焦化廢水全流程工藝設(shè)計(jì)與調(diào)試

楊志超

（北京中科圣泰環(huán)境科技有限公司，北京 102211）

0 引言

焦化廢水排放量大，成分復(fù)雜，焦化污水的水量、水質(zhì)因焦化生產(chǎn)的規(guī)模、采用的煤氣凈化工藝以及對(duì)化工產(chǎn)品加工的深度不一而有所不同[1]，但通常含有高濃度的酚、氰化物、硫氰化物和氨氮，同時(shí)還含有難以生物降解的油類、吡啶等雜環(huán)化合物和聯(lián)苯、萘等多環(huán)芳香化合物（PAHs）[2]，焦化廢水的治理一直是行業(yè)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，如何有效的進(jìn)行焦化廢水達(dá)標(biāo)排放及回用工作是未來重點(diǎn)。

某國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)焦化廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)活性污泥處理工藝，由于國家環(huán)保要求的提高，原工藝出水水質(zhì)無法滿足排放要求，2018年該企業(yè)對(duì)焦化廢水處理設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，新建系統(tǒng)原水處理能力為150m3/h，采用預(yù)處理-A/O-混凝沉淀-生物濾池-臭氧催化氧化的組合工藝，項(xiàng)目建成并調(diào)試完成后，出水水質(zhì)滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171-2012表2直排標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了預(yù)期處理目標(biāo)。

1 水質(zhì)及工藝流程

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

主要設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見下表1。

表1 蒸氨廢水處理設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表，mg/L

1.2 工藝流程及簡介

項(xiàng)目采用預(yù)處理-A/O-混凝沉淀-生物濾池-臭氧催化氧化的組合工藝，該工藝流程全面，整體穩(wěn)定可靠，具有良好的適用性和較強(qiáng)的抗沖擊能力，解決了傳統(tǒng)工藝水質(zhì)不易達(dá)標(biāo)，出水頻繁波動(dòng)等問題，同時(shí)，深度處理部分響應(yīng)國家環(huán)保要求，考慮了總氮及有機(jī)物的深度脫除，可實(shí)現(xiàn)焦化廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

組合工藝分為預(yù)處理單元、生化處理單元及深度處理單元三部分，工藝流程見下圖1。

圖1 焦化廢水處理工藝流程圖

2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

2.1 預(yù)處理單元

2.1.1 重力除油池

重力除油采用三斗式平流除油池，重油池內(nèi)設(shè)有蒸汽盤管，防止重油凝結(jié)。

重力除油池水平流速宜小于2mm/s，上升流速宜小于0.05cm/s。

2.1.2 氣浮除油池

氣浮采用部分污水回流加壓溶氣氣浮，通過空氣壓縮機(jī)，將空氣加壓溶于水中，形成溶氣水，然后通過釋放器聚然減壓，快速釋放，產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡，使水的分散微細(xì)油粒和懸浮物，形成絮體漂浮物浮出水面，進(jìn)而從污水中分離出來。

2.1.3 調(diào)節(jié)池與事故池

廢水在調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)均和，保證后續(xù)單元進(jìn)水的穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)設(shè)置事故池，對(duì)于異常進(jìn)水進(jìn)行臨時(shí)儲(chǔ)存。

調(diào)節(jié)池HRT宜大于20h，事故池HRT宜大于12h。

2.2 生化處理單元

2.2.1 缺氧池反硝化菌利用回流液中的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮經(jīng)過反硝化反應(yīng)變成氮?dú)舛玫饺コ?/p>

缺氧池HRT宜為20~40h，填料層污泥濃度不低于2000mg/L MLVSS，反硝化速率0.04~0.12mg NO3-N /mg MLVSS·d，硝化液回流宜為200~500%。

2.2.2 好氧池

好氧反應(yīng)分為碳氧化段、硝化段，碳化反應(yīng)首先將有機(jī)物、氰化物、硫氰化物等有機(jī)物進(jìn)行好氧降解，通過硝化反應(yīng)，氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，通過工藝回流到缺氧池。

