焦化酚氰廢水工藝改進(jìn)及綜合利用

唐鵬，來(lái)威，李亞娜，趙鴻武，周興，于朋

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽(yáng)122000）

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)朝陽(yáng)鋼鐵）焦化廠(chǎng)年產(chǎn)焦炭100萬(wàn)t，采用2×50孔JN 60-6型頂裝焦?fàn)t，配套煤氣產(chǎn)量48 000 m3/h的煤氣凈化處理工序。酚氰廢水處理工藝流程為：剩余氨水經(jīng)氣浮除油器處理后，進(jìn)入陶瓷過(guò)濾器進(jìn)一步除油，然后進(jìn)入蒸氨塔蒸氨，經(jīng)蒸氨處理后送往酚氰廢水工序，廢水經(jīng)處理后用于高爐沖渣。酚氰廢水處理工序采用的是A/A/O生物脫酚脫氮工藝，設(shè)計(jì)處理能力為55 m3/h。該工藝投產(chǎn)后運(yùn)行良好，但隨著進(jìn)水指標(biāo)變化、設(shè)備問(wèn)題及北方季節(jié)性影響等因素的出現(xiàn)，好氧池污泥活性降低，處理后廢水指標(biāo)偶爾出現(xiàn)波動(dòng)，如果處理不及時(shí)，使不合格水質(zhì)用于高爐沖渣，將帶來(lái)環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。本文分析了朝陽(yáng)鋼鐵焦化酚氰廢水工藝存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決措施，實(shí)施后效果良好。

1 存在問(wèn)題

1.1 蒸氨塔蒸汽耗量高及蒸氨指標(biāo)波動(dòng)大

原有蒸氨塔為浮閥蒸氨塔，直徑DN1400，采用直接蒸汽蒸氨，設(shè)計(jì)處理能力為30 m3/h，實(shí)際運(yùn)行最高處理22 m3/h。蒸氨塔每運(yùn)行2個(gè)月就需清掃1次，蒸氨后氨氮指標(biāo)波動(dòng)較大，蒸汽及液堿耗量偏高，不僅造成能源浪費(fèi)，也直接影響了酚氰廢水工序的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 好氧池曝氣不均

好氧池硝化過(guò)程需要消耗大量的氧，理論上每1 mg NH3-N需4.57 mg O2，正常維持曝氣池的溶解氧在2～4 mg／L。好氧池內(nèi)的硝化菌是高度好氧菌，溶解氧低時(shí)（1～2 mg／L）不會(huì)發(fā)生硝化作用，提高溶解氧的能力，使溶解氧增至3～6 mg／L，硝化作用明顯[1]。朝陽(yáng)鋼鐵酚氰廢水好氧池共分4格，每格918 m3，共有曝氣頭1 892個(gè)，采用塑料微孔曝氣器鋪設(shè)在池底。此系統(tǒng)運(yùn)行7年后，共有40余處曝氣頭脫落，導(dǎo)致池內(nèi)曝氣嚴(yán)重不均。曝氣頭脫落部位曝氣過(guò)度，未脫落部位曝氣不足。

1.3 臭氧催化氧化系統(tǒng)效率低

由于酚氰廢水經(jīng)混凝沉淀池處理后直接進(jìn)入臭氧催化氧化塔，廢水中部分懸浮物會(huì)進(jìn)入催化塔，堵塞催化塔底部曝氣頭，增加了催化塔阻力，因此將催化塔內(nèi)折流板拆除，減少了氣水接觸的反應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致催化效率降低。

1.4 脫硫液富余

蒸氨塔頂產(chǎn)生的氨氣經(jīng)冷凝成液態(tài)氨水后，直接進(jìn)入負(fù)壓HPF脫硫塔，脫硫廢液經(jīng)提副鹽工序處理后回到脫硫系統(tǒng)，長(zhǎng)期循環(huán)，脫硫液富余。因脫硫液中含有大量氰化物和COD等物質(zhì)，如果將脫硫液直接排往酚氰廢水，將導(dǎo)致污泥大量死亡。為保證脫硫效果，將提副鹽工序處理后的富余脫硫液送往煤塔用于噴煤處理，但由于脫硫液腐蝕性較強(qiáng)，噴煤不僅腐蝕設(shè)備，而且造成焦?fàn)t炭化室爐墻石墨脫落。

