物化-生化組合工藝處理焦化廢水的工程實(shí)例

李亞峰，蘇　雷，劉濟(jì)嘉

（沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110168）

物化-生化組合工藝處理焦化廢水的工程實(shí)例

李亞峰，蘇雷，劉濟(jì)嘉

（沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110168）

以北方某煤化工有限公司污水處理廠工程為例，介紹氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF三級(jí)處理工藝對(duì)焦化廢水的處理效果及工藝參數(shù)。運(yùn)行結(jié)果表明：氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF三級(jí)處理工藝具有較好的處理效果，當(dāng)進(jìn)水COD、油類(lèi)、酚、NH3-N、氰化物質(zhì)量濃度分別為1 300、670、200、150、10 mg/L時(shí)，出水COD、油類(lèi)、酚、NH3-N、氰化物質(zhì)量濃度分別為100、5、0.5、15、0.5 mg/L，出水水質(zhì)均滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的二類(lèi)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

焦化廢水；A2/O；氧化絮凝；物化-生化組合工藝

焦化廢水是一種典型的難降解工業(yè)廢水〔1〕，是煤在高溫干餾、煤氣凈化和副產(chǎn)品回收過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，除含有高濃度難降解的有機(jī)污染物外，不但含有如酚類(lèi)、吡啶、喹啉、多環(huán)芳烴（PAHs）等有機(jī)污染物，還含有氨、氰化物、硫氰化物等無(wú)機(jī)污染物。隨著我國(guó)重工業(yè)的快速發(fā)展，煤化工企業(yè)受到國(guó)家的高度重視。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也更加關(guān)注工業(yè)廢水的排放問(wèn)題。目前傳統(tǒng)活性污泥法、生物濾池法已不能滿足我國(guó)“十二五”規(guī)劃污染減排政策的嚴(yán)格要求。

北方某煤化工有限公司，焦炭年生產(chǎn)能力為75萬(wàn)t，甲醇年生產(chǎn)能力為2.8萬(wàn)t，硫銨年生產(chǎn)能力為0.8萬(wàn)t，合成氨年生產(chǎn)能力為12.5萬(wàn)t。該公司建設(shè)了采用氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF三級(jí)處理工藝的污水廠處理其所排焦化廢水。該污水廠投產(chǎn)運(yùn)行幾年來(lái)，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1　水量與水質(zhì)

1.1水量

該廠焦化廢水主要為焦化剩余氨水、含酚廢水、甲醇廢水、大機(jī)油水，排放量分別為35、115、80、20 m3/h，設(shè)計(jì)處理量為250 m3/h。其中比例最大的焦化廢水組分復(fù)雜、氨氮量高、油類(lèi)多、有機(jī)物含量高且可生化性差，屬于難生物降解的高濃度有機(jī)廢水。

1.2進(jìn)出水水質(zhì)

污水水質(zhì)指標(biāo)為COD、SS、油類(lèi)、揮發(fā)酚、氨氮、氰化物和其余微量污染物等。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)應(yīng)滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的二類(lèi)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1　　進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)

2　工藝流程

根據(jù)該焦化廢水水質(zhì)復(fù)雜性、有機(jī)污染物和油類(lèi)含量高等特點(diǎn)，確定氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF的深度處理工藝〔2〕，具體工藝流程如圖1所示。