好氧池HRT宜為50~80h，污泥濃度不低于3000mg/L MLVSS，污泥負(fù)荷0.05~0.2 kg BOD/kg MLSS·d[3]。

2.2.3 二沉池

二沉池上清液部分回流至缺氧布水器。沉降到底部的活性污泥由中心傳動(dòng)刮泥機(jī)刮到集泥斗、經(jīng)回流污泥泵加壓后送至好氧池，以此保持好氧池內(nèi)的污泥濃度。

輻流式二沉池表面負(fù)荷宜為0.5-1.5m3/m2·h；斜板式沉淀池宜為3-5m3/m2·h。

2.3 深度處理單元

2.3.1 混凝反應(yīng)及沉淀池

包括混合單元、反應(yīng)單元和沉淀系統(tǒng)。

混合時(shí)間約為1min，反應(yīng)時(shí)間宜為10~30min，表面負(fù)荷0.5-1.5m3/m2·h。

2.3.2 反硝化濾池

經(jīng)過生化處理裝置后的廢水，含有大量的硝態(tài)氮，在反硝化濾池濾料生物膜作用下進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)，達(dá)到脫總氮的效果。

表面水力負(fù)荷宜為6~10m3/[m2·h]，空床停留時(shí)間20~40min。

2.3.3 砂濾池

利用砂濾池進(jìn)一步去除懸浮物砂濾池主要過濾廢水中的懸浮物。

表面水力負(fù)荷宜為3~6m3/[m2·h]，空床停留時(shí)間：20~40min。

2.3.4 臭氧催化氧化裝置

經(jīng)過臭氧催化氧化反應(yīng)器后，廢水中無法通過生物降解的有機(jī)物被降解為小分子或直接礦化后，進(jìn)入后續(xù)處理單元，多余的O3可自行分解為O2[4]。

臭氧催化氧化裝置HRT宜為0.5~1h。

2.3.5 曝氣生物濾池

廢水中殘余有機(jī)物被曝氣生物濾池固載的好氧菌氧化分解，同時(shí)剩余低濃度氨氮發(fā)生硝化反應(yīng)得到去除。

表面水力負(fù)荷宜為5-8m3/[m2·h]；BOD負(fù)荷宜為0.5~1kg BOD/m3·d；

空床停留時(shí)間宜為30～60min。

3 調(diào)試與運(yùn)行

該焦化廢水處理站建成后，2018年3月進(jìn)入調(diào)試階段，同年9月份完成系統(tǒng)調(diào)試，整個(gè)調(diào)試過程可分為如下幾個(gè)階段：

3.1 清水試車

檢查池體及砌體滲漏和耐壓情況，同時(shí)檢查全工藝流程水路是否暢通，包括水泵、電力系統(tǒng)運(yùn)行、儀表校準(zhǔn)、閥門（氣、手動(dòng)）操作情況、曝氣系統(tǒng)等。

3.2 生化系統(tǒng)調(diào)試

3.2.1 好氧池污泥接種

首先對(duì)好氧內(nèi)注入蒸氨廢水與稀釋水，通過調(diào)配比例，宜控制COD不大于1000mg/L，氨氮不大于100mg/L，然后選擇與本系統(tǒng)性質(zhì)相近的污泥進(jìn)行投加，一次投加量宜為池容的1/4~1/5，污泥接種后MLSS宜為1～2g/L。

3.2.2 好氧池悶曝及菌種馴化

污泥接種后，開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行悶曝，焦化廢水水質(zhì)宜控制為BOD5:N:P=100:5:1，磷元素通過磷酸鹽藥劑補(bǔ)充，經(jīng)過一段時(shí)間的悶曝后，系統(tǒng)各項(xiàng)理化指標(biāo)會(huì)明顯降低，污泥濃度逐漸升高。

3.2.3 好氧負(fù)荷提升及缺氧池啟動(dòng)

當(dāng)好氧池SV30穩(wěn)定大于20%，MLSS穩(wěn)定大于2g/L后，進(jìn)入蒸氨廢水，并逐漸提升負(fù)荷，出水自流進(jìn)入二沉池，污泥回流至好氧池補(bǔ)充污泥濃度，上清液回流至缺氧池，開始缺氧系統(tǒng)啟動(dòng)。

