某焦化廢水處理流程優(yōu)化改造研究

王 帆 徐慶榮

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

某焦化廢水處理流程優(yōu)化改造研究

王 帆 徐慶榮

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

煉焦行業(yè)的焦化廢水屬于高氨氮廢水，含有酚、氰、苯等大量有毒有害物質(zhì)。為達(dá)到國(guó)家對(duì)焦化廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)，減輕環(huán)境污染，對(duì)某煤焦化廠原廢水處理系統(tǒng)各單體構(gòu)筑物的處理能力進(jìn)行分析、校核，確定廢水處理系統(tǒng)中A/O生化工藝部分的水力停留時(shí)間和污泥齡均小于設(shè)計(jì)規(guī)范是造成廢水排放不達(dá)標(biāo)的主要原因。通過(guò)增加一套好氧池和回沉池，優(yōu)化處理工藝流程、投加相應(yīng)藥劑等措施，最終在實(shí)驗(yàn)室階段獲得較優(yōu)的出水污染物指標(biāo)，可為該煤焦化廠廢水處理系統(tǒng)的改造提供技術(shù)指導(dǎo)。

焦化廢水 新標(biāo)準(zhǔn) 優(yōu)化改造

煉焦行業(yè)焦化廢水的污染及控制一直是國(guó)家廢水處理領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。2012年6月27日，國(guó)家環(huán)保部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171—2012)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，自2015年1月1日起，煉焦企業(yè)全部實(shí)行新標(biāo)準(zhǔn)中的污染物限值標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論是國(guó)家對(duì)焦化行業(yè)廢水污染控制的日益嚴(yán)格，還是企業(yè)出于社會(huì)公益的目的，煉焦行業(yè)現(xiàn)有焦化廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造勢(shì)在必行。論文通過(guò)對(duì)某煤焦化廠焦化廢水現(xiàn)有處理系統(tǒng)各單體構(gòu)筑物的能力進(jìn)行分析和校核，尋找存在問(wèn)題的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，并按照新標(biāo)準(zhǔn)的要求提出改進(jìn)措施，以?xún)?yōu)化工藝流程，確保系統(tǒng)出水滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)分析

1.1 現(xiàn)有系統(tǒng)工藝流程

某煤焦化廠現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為120 m3/h，工藝流程見(jiàn)圖1，水量平衡見(jiàn)圖2。

圖1 現(xiàn)有工藝流程示意

圖2 現(xiàn)有系統(tǒng)水量平衡圖(單位:m3/h)

1.2 現(xiàn)有構(gòu)筑物處理能力校核

系統(tǒng)各個(gè)單體構(gòu)筑物處理能力的校核結(jié)果表明，廢水處理系統(tǒng)事故池、調(diào)節(jié)池以及后續(xù)混凝沉淀系統(tǒng)負(fù)荷能力足夠。因此，重點(diǎn)對(duì)工藝的A/O生化部分進(jìn)行分析、校核，結(jié)果如下：

(1)缺氧池。設(shè)計(jì)尺寸：長(zhǎng)×寬×高為15.0 m×14.0 m×8.9 m，共兩座，總有效容積3 528 m3。按進(jìn)水量120 m3/h計(jì)算，廢水在厭氧池停留時(shí)間約29.4 h。

(2)好氧池。設(shè)計(jì)尺寸：長(zhǎng)×寬×高為19.5 m×18.0 m×7.0 m，共兩座，總有效容積4 212 m3，按進(jìn)水量120 m3/h計(jì)算，廢水在好氧池停留時(shí)間約35.1 h。

(3)回沉池。設(shè)計(jì)尺寸φ16.0 m×3.6 m，共兩座，總有效容積約1 300 m3，按進(jìn)水量120 m3/h計(jì)算，廢水在回沉池停留時(shí)間約10.8 h。

1.3 焦化廢水處理系統(tǒng)A/O工藝流程的校核

1.3.1 A/O工藝流程與設(shè)計(jì)參數(shù)

生物脫氮的基本原理是在傳統(tǒng)的二級(jí)處理中將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的基礎(chǔ)上，在硝化和反硝化菌的作用下，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，再通過(guò)反硝化作用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩_(dá)到從廢水中脫氮的目的。在傳統(tǒng)活性污泥法中，污水中的氮、磷的去除量?jī)H為微生物從污水中攝取并進(jìn)行細(xì)胞合成的數(shù)量，因此去除率低，氮一般為20%～40%，磷僅為5%～20%。而A/O工藝脫氮率一般可達(dá)到70%～80%。焦化廢水處理系統(tǒng)A/O工藝部分基本流程見(jiàn)圖3。