圖1　　工藝流程

由圖1可見(jiàn)，由于35 m3/h的焦化剩余氨水氨氮含量較高，首先進(jìn)入脫氨塔去除大部分氨氮后再進(jìn)入調(diào)節(jié)池，氨氮的去除提高了預(yù)處理工藝的工作效率，使后序處理的混合污水中的氨氮含量明顯減少，降低了總體投資。隨后同其余原水一起進(jìn)入調(diào)節(jié)池，均質(zhì)均量。調(diào)節(jié)池水由提升泵打入隔油池，去除較大的油珠和相對(duì)密度大于1.0的雜質(zhì)。經(jīng)隔油后廢水進(jìn)入溶氣氣浮池，通過(guò)投加破乳劑、混凝劑和助凝劑將乳化油破乳，去除廢水中溶解油、乳化油等油分，另外也去除相對(duì)密度小于1.0懸浮物、膠體等雜質(zhì)，水中的COD含量也有減少。自流入?yún)捬醭乇患嫘院醚跷⑸镂场?〕，通過(guò)發(fā)酵作用去除水中難降解有機(jī)物并改善廢水水質(zhì)的可生化性，DO小于0.1 mg/L也可進(jìn)行部分反硝化作用。之后流進(jìn)缺氧池，使酸化后的廢水進(jìn)一步水解，通過(guò)反硝化菌還原反應(yīng)將硝化混合液中的NO3--N與NO2--N轉(zhuǎn)化為N2。缺氧池出水自流至好氧池，溶解性有機(jī)污染物被好氧微生物吸食，1/3被微生物吸收增殖，2/3以能量的形式釋放，供給微生物運(yùn)動(dòng)。通過(guò)投加適量Na2CO3，補(bǔ)充堿度滿足微生物營(yíng)養(yǎng)比。從而使活性污泥能夠充分吸收營(yíng)養(yǎng)物，氧化分解，廢水得到凈化。凈化廢水需經(jīng)過(guò)二沉池把活性污泥與處理后廢水分離，經(jīng)沉淀處理后的水再經(jīng)過(guò)氧化—混凝—分離組合裝置進(jìn)一步處理。在一定溫度下，投加復(fù)合氧化劑，使廢水中大分子難降解有機(jī)物變成易降解小分子物質(zhì)，提高微生物的B/C，將廢水中自由沉淀難以去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒去除，還降低廢水的濁度和色度。經(jīng)氧化段出水進(jìn)入混凝分離段，投加藥劑絮凝沉淀分離二沉池沒(méi)有分離的懸浮顆粒物。之后出水進(jìn)入BAF生物濾池，自下向上流動(dòng)，廢水與填料接觸，微生物吸附于填料上，水中有機(jī)物被微生物吸食氧化分解，另有過(guò)濾效果。廢水得到凈化后進(jìn)入監(jiān)測(cè)池即可達(dá)標(biāo)排放。

3　主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

（1）平流隔油池。鋼砼結(jié)構(gòu)，2座，每座尺寸12 m× 1.8 m×5.3 m，有效水深5 m，停留時(shí)間為4.3 h；斜板隔油池。鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸5.0 m×1.8 m×4.3 m，有效水深4 m，停留時(shí)間為1.4 h。設(shè)碳鋼防腐液面除油裝置 4套，DN 700 mm×1 800 mm；罐底安裝蛇形加熱管的碳鋼防腐污油罐2臺(tái)，DN 4 200 mm× 5 717 mm。廢水中含油成分較為復(fù)雜，去除油脂采用兩級(jí)隔油處理的工藝，其優(yōu)點(diǎn)是可以分離焦油及浮油，最大限度去除水中的浮油、乳化油及重油等油脂。

（2）氣浮池。鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸12 m×1.8 m× 2.8 m，有效水深2.5 m，停留時(shí)間1.7 h。設(shè)碳鋼防腐壓力容器罐1臺(tái)，DN 1 800 mm×5 840 mm；溶氣水泵，2臺(tái)，Q=100 m3/h，H=55 m，n=2 900 r/min，N= 55 kW。對(duì)于水中的溶解油、乳化油類(lèi)，采用溶氣氣浮的方式，通過(guò)投加絮凝劑、助凝劑對(duì)乳化油進(jìn)行破乳，對(duì)原水中的殘油進(jìn)一步去除。溶氣氣浮可去除懸浮物、膠體等物質(zhì)。