1.5 地下水直接排放

焦化地下水系統(tǒng)水質(zhì)復(fù)雜，各泵冷卻水、生產(chǎn)排水、循環(huán)排污水、雨排水等約為25 m3/h，均通過(guò)地下水管道外排，不僅水資源浪費(fèi)，而且一旦設(shè)備出現(xiàn)泄露，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，污染物進(jìn)入外排水管道，可能導(dǎo)致外排水指標(biāo)超標(biāo)，有環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2 改進(jìn)措施

2.1 應(yīng)用斜孔塔盤(pán)

由于原有蒸氨塔存在蒸汽耗量高和蒸氨指標(biāo)波動(dòng)大等問(wèn)題，打開(kāi)蒸氨塔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)塔盤(pán)焦油堵塞嚴(yán)重。為解決此問(wèn)題，利用原有蒸氨塔筒體，將塔內(nèi)部浮閥塔盤(pán)、加強(qiáng)圈、降液板、橫梁等塔內(nèi)件拆除，在塔內(nèi)部安裝斜孔塔盤(pán)及相應(yīng)塔內(nèi)件，斜孔塔盤(pán)采用316L材質(zhì)，以30°斜角在塔盤(pán)開(kāi)孔，斜孔塔盤(pán)汽液傳質(zhì)死區(qū)少，開(kāi)孔率可達(dá)85%以上，不易堵塞，同時(shí)增加了降液區(qū)，提高了處理能力。斜孔塔盤(pán)設(shè)備安裝圖如圖1所示。

斜孔蒸氨塔改造后，兩年內(nèi)塔盤(pán)未出現(xiàn)堵塞情況。改造前后蒸氨指標(biāo)如表1所示。由表1可以看出，蒸氨塔盤(pán)改造后蒸氨效率提高，處理能力提高。蒸氨后氨氮平均降低105 mg/L，且波動(dòng)范圍減??；蒸汽利用效率提高，蒸汽耗量平均減少90 kg/t水。

圖1 斜孔塔盤(pán)設(shè)備安裝圖Fig.1 Equipment Installation Diagram for Inclined-hole Tower Tray

表1 改造前后蒸氨指標(biāo)Table 1 Ammonia Stripping Indexes before and after Upgrading

2.2 應(yīng)用可提升式曝氣器

由于原有曝氣頭鋪設(shè)在好氧池底，更換時(shí)需停止好氧池的運(yùn)行，清除池底污泥，不僅工作難度較大，而且對(duì)污泥造成較大沖擊，影響廢水外排指標(biāo)。將原有底部曝氣頭更換為可提升式曝氣器，方案原理為：利用原有曝氣主管，接新曝氣管道布置于水池上方，曝氣時(shí)空氣由布?xì)夤苓M(jìn)入導(dǎo)氣管導(dǎo)氣槽，在曝氣膜管與支撐體間形成環(huán)形氣室，使曝氣膜管鼓起，空氣通過(guò)膜管上可張微孔向水體曝氣。管式曝氣器采用三元乙丙橡膠（EPDM），氣孔密度為34 000個(gè)/套。曝氣器設(shè)備圖如圖2所示。

圖2 曝氣器設(shè)備圖Fig.2 Diagram of Aerator

好氧池內(nèi)曝氣器的安裝密度為每2 m2安裝1個(gè)，根據(jù)好氧池不同位置對(duì)氧氣的需求量不同進(jìn)行調(diào)整。安裝及檢修時(shí)，將曝氣器快速接頭打開(kāi)，把連接管及曝氣器從曝氣池上方取下即可維修更換。曝氣器安裝圖如圖3所示。

安裝后好氧池溶解氧控制在2～6 mg/L，好氧池曝氣均勻，而且可根據(jù)好氧池前后端對(duì)氧氣需求量不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。改造后，好氧鼓風(fēng)機(jī)電流降低5 A，漏氣率降低，污泥活性提高，曝氣不均問(wèn)題得到解決。

圖3 曝氣器安裝圖Fig.3 Installation Diagram for Aerator

2.3 改造臭氧催化氧化系統(tǒng)

（1）增加過(guò)濾器。為解決混凝池出水懸浮物偏高的問(wèn)題，在混凝池與催化塔之間增加多介質(zhì)過(guò)濾器及轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾器。多介質(zhì)過(guò)濾器由卵石、石英砂、活性炭及纖維球多層組成。轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾器包括扇形器濾盤(pán)，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，濾盤(pán)中間為集水筒。過(guò)濾期間，過(guò)濾轉(zhuǎn)盤(pán)處于靜態(tài)，有利于污泥的池底沉積。清洗期間，過(guò)濾轉(zhuǎn)盤(pán)以1 r/min的速度旋轉(zhuǎn)并排污。增加2臺(tái)過(guò)濾器后，混凝池懸浮物由70 mg/L降低至10 mg/L，減少了催化塔堵塞。

