A/O2工藝處理焦化廢水的優(yōu)化實(shí)踐

趙栓柱，柴永瑞，李 寧，常 曉

（遷安中化煤化工有限責(zé)任公司，河北 唐山 064400）

遷安中化煤化工有限責(zé)任公司（簡稱遷安中化公司）建有6座55孔JN60-82型焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭330萬t，擁有兩段焦化廢水處理系統(tǒng)，其中Ⅰ段焦化廢水處理系統(tǒng)是其中4座焦?fàn)t的配套設(shè)計(jì)，采用活性污泥法的A/O2工藝，廢水處理量為70 m3/h。該工藝2004年投入使用后，出水COD、NH3-N指標(biāo)經(jīng)常波動(dòng)，且運(yùn)行費(fèi)用偏高，不能適應(yīng)當(dāng)前越來越高的環(huán)保要求和公司經(jīng)營理念。因此遷安中化公司對(duì)進(jìn)水水質(zhì)、A/O2工藝指標(biāo)控制等進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了A/O2工藝的穩(wěn)定、高效、節(jié)約運(yùn)行?，F(xiàn)對(duì)A/O2工藝的優(yōu)化作一介紹。

1 廢水處理A/O2工藝流程

遷安中化公司焦化廢水處理A/O2工藝流程示意圖見圖1（圖中虛線表示污泥路徑）。

圖1 焦化廢水處理A/O2工藝流程示意圖

2 影響A/O2工藝運(yùn)行的進(jìn)水水質(zhì)因素及優(yōu)化

對(duì)A/O2工藝運(yùn)行來說，進(jìn)水水質(zhì)的管控尤為重要。A/O2工藝屬于活性污泥法廢水處理工藝，活性污泥對(duì)有害物質(zhì)有一定的承受限度，超過這個(gè)限度，活性污泥就會(huì)被抑制，進(jìn)而影響廢水處理效率。A/O2工藝入曝氣池污水中有害物質(zhì)的質(zhì)量濃度要求為：硫氰酸銨＜22 mg/L、礦物油＜50 mg/L、硫化物＜50 mg/L[1]。

2.1 硫氰酸銨

硫氰酸銨本身有毒，在廢水處理系統(tǒng)內(nèi)分解時(shí)，化學(xué)需氧量較高，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，對(duì)活性污泥影響較大。生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐證明，A/O2工藝進(jìn)水中硫氰酸銨質(zhì)量濃度達(dá)到1.5 g/L以上時(shí)，A/O2系統(tǒng)會(huì)受到較大程度的影響，因此需要盡可能降低進(jìn)水硫氰酸銨濃度。

焦化廠產(chǎn)生硫氰酸銨最多的工藝是采用HPF的脫硫工段，在脫硫過程中產(chǎn)生硫氰酸銨副鹽，脫硫液中硫氰酸銨質(zhì)量濃度一般在150 g/L左右，以如此高的濃度進(jìn)入A/O2系統(tǒng)，會(huì)對(duì)廢水處理系統(tǒng)造成沖擊，生產(chǎn)運(yùn)行中，應(yīng)嚴(yán)禁脫硫液進(jìn)入A/O2工藝處理系統(tǒng)。因此在生產(chǎn)操作中需做好以下幾點(diǎn)：

（1）控制脫硫系統(tǒng)的煤氣夾帶水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。（2）將脫硫系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)的溢液收集入脫硫系統(tǒng)。（3）將雨季脫硫區(qū)域的積水及日常脫硫區(qū)域的地坪掃水收集入脫硫系統(tǒng)。

2.2 礦物油

廢水處理系統(tǒng)來水剩余氨水包括配煤水分、煉焦化合水、粗苯分離水、地坪掃水等，在冷凝工段，與焦油分離后，經(jīng)過剩余氨水罐沉淀、除焦油器除油、蒸氨塔除油后，蒸氨廢水中礦物油一般能滿足A/O2工藝處理要求。

A/O2工藝進(jìn)水中礦物油含量高，一般是粗苯系統(tǒng)洗油進(jìn)入冷凝工段造成的。洗油密度在1.03×103kg/m3～1.06×103kg/m3，與剩余氨水密度相差不大，進(jìn)入剩余氨水系統(tǒng)后，不容易實(shí)現(xiàn)分離，會(huì)造成進(jìn)入生化系統(tǒng)的廢水礦物油含量超標(biāo)，進(jìn)而影響生化運(yùn)行。

洗油進(jìn)入剩余氨水造成生化進(jìn)水礦物油含量超標(biāo)的原因有以下幾種：

（1）粗苯系統(tǒng)洗油打入冷凝工段。為了降低洗油對(duì)生化系統(tǒng)的影響，粗苯系統(tǒng)的洗油應(yīng)盡可能不打入冷凝工段。洗油必須打入冷凝工段時(shí)，應(yīng)采用少量、多次的方法。

