，BioDopp工藝曝氣系統(tǒng)的進(jìn)氣總管設(shè)計(jì)在池子一邊，可通過(guò)閥門清洗或更換曝氣軟管，不需中斷處理過(guò)程，既節(jié)約了大量的人工勞動(dòng)成本，又提高了裝置操作的安全性和方便性。
（3）社會(huì)和環(huán)保效益方面
煤化工行業(yè)廢水處理一直呈現(xiàn)廢水排放量大、污染程度高兩大難題，每年處理廢水的費(fèi)用給企業(yè)帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)，BioDopp工藝獨(dú)特的設(shè)計(jì)工藝使企業(yè)每年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約450萬(wàn)元以上，實(shí)現(xiàn)了廢水的回收利用，減少了廢水排放，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，帶來(lái)很大的社會(huì)和環(huán)保效益。
鑒于中試試驗(yàn)的成功實(shí)施，該廠將會(huì)對(duì)剩余的SBR池進(jìn)行陸續(xù)改造，增大廢水處理負(fù)荷，為企業(yè)節(jié)省更多的運(yùn)行成本?？傊?，BioDopp工藝以其投資少、占地面積少、高效化、集成化、智能化等特點(diǎn)使其具有相當(dāng)大的推廣價(jià)值，在制藥、造紙、精細(xì)化工、城市污水處理等方面具有很大的推廣潛力。