調(diào)試期間，本系統(tǒng)好氧池COD及氨氮容積負(fù)荷情況如下圖2所示。

圖2 好氧池COD及氨氮容積負(fù)荷變化趨勢圖

由圖2看出：

隨著調(diào)試過程中水量的逐漸提升，系統(tǒng)COD及氨氮容積負(fù)荷呈遞增趨勢，表明好氧池菌群活躍，能夠充分利用進(jìn)水底物，既滿足了自身增殖，同時(shí)對(duì)水中有機(jī)物進(jìn)行了有效分解。

COD容積負(fù)荷為0.1~0.5kg COD/m3·d，氨氮容積負(fù)荷為0.01~0.02kg。

3.2.4 提升至滿負(fù)荷及穩(wěn)定運(yùn)行

當(dāng)好氧池、二沉池、缺氧池完全聯(lián)動(dòng)后，逐漸增加焦化廢水原水進(jìn)水量，循序漸進(jìn)，直至滿負(fù)荷，單次提升量宜為總進(jìn)水量的10～20%。

系統(tǒng)滿負(fù)荷后，記錄污泥情況如下表2所示。

表2 污泥參數(shù)一覽表

由表2可以看出：系統(tǒng)提升至滿負(fù)荷后，污泥情況良好，各項(xiàng)污泥指標(biāo)參數(shù)范圍適中，其中污泥負(fù)荷偏低，說明系統(tǒng)處理能力仍有余量。

3.3 深度處理單元調(diào)試

3.3.1 混凝系統(tǒng)調(diào)試

首先取二沉池出水進(jìn)行混凝燒杯試驗(yàn)，混凝藥劑采用聚合硫酸鐵，可配合陰離子聚丙烯酰胺使用，摸索到最佳加藥量后應(yīng)用到工程現(xiàn)場，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果調(diào)整。

3.3.2 反硝化生物濾池調(diào)試

總氮去除宜控制TN：BOD≈1:5，藥劑選擇以甲醇、乙酸鈉等短鏈小分子碳源為宜。

3.3.3 臭氧催化氧化單元調(diào)試

通過調(diào)整臭氧發(fā)生器，選擇較優(yōu)的氧氣量及濃度，直至系統(tǒng)COD及色度達(dá)到要求，同時(shí)控制尾氣排放。

調(diào)試期間，記錄反硝化濾池及臭氧催化氧化單元數(shù)據(jù)變化情況見下圖3。

圖3 反硝化濾池與臭氧催化氧化單元調(diào)試效果

由圖3可以看出：

（1）由于生化A/O系統(tǒng)調(diào)試良好，為反硝化生物濾池的啟動(dòng)創(chuàng)造了良好的條件，碳源投加后，反硝化細(xì)菌增殖較快，啟動(dòng)一周后硝酸鹽氮明顯降低，穩(wěn)定運(yùn)行后，降低至20mg/L以下。

（2）臭氧催化氧化單元開啟后迅速完成了調(diào)試，穩(wěn)定運(yùn)行后，出水COD為60mg/L左右，優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.3.4 曝氣生物濾池調(diào)試

經(jīng)過臭氧催化氧化處理后，廢水中部分難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解，為曝氣生物濾池的啟動(dòng)創(chuàng)造了條件，可適當(dāng)投加菌種，開啟風(fēng)機(jī)悶曝啟動(dòng)，運(yùn)行穩(wěn)定后，系統(tǒng)出水有機(jī)物可進(jìn)一步降低。

4 結(jié)語

（1）實(shí)踐證明，焦化廢水預(yù)處理-A/O-混凝-生物濾池-臭氧催化氧化組合工藝可行，出水水質(zhì)達(dá)到了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16171-2012表2直排標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）焦化廢水作為工業(yè)廢水中的處理難點(diǎn)，需要從設(shè)計(jì)開始抓起，選擇合理的工藝參數(shù)及設(shè)備是工藝成敗的關(guān)鍵。

（3）要重視焦化廢水的調(diào)試及運(yùn)行管理工作，從數(shù)據(jù)積累中掌握運(yùn)行規(guī)律，分析系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，以科學(xué)的角度指導(dǎo)生產(chǎn)。