（2）終冷塔阻力高，使用洗油沖洗終冷塔后，廢油打入冷凝工段。

生化進(jìn)水礦物油質(zhì)量濃度一般要求小于50 mg/L[2]，實(shí)際運(yùn)行中，控制礦物油質(zhì)量濃度小于250 mg/L，以保證生化系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

2.3 硫化物

廢水處理A/O2工藝進(jìn)水中硫化物含量高時(shí)，A池水面出現(xiàn)硫泡沫，好氧池污泥中出現(xiàn)淡黃色小顆粒、污泥松散，降解COD能力差。

若脫硫運(yùn)行效果不好，脫硫塔后煤氣中硫化氫含量較高，煤氣中的硫化物在終冷塔、粗苯分離水中富集，進(jìn)入冷凝工段，最終造成生化進(jìn)水硫化物超標(biāo)。因此脫硫工段的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)降低生化進(jìn)水硫化物含量是有利的。

A/O2工藝進(jìn)水硫化物質(zhì)量濃度一般要求小于50 mg/L[2]，生產(chǎn)實(shí)踐證明，蒸氨廢水硫化物質(zhì)量濃度小于90 mg/L時(shí)，對(duì)生化運(yùn)行不會(huì)造成影響。當(dāng)蒸氨廢水硫化物質(zhì)量濃度大于90 mg/L時(shí)，根據(jù)蒸氨廢水量及硫化物濃度，在生化系統(tǒng)氣浮池進(jìn)水口投加相應(yīng)量的硫酸亞鐵，能消除硫化物超標(biāo)的影響。硫化物去除反應(yīng)為S2-+FeSO4=FeS↓+SO42-。

2.4 NH3-N

在廢水生物處理中，一般按BOD5（5日生化需氧量）計(jì)算氮的需要量，若按BOD5與NH3-N質(zhì)量濃度之比為100∶5來調(diào)節(jié)NH3-N濃度，則能滿足微生物對(duì)氮的要求[3]。但是實(shí)際運(yùn)行中，不方便檢測BOD5，根據(jù)進(jìn)水COD濃度調(diào)節(jié)進(jìn)水NH3-N濃度也是可行的。經(jīng)過化驗(yàn)，A/O2工藝進(jìn)水BOD5占COD的34%～36%，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行，按進(jìn)水 COD與 NH3-N質(zhì)量濃度之比為（40～60）∶1來調(diào)節(jié)NH3-N濃度，能滿足A/O2工藝運(yùn)行需要，且不會(huì)因?yàn)镹H3-N過高而造成廢水處理費(fèi)用增加。

2.5COD

遷安中化公司剩余氨水COD在7 000 mg/L～9 000 mg/L，蒸氨廢水 COD 在 5 000 mg/L～7 000 mg/L，如此高的COD直接進(jìn)入A/O2生化處理系統(tǒng)，活性污泥會(huì)受到?jīng)_擊，造成污泥松散、污泥指數(shù)上升、降解COD能力下降。實(shí)踐證明，對(duì)A/O2工藝來說，進(jìn)水COD控制在3 000 mg/L～3 500 mg/L，有利于生化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，為了維持A/O2工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，生化進(jìn)水水質(zhì)要滿足一定的指標(biāo)要求，見表1。

表1 A/O2工藝合理進(jìn)水指標(biāo)mg/L

3 影響A/O2工藝運(yùn)行的指標(biāo)控制因素及優(yōu)化

3.1 溫度

溫度是影響活性污泥生長與生存的重要因素，不同類型的活性污泥有不同的適宜生長溫度。

原設(shè)計(jì)要求生化處理A/O2系統(tǒng)適宜的溫度是25℃～38℃，最高不超過40℃。但實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)水溫超過37℃時(shí)，在同樣的鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷下，O1池、O2池溶解氧明顯偏低，生化出水COD明顯提高；當(dāng)水溫低于30℃時(shí)，生化出水COD也出現(xiàn)相應(yīng)的提高。溫度對(duì)A/O2工藝出水COD的影響見表2。

表2 溫度對(duì)A/O2工藝出水COD的影響mg/L

由表2可知，A/O2工藝溫度宜控制在30℃～36℃，溫度控制過高、過低，都會(huì)造成生化出水COD含量偏高。

3.2 溶解氧

原設(shè)計(jì)要求O1池、O2池溶解氧從進(jìn)水端到出水端逐漸升高，控制出水端溶解氧質(zhì)量濃度在2 mg/L～4 mg/L。實(shí)際運(yùn)行中，O1池進(jìn)水經(jīng)過“之”字型的3個(gè)36 m長的廊道后，到達(dá)出水端，O2池進(jìn)水經(jīng)過1個(gè)36 m長的廊道后，到達(dá)出水端。按原設(shè)計(jì)運(yùn)行，A/O2工藝存在以下問題：