圖3 焦化廢水處理A/O工藝基本流程

A/O工藝運(yùn)行主要參數(shù)：

(1)硝化工況。好氧池出口溶解氧在1～ 2 mg/L以上；適宜溫度為20～30 ℃，最低水溫應(yīng)不小于13 ℃，低于13 ℃硝化速度明顯降低；TKN/MLSS負(fù)荷率<0.05 kgTKN/(kg·MLSS·d)；pH為8.0～8.4。

(2)反硝化工況。溶解氧趨近于零；生化反應(yīng)池進(jìn)水溶解性BOD濃度與硝態(tài)氮濃度之比應(yīng)在4以上。

A/O工藝主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 焦化廢水A/O工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3.2 A/O工藝流程運(yùn)行參數(shù)現(xiàn)狀

(1)水力停留時(shí)間HRT。A段水力停留時(shí)間29.4 h，O段水力停留時(shí)間35.1 h。由表1可知，目前缺氧池停留時(shí)間滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范要求，好氧池停留時(shí)間略小于規(guī)范要求。

(2)污泥齡

式中,Ts為生物反應(yīng)設(shè)施中污泥停留時(shí)間，d；V為活性污泥反應(yīng)設(shè)施、回沉池和回流污泥井總有效容積之和，m3；Qw為外排剩余污泥量，m3/h；Qb為生物處理設(shè)計(jì)水量，m3/h；Cm為生化處理系統(tǒng)中泥水混合液的污泥濃度，以MLSS 計(jì)，mg/L；Cs為回沉池回流活性污泥的污泥濃度，以MLSS 計(jì)，mg/L；Css為生物處理后出水中含懸浮物濃度，以SS計(jì)，mg/L。

代入計(jì)算得A/O焦化廢水脫氮工藝系統(tǒng)實(shí)際污泥齡Ts=85 d<100 d，小于設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

(3)污泥回流比R。根據(jù)業(yè)主提供數(shù)據(jù)，回沉池回流到好氧池污泥量為280 m3/h，計(jì)算得污泥回流比R=233%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

(4)消化液回流比Rd。根據(jù)業(yè)主提供數(shù)據(jù)，回沉池回流到缺氧池混合液量為360 m3/h，計(jì)算得硝化液回流比Rd=300%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

由以上分析可知，好氧池停留時(shí)間略小于規(guī)范要求，污泥齡Ts小于規(guī)范要求。

如檢修需停用一座好氧池，則停留時(shí)間為17.6 h，遠(yuǎn)小于36 h，難以保證水質(zhì)處理目標(biāo)。建議新建一座好氧池，可保證停留時(shí)間39.6 h，可完全滿(mǎn)足運(yùn)行安全檢修要求；回沉池如需停用一座檢修，系統(tǒng)壓力會(huì)明顯增大，建議新建一座回沉池與新的好氧池一對(duì)一使用，保證系統(tǒng)滿(mǎn)足目前廢水處理能力。增加一套好氧池和回沉池后，計(jì)算污泥齡Ts=111 d>100 d，符合規(guī)范要求。

目前在后混系統(tǒng)處新建了一座700 m3左右的缺氧池，考慮運(yùn)行安全，如主體缺氧池停用一座，停留時(shí)間變?yōu)?0.5 h，略小于規(guī)范要求，基本上可滿(mǎn)足應(yīng)急運(yùn)行安全檢修。

2 工藝流程的優(yōu)化改造

2.1 改造措施

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)能力的校核，現(xiàn)有系統(tǒng)的A/O流程段脫氮能力不足，需對(duì)工藝進(jìn)行改造，增加一座好氧池以及配套的回沉池。具體改造如下：

(1)新建好氧池1座。設(shè)計(jì)尺寸：長(zhǎng)×寬×高19.5 m×18.0 m×7.0 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；配套設(shè)備：①風(fēng)機(jī)，利用原有系統(tǒng)風(fēng)機(jī)，不新增鼓風(fēng)設(shè)備；②微孔曝氣頭，采用塑料材質(zhì)，數(shù)量1 188；③配套管道，水管采用鋼制，空氣管道水上采用鋼管，水下部分采用ABS塑料管道；④管道附件，閥門(mén)、管卡、管堵等若干。