（3）A2/O生化池。厭氧反應(yīng)池，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸27.7 m×25.8 m×5.8 m，有效水深5.5 m，停留時(shí)間7.1 h；缺氧池，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸54.6 m×25.8 m× 5.3 m，有效水深 5 m，停留時(shí)間 5.0 h，工作水量1 415 t/h；推流曝氣池，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸40 m× 3.8 m×5.1 m，有效水深4.8 m，停留時(shí)間6.0 h，工作水量1 215 t/h。設(shè)硝化液回流泵2臺(tái)，Q=300 m/h，H= 7 m，n=2 900 r/min，N=15 kW；污泥回流泵2臺(tái)，Q= 300 m/h，H=11 m，n=2 900 r/min，N=22 kW；離心鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)，Q=45 m3/min，P=68 kPa，N=22 kW。由于原水氨氮含量較高，采用A2/O的處理工藝，即厭氧—缺氧—好氧。在保證COD的去除效果的同時(shí)，通過(guò)污泥回流、硝化液回流，使氧化形成的硝酸氮，回流至厭氧池后，通過(guò)反硝化菌生成氮?dú)猓瑥乃蟹蛛x出來(lái)，增加了對(duì)廢水的脫氮處理效果，保證廢水處理后氨氮達(dá)標(biāo)排放。

（4）二沉池。鋼砼結(jié)構(gòu)，2座，規(guī)格為DN 20 m× 6 m，有效水深3.7 m，停留時(shí)間1.8 h，工作水量1 365 m3/h；每池設(shè)周邊轉(zhuǎn)動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)，L=10 mm，N= 1.5 kW，碳鋼防腐。

（5）氧化絮凝池。該方法是高級(jí)氧化和混凝絮凝工藝的聯(lián)用，設(shè)有氧化反應(yīng)段、混凝段和分離段，通過(guò)藥劑的投加在時(shí)間和空間上分步驟對(duì)污染物具有針對(duì)性的重點(diǎn)去除。在A2/O工藝后端，接氧化絮凝工藝，通過(guò)投加復(fù)合氧化劑使剩余的大分子難降解物質(zhì)變成易被微生物降解的小分子有機(jī)物，調(diào)整廢水的B/C，提高后續(xù)生物處理單元的處理效果，同時(shí)去除廢水中自由沉降難以沉淀去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，以降低廢水的濁度和色度。

鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸21 m×6 m×5.8m，有效水深4.5 m，停留時(shí)間2.3 h。設(shè)不銹鋼臭氧發(fā)生器3套，Q=1 000 g/h；不銹鋼雙氧水儲(chǔ)罐1臺(tái)，DN 800 mm× 1 000 mm，配套的H2O2加藥泵2臺(tái)，Q=60 L/h，H= 7 m，N=0.18 kW。

（6）BAF池。鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸32 m×21 m× 5.6 m，有效水深5.3 m，停留時(shí)間10.8 h。設(shè)碳鋼防腐BAF布水器8臺(tái)，DN 7 000 mm×7 000 mm；碳鋼防腐BAF布?xì)馄?臺(tái)，DN 7 000 mm×7 000 mm；碳鋼防腐BAF反沖洗布水器8臺(tái)，DN 7 000 mm×7 000 mm；碳鋼防腐BAF反沖洗布?xì)馄?臺(tái)，DN 7 000 mm× 7 000 mm。設(shè)BAF反沖洗泵2臺(tái)，Q=792 m3/h，H= 32.2 m，n=2 900 r/min，N=100 kW；反沖洗回水泵2臺(tái)，Q=250 m3/h，H=11 m，n=2 900 r/min，N=15 kW。經(jīng)過(guò)前面工序的高級(jí)氧化處理，使部分難以生物降解的有機(jī)物開(kāi)環(huán)斷鏈為易于生物降解的小分子有機(jī)物，經(jīng)過(guò)BAF池的生物氧化分解后得以大量去除，使之成為出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的有力保證。

4　處理效果及運(yùn)行成本

4.1處理效果

該廠投產(chǎn)運(yùn)行幾年來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，出水效果好。對(duì)較高濃度COD、高濃度氨氮、高含油量、酚、氰化物、SS均有很好的處理效果。7月1日～15日的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。2010年6月經(jīng)環(huán)保監(jiān)測(cè)部門(mén)對(duì)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)估，均達(dá)到國(guó)家的排放要求。