（1）為了保證溶解氧含量從進(jìn)水端到出水端逐漸升高，好氧池內(nèi)大部分分支壓縮風(fēng)截門開度不大。壓縮風(fēng)截門開度小，易造成曝氣盤堵塞，好氧池內(nèi)集泥。

（2）廢水在O1池內(nèi)氨化作用顯著，經(jīng)過O1池后，廢水NH3-N含量上升，O2池成為降解NH3-N的主要場所，與原設(shè)計(jì)好氧池的作用不符。

（3）O2池降解NH3-N負(fù)荷較高，A/O2工藝運(yùn)行稍有問題時(shí)，出水NH3-N含量便隨之波動(dòng)。

針對(duì)以上問題，調(diào)整好氧池運(yùn)行模式：

（1）打開O1池、O2池進(jìn)水端所有分支壓縮風(fēng)截門，盡可能地提高好氧池前端溶解氧含量。O1池第二廊道溶解氧質(zhì)量濃度由＜1 mg/L提高至3 mg/L左右。

（2）根據(jù)O1池、O2池出水指標(biāo)，關(guān)小出水端分支壓縮風(fēng)截門。出水端溶解氧屬于剩余溶解氧，是浪費(fèi)掉的氧氣，關(guān)小部分壓縮風(fēng)截門后，可相應(yīng)地降低鼓風(fēng)機(jī)電流，減少電消耗。好氧池溶解氧調(diào)整前后A/O2工藝內(nèi)指標(biāo)變化見表3。

表3 溶解氧調(diào)整前后A/O2工藝內(nèi)指標(biāo)變化mg/L

由表3可知，好氧池溶解氧控制調(diào)整后，A/O2工藝內(nèi)COD、NH3-N指標(biāo)明顯下降。

3.3 沉降比

原設(shè)計(jì)要求O1池、O2池沉降比控制在25%～40%，運(yùn)行中存在以下問題：

（1）O1池污泥負(fù)荷較高，COD降解不徹底，出水COD偏高。

（2）O2池污泥負(fù)荷過低，污泥老化，易分解產(chǎn)生懸浮物，造成出水濁度、COD偏高。

針對(duì)以上問題，調(diào)整生化系統(tǒng)沉降比控制指標(biāo)：

（1）提高O1池沉降比至45%～55%，降低污泥負(fù)荷，降低出水COD。

（2）降低O2池沉降比至20%～30%，提高污泥負(fù)荷，降低出水懸浮物含量。

3.4 堿度

原設(shè)計(jì)O1池、O2池堿度控制在300 mg/L～500 mg/L，堿度偏低時(shí)，增加系統(tǒng)固堿投加量。運(yùn)行中存在問題如下：

（1）O1池幾乎不消耗堿液，O2池消耗堿液較大。同時(shí)，為保證O2池的硝化作用，O2池堿度控制在400mg/L～500 mg/L，造成出水堿度高，浪費(fèi)堿液。

（2）固堿是袋裝的，每天需要專人溶解2 t左右，工作量大。同時(shí)，傾倒固堿時(shí)，堿面飛揚(yáng)，現(xiàn)場操作環(huán)境惡劣。

（3）固堿成本較高。

（4）O1池、O2池的加堿管道、閥門經(jīng)常被結(jié)晶堵塞，造成系統(tǒng)不能及時(shí)調(diào)節(jié)堿度，致使出水指標(biāo)波動(dòng)。

針對(duì)以上問題，調(diào)整操作如下：

（1）強(qiáng)化O1池硝化作用，降低O2池堿度至150mg/L～250 mg/L，減少堿液浪費(fèi)。

（2）O1池、O2池由投加固堿逐漸改為投加液堿，節(jié)省人力，降低運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)也避免加堿管道堵塞而引起系統(tǒng)的波動(dòng)。

經(jīng)過以上工藝優(yōu)化，廢水處理A/O2工藝出水指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)抗沖擊能力顯著增強(qiáng)。同時(shí)，二沉池出水COD由320 mg/L降低至250 mg/L，以A/O2工藝進(jìn)水COD平均3 150 mg/L計(jì)算，COD處理效率由90%提高至92.1%。另外，減少4個(gè)崗位定員，每月節(jié)約人力支出近2萬元；使用固堿改為液堿，每月節(jié)約藥品費(fèi)用近5萬元；降低出水堿度，每月節(jié)約堿液消耗3萬元左右，合計(jì)可使焦化廢水噸水處理費(fèi)用降低2元左右。