（2）完善臭氧發(fā)生系統(tǒng)。升級(jí)臭氧發(fā)生器PLC系統(tǒng)，更換損壞的搪瓷管，增加空調(diào)降溫。改造后氧氣轉(zhuǎn)化率達(dá)83%以上，氧氣及電耗下降。

（3）催化塔改造。在原有臭氧微孔曝氣頭基礎(chǔ)上，增加10處0.5 mm曝氣孔，防止曝氣頭堵塞，減少催化塔阻力。在催化塔內(nèi)重新安裝波紋板，放置催化劑、金屬鮑爾環(huán)、纖維球，將催化塔由上進(jìn)水改為下進(jìn)水。改造后，增加了氣液接觸停留時(shí)間，催化塔出水顏色發(fā)白，提高了催化氧化塔處理效果。

2.4 處理富余脫硫液

由于蒸氨塔頂分縮器結(jié)垢堵塞嚴(yán)重，達(dá)不到溫差3℃的工藝要求，因此將原有分縮器拆除，清洗、更換后溫差可達(dá)6℃以上,分縮器與塔頂溫差的提高增加了濃氨水回流，提高了氨水濃度，從源頭上減少了進(jìn)入脫硫塔的氨水量。脫硫液經(jīng)提副鹽處理后，有毒物質(zhì)大量減少，將5～10 m3提鹽后的富余脫硫清液均勻進(jìn)入蒸氨系統(tǒng)，經(jīng)蒸氨處理后再送往酚氰廢水工序。

此方案雖會(huì)使蒸氨廢水中氰含量增加5 mg/L左右，但可解決脫硫液富余問(wèn)題，但脫硫液供給廢水量不應(yīng)過(guò)多，否則會(huì)對(duì)污泥活性及出水指標(biāo)造成影響。

2.5 生產(chǎn)排污水回用，廢水綜合利用

（1）為解決生產(chǎn)排水無(wú)序排放問(wèn)題，將焦化地下水井總出口堵住，將生產(chǎn)排水、硫銨區(qū)域排水、儲(chǔ)槽蒸汽加熱凝結(jié)水及雨排水共約10 m3/h回收至100 m3的綜合水池，安裝潛水泵及液位連鎖裝置進(jìn)行回收利用。在綜合水池安裝自吸泵，出水管道鋪設(shè)至好氧池入口及調(diào)節(jié)池入口，如果回收水質(zhì)較好，則直接進(jìn)入好氧池；如果回收的水質(zhì)偏差，則進(jìn)入酚氰廢水調(diào)節(jié)池處理。

（2）將晾水架循環(huán)水排污、低溫水排污、制冷機(jī)蒸汽凝結(jié)水回收至30 m3的蓄水池，安裝自吸泵，出水管道鋪設(shè)至好氧池消泡水管道入口，利用循環(huán)排污水對(duì)好氧池消泡稀釋。此方案不僅不用外排循環(huán)排污水，減少稀釋水用量，而且可使循環(huán)水中的堿度及部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到利用。

通過(guò)上述方案，酚氰廢水系統(tǒng)不再使用工業(yè)新水消泡，可減少新水耗量25 m3/h，不僅節(jié)約新水資源，而且將生產(chǎn)排水、雨排水、循環(huán)排污水全部回用，從根本上杜絕了污染物質(zhì)外排的可能性。

3 實(shí)施效果

由于改造后廢水處理效果提高，根據(jù)處理后外排總水量及污染物質(zhì)降低量，計(jì)算得COD、懸浮物等污染物外排量減少約2.5 t/月,給企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。改造前后廢水出水指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 改造前后廢水出水指標(biāo)Table 2 Effluent Indexes of Wastewater before and after Upgrading mg/L

4 結(jié)語(yǔ)

朝陽(yáng)鋼鐵焦化廠(chǎng)對(duì)蒸氨塔、好氧池曝氣器及臭氧催化氧化系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行改造，對(duì)生產(chǎn)工藝操作進(jìn)行優(yōu)化，將生產(chǎn)排污水及富余脫硫液處理后回用于酚氰廢水，實(shí)現(xiàn)廢水的綜合利用。改造后不僅酚氰廢水出水指標(biāo)合格，解決了制約生產(chǎn)環(huán)保的瓶頸問(wèn)題，而且達(dá)到了節(jié)能減排的目的，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。