表2　　廢水處理效果

由表2可見(jiàn)，污水廠出水水質(zhì)指標(biāo)比較穩(wěn)定，出水中pH、COD、SS、油、酚、NH3-N和氰化物等污染物質(zhì)均滿足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2運(yùn)行成本

電費(fèi)：總裝機(jī)容量為973.08 kW，常用負(fù)荷496.02 kW，按當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.43元/（kW·h）計(jì)，則每日電費(fèi)為0.511 9萬(wàn)元，每噸水耗電費(fèi)為0.624元。

藥劑費(fèi)：聚合氯化鋁（PAC）投加量130 g/m3，市場(chǎng)價(jià)為0.17萬(wàn)元/t，噸水費(fèi)用0.221元；聚丙烯酰胺（PAM）投加量5 g/m3，市場(chǎng)價(jià)為1.80萬(wàn)元/t，噸水費(fèi)用0.09元；磷酸二氫鈉投加量8 g/m3，市場(chǎng)價(jià)為0.18萬(wàn)元/t，噸水費(fèi)用0.014 4元；碳酸鈉投加量130 g/m3，市場(chǎng)價(jià)為0.21萬(wàn)元/t，噸水費(fèi)用0.273元；H2O2投加量20 g/m3，市場(chǎng)價(jià)為0.14萬(wàn)元/t，噸水費(fèi)用0.028元。噸水藥劑費(fèi)為0.626元。

人工費(fèi)：該操作站定員4人，每人每月2 000元工資，折合人工費(fèi)為0.044元/t。

運(yùn)行成本費(fèi)用：污水處理的運(yùn)行費(fèi)=電費(fèi)+藥劑費(fèi)+人工費(fèi)=0.624+0.626+0.044=1.294元/t。

5　結(jié)語(yǔ)

采用氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF的三級(jí)工藝深度處理焦化廢水，處理效果好，運(yùn)行成本低，對(duì)COD、SS、油、酚、NH3-N、氰化物的平均去除率為94.2%、92.8%、99.1%、99%、91.8%、96.4%，出水水質(zhì)均滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的二類(lèi)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，是目前處理煤焦化廢水較經(jīng)濟(jì)合理的深度處理工藝。

［1］韋朝海，賀明和，任源，等.焦化廢水污染特征及其控制過(guò)程與策略分析［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27（7）：1083-1093.

［2］潘碌亭，余波，王文蕾．內(nèi)電解-水解酸化-接觸氧化-氧化絮凝處理印染廢水研究［J］.環(huán)境污染與防治，2011，33（4）：1-6.

［3］魏煒，王天蛟，李爽，等．好氧反硝化菌純種分離及誘變育種［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，29（1）：150-155.

Case study on the physicochemical-biochemical process for the treatment of coking wastewater

Li Yafeng，Su Lei，Liu Jijia
（School of Municipal and Environmental Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China）

Taking the project in the wastewater treatment plant in a Coal Chemical Industry Company，Ltd.in northern China as example，the treatment effect and technical parameters of the combined 3-stage treatment process，air flotation-A2/O-oxidation coagulation-BAF，for treating coking wastewater are introduced.The operation results indicate that this combined process has better treatment effect．When the mass concentration of influent COD，oil，phenol，NH3-N and cyanide are 1 300，670，200，150，10 mg/L，respectively，the mass concentration of effluent COD，oil，phenol，NH3-N and cyanide can be reduced to 100，5，0.5，15，0.5 mg/L，respectively.The effluent water quality can completely meet the requirements specified in ClassⅡlevel of the Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）．

coking wastewater；A2/O；oxidation coagulation；physicochemical-biochemical process

X703.1

A

1005-829X（2016）01-0090-04

李亞峰（1960—），教授，博士。E-mail：yafengli88@sina. com。

2015-11-23（修改稿）