(2)新建回沉池1座。設(shè)計(jì)尺寸φ16.0 m×3.6 m，有效容積約620 m3，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；配套設(shè)備：①刮泥機(jī)，選擇中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，型號(hào)ZXG16，周邊線速度1～2 m/min，驅(qū)動(dòng)功率0.75 kW；②配套管道，選擇鋼制管道；③管道附件，彎頭、閥門(mén)、三通等若干。改造后的處理工藝流程見(jiàn)圖4，水量平衡見(jiàn)圖5。

圖4 改造后工藝流程

圖5 改造后水量平衡(單位:m3/h)

經(jīng)過(guò)改造后系統(tǒng)能力與進(jìn)水流量能相互匹配，外排出水能達(dá)到原有標(biāo)準(zhǔn)要求的各項(xiàng)指標(biāo)。

2.2 出水指標(biāo)優(yōu)化

焦化廢水的優(yōu)化目標(biāo)為：①目前系統(tǒng)出水COD值為171，超出新標(biāo)準(zhǔn)要求。改造后新增加一座好氧池有利于COD的降解和最終排水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；②SS目前沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，SS值要穩(wěn)定在50 mg/L以下還需要進(jìn)一步的處理；③硫化物、氰化物和總氰的降解是升級(jí)優(yōu)化的重點(diǎn)，需有針對(duì)性的投加藥劑通過(guò)藥劑和構(gòu)筑物的配合處理使其達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。優(yōu)化后的工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 優(yōu)化后的工藝流程

現(xiàn)有系統(tǒng)廢水進(jìn)入反應(yīng)池，在此池內(nèi)投加降解總氰的藥劑，混合反應(yīng)。采用現(xiàn)有系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)(接管和配套附件即可)在池內(nèi)進(jìn)行空氣攪拌。空氣攪拌的優(yōu)點(diǎn)是既能充分利用現(xiàn)有的系統(tǒng)，也可以通過(guò)鼓風(fēng)曝氣對(duì)廢水中的COD及硫化物進(jìn)行有效的降解?；旌戏磻?yīng)后的廢水進(jìn)入砂濾池，去除廢水中經(jīng)過(guò)加藥曝氣降解形成的細(xì)小懸浮物。砂濾池出水泵入活性炭過(guò)濾設(shè)備，進(jìn)一步去除廢水中的COD及SS，同時(shí)能有效的改善廢水的色度，使其滿(mǎn)足新的排放要求。最終廢水進(jìn)入清水池，一部分用以對(duì)系統(tǒng)的反沖洗，處理后的剩余廢水外排。反沖洗后的廢水進(jìn)入目前生化系統(tǒng)的污泥濃縮池，與生化污泥一起壓濾處理。

實(shí)驗(yàn)室條件下，工藝流程優(yōu)化后出水污染物指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化工藝實(shí)驗(yàn)室出水污染物指標(biāo) mg/L

污染物SSCOD氨氮BOD總氮總磷石油酚氰化物污染限值3570813181.01.20.200.13

由表2可知，實(shí)驗(yàn)室條件下處理后的廢水中污染含量明顯降低，處理后的廢水pH為7.3，滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。

3 結(jié) 論

(1)某煤焦化廠廢現(xiàn)有的廢水處理工藝流程A/O脫氮工藝系統(tǒng)中廢水在好氧池停留時(shí)間和實(shí)際污泥齡小于設(shè)計(jì)規(guī)范要求，是廢水排放不達(dá)標(biāo)的重要因素。

(2)通過(guò)新建1座好氧池和1座回沉池，不僅能有效降低目前系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，也為單體構(gòu)筑物和設(shè)備的檢修提供了必要條件，并與降氰藥劑共同作用，優(yōu)化了廢水處理工藝流程，有利于解決目前外排廢水排放指標(biāo)不穩(wěn)定、部分污染物含量達(dá)不到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的問(wèn)題。

(3)優(yōu)化后的處理流程在實(shí)驗(yàn)室階段的出水污染物成分分析結(jié)果表明，氰化物、酚、總磷、總氮等含量降低明顯。該工藝優(yōu)化可為后續(xù)焦化廢水排放指標(biāo)滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的要求提供了可靠的技術(shù)改造依據(jù)。

2015-08-03)

王 帆(1981—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。