4 A/O2工藝調(diào)整后出現(xiàn)的問題及優(yōu)化

4.1 回流沉淀池出現(xiàn)返沫、返泥現(xiàn)象

調(diào)整前，回流沉淀池水面平穩(wěn)，未出現(xiàn)過返沫、返泥現(xiàn)象。調(diào)整后，回流沉淀池每半月左右就出現(xiàn)一次先返沫、再返泥的現(xiàn)象。

回流沉淀池工況分析如下：

（1）回流沉淀池表面總可見小氣泡破裂的現(xiàn)象，此現(xiàn)象和A池表面的現(xiàn)象較為類似。

（2）回流沉淀池內(nèi)有1 m左右的存泥。

（3）回流沉淀池內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度＜0.5 mg/L。

（4）回流沉淀池內(nèi)的水和污泥有6 h左右的停留時(shí)間。

（5）將A/O2工藝調(diào)整前后O1池和回流沉淀池的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量匯總，數(shù)據(jù)見表4。

表4 A/O2工藝調(diào)整前后O1池和回流沉淀池的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量mg/L

根據(jù)表4數(shù)據(jù)，調(diào)整前回流沉淀池進(jìn)、出水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量基本穩(wěn)定，調(diào)整后回流沉淀池出水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量明顯比進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量低，可以確定在回流沉淀池內(nèi)發(fā)生了反硝化反應(yīng)，消耗掉部分硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮。

4.2 優(yōu)化及解決措施

由以上分析可知，回流沉淀池返沫、返泥現(xiàn)象是回流沉淀池內(nèi)發(fā)生反硝化作用引起的。為了抑制回流沉淀池發(fā)生反硝化作用，可采取以下2種辦法：

（1）反硝化反應(yīng)的發(fā)生需要一定的停留時(shí)間，縮短廢水和污泥在回流沉淀池內(nèi)停留時(shí)間，可以抑制回流沉淀池發(fā)生反硝化作用。通過調(diào)節(jié)，把回流沉淀池進(jìn)水的硝化液盡可能快地送入A池，使其在A池發(fā)生反硝化作用。

調(diào)整如下：回流上清液量由150 m3/h提高至300 m3/h，回流污泥量由150 m3/h提高至200 m3/h，回流沉淀池停留時(shí)間由6 h縮短到4 h。試驗(yàn)一周后，回流沉淀池返沫、返泥現(xiàn)象沒有明顯好轉(zhuǎn)。

采用縮短回流沉淀池停留時(shí)間的方法，未能徹底有效抑制回流沉淀池返沫、返泥狀況，不可取。

（2）傳統(tǒng)的脫氮理論[4]認(rèn)為，反硝化菌在無分子氧、存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，才能使硝酸鹽還原。但近幾年的研究表明[4]，硝化和反硝化可以在同一反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生，這一現(xiàn)象被稱為同步硝化反硝化（SND）。依據(jù)SND理論，在O1池部分區(qū)域創(chuàng)造反硝化條件，使O1池同步發(fā)生硝化和反硝化作用，降低回流沉淀池進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量，進(jìn)而抑制反硝化作用在回流沉淀池發(fā)生的強(qiáng)度。

調(diào)整如下：關(guān)小O1池出口端第三廊道分支壓縮風(fēng)截門，降低曝氣量，控制O1池出口端溶解氧質(zhì)量濃度在0.5 mg/L左右。同時(shí)在不影響O1池降解COD、NH3-N的前提下，逐步擴(kuò)大O1池第三廊道的厭氧區(qū)域，直至O1池出口硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度降至20 mg/L以下。

經(jīng)過調(diào)試，O1池出口端第三廊道75%～100%區(qū)域調(diào)整為厭氧區(qū)域，即溶解氧質(zhì)量濃度在0.5 mg/L左右時(shí)，可降低回流沉淀池進(jìn)水硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮質(zhì)量濃度在20 mg/L以下。同時(shí)，回流沉淀池不再出現(xiàn)返沫、返泥現(xiàn)象。

結(jié)合以上試驗(yàn)結(jié)果，生產(chǎn)運(yùn)行中采取降低O1池出口端第三廊道溶解氧的辦法，在O1池建立反硝化區(qū)域，可以抑制回流沉淀池出現(xiàn)返沫、返泥現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

遷安中化公司通過控制焦化廢水處理A/O2工藝進(jìn)水硫氰酸鹽、礦物油、硫化物、NH3-N、COD等有害物質(zhì)濃度，為廢水處理工藝穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。通過優(yōu)化O1池、O2池溫度、溶解氧、沉降比等指標(biāo)，廢水COD處理效率由90%提高至92.1%。通過使用液堿代替固堿，把反硝化反應(yīng)前移至O1池，及采取降低O2池堿度的方法，焦化廢水噸水處理費(fèi)用降低2元左右。同時(shí)，A/O2工藝經(jīng)過優(yōu)化后，廢水處理出水指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且系統(tǒng)抗沖擊能力顯著增強(qiáng)。