臭氧催化氧化—雙膜深度處理焦化廢水的設計實例

徐建宇 孟 恒 黃 凌 辛 劍

（1.昆明工職院； 2.云南天朗節(jié)能環(huán)保集團有限公司； 3.昆鋼鋼結構股份有限公司）

1 前言

唐山市國義煉焦制氣有限公司是唐山市較大的焦化企業(yè)之一。經過多年發(fā)展，企業(yè)規(guī)模逐步擴大，原有配套的一期、二期焦化廢水“A/O生化處理”系統(tǒng)已不能滿足當前生產和環(huán)保要求。為嚴格執(zhí)行國家環(huán)保政策要求，更好的擔負起社會責任，由云南天朗節(jié)能環(huán)保集團有限公司總承包，昆鋼集團設計院有限公司進行方案及施工圖設計工作；在原一期、二期生化處理系統(tǒng)末端新建一套 “臭氧催化氧化+雙膜處理工藝”深度處理系統(tǒng)；最終使得處理后的焦化廢水達到生產循環(huán)冷卻水回用標準要求。

2 設計規(guī)模及進出水水質

“臭氧催化氧化+雙膜處理工藝”深度處理系統(tǒng)進水主要來自原一期、二期生化處理系統(tǒng)“A/O”工藝出水，水質指標詳見表1；根據《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）中水質指標（表2）所示可以看出：“A/O”工藝出水較為復雜，其中懸浮物、CODcr、石油類、PH等污染指標未達到《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準（GB16171-2012）中再生水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水水質標準要求。

為了達到國家制定的《焦化行業(yè)準入條件(2008年修訂)》中對環(huán)境保護的相關要求，因此在“A/O”系統(tǒng)后增加 “臭氧催化氧化+雙膜處理”深度系統(tǒng)使最終出水水質達到《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）中再生水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水水質標準。

表 1 “A/O”工藝出水水質指標

表 2 《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）中再生水水質指標

3 工藝流程說明

新增加 “臭氧催化氧化+雙膜處理”深度系統(tǒng)設計規(guī)模為300 m3/h，產水量為240 m3/h，濃鹽水量為60 m3/h，回收率達到80 %；主要處理“A/O”系統(tǒng)后段未處理達標的懸浮物、CODcr、石油類、PH四個水質指標；通過臭氧催化氧化與陶瓷膜分離聯(lián)用增強了粉末催化劑在動態(tài)反應器中與處理物質充分混合反應并且降低了系統(tǒng)的傳質阻力，提高了羥基自由基利用率和有機物去除率，最終實現了焦化廢水深度處理出水COD、色度和濁度達標、膜的使用壽命長等優(yōu)點。

一期、二期生化系統(tǒng)出水通過泵輸送至疊片過濾器預處理后，進出臭氧混合塔后經過處理，進入混凝沉淀池，在混凝沉淀池混凝區(qū)加入水質軟化劑、PAC、PAM進行混凝處理出水通過泵輸送至多介質過濾器進行預處理后，進出超濾系統(tǒng)，由提升泵輸送至反滲透系統(tǒng)處理了進入反滲透產水池，由高壓泵輸送至生產回用；反滲透系統(tǒng)產生的濃鹽水輸由泵輸送至納濾系統(tǒng)進行處理后進入反滲透產水池供用戶回用，系統(tǒng)所產生的濃鹽水采用提升泵輸送至相應用戶點作為沖渣水使用。本深度水處理單元主要工藝流程如圖1所示。

本工程深度水處理深度水處理間、濃鹽水收集池、壓濾機房、深度處理原水池及濃鹽水輸送泵房對原堆煤區(qū)=構筑物進行利舊改造后使用。

圖 1 深度水處理單元工藝流程

4 主要涉及構筑物及設備

4.1 生化系統(tǒng)出水收集池及濃排水收集池

進水水源為間斷進水，需要加強均質處理。根據進水收集池既要滿足調節(jié)進水水質、水量功能，同時還要滿足儲存進水的功能，新建生化系統(tǒng)出水池尺寸為16.50×6.30×4.30 m，半地下式結構。并對水池池頂部進行加蓋處理并配置相應的通氣管；進水收集池設置原水輸送泵。

濃排水收集池尺寸為16.50×4.80×4.30 m，半地下式結構；并對水池池頂部進行加蓋處理并配置相應的通氣管；

4.2 混凝沉淀預處理區(qū)

新建混凝沉淀池及相應的污泥處理系統(tǒng)對一、二期生化系統(tǒng)出水進行預處理。

4.2.1 混凝沉淀池及污泥泵房

混凝沉淀池分為反應區(qū)、緩沖區(qū)和沉淀區(qū)三部分，主要功能是反應池采用高分子絮凝劑對焦化廢水進行處理，去除廢水中的大部分懸浮物和膠體；新建混凝沉淀池尺寸為23.60×8.0×5.5 m，半地下式；其中反應區(qū)尺寸為7.2×8.0×3.8 m，緩沖區(qū)尺寸為1.4×8.0×3.8 m，沉淀區(qū)尺寸為15×8.0×5.5 m；在沉淀區(qū)內設置斜板，在反應區(qū)設置機械攪拌機四套。

新建污泥泵房尺寸為15.0×4.0×5.3 m，半地下式；泵房內設置污泥螺桿泵4臺，兩套壓濾機污泥輸送泵。

4.2.2 污泥濃縮池

新建污泥濃縮池尺寸為φ6.60×6.80 m，半地下式；污泥濃縮池內部設置玻璃導流筒。

4.2.3 壓濾機房

系統(tǒng)壓濾機房利舊采用原堆煤區(qū)壓濾機房，尺寸為17.50×8.0×12.0 m，兩層半地下式結構，一層作為污泥干化的工作區(qū)域，二層作為辦公室及實驗室。

壓濾機是利用一種特殊的過濾介質，對對象施加一定的壓力，使得液體滲析出來的一種機械設備，是一種常用的固液分離設備；壓濾機方設置一套疊螺式壓濾機并配套一套螺旋式輸送器。

4.3 深度水處理原水池

根據進水收集池既要滿足調節(jié)進水水質、水量功能，同時還要滿足在超濾反滲透系統(tǒng)進行反沖洗過程中儲存進水的功能，深度水處理原水池利舊原堆煤廠區(qū)水池，尺寸為24.0×12.25×4.0 m，半地下式結構水池并設置隔墻。對水池池頂部進行加蓋處理并配置相應的通氣管，根據工藝要求在利舊原有防水套管的情況下，新增相應管徑的工藝管道并將水池內部隔墻開孔。

4.4 深度水處理間

根據施工現場場地實際情況，深度水處理間利舊原堆煤區(qū)四層廠房，尺寸為22.0×16.0×18.0 m，磚混結構形式；深度水處理間設置多介質過濾器4套，疊片式過濾器2套，超濾系統(tǒng)2套，反滲透系統(tǒng)2套，臭氧發(fā)生系統(tǒng)2套及其配套的化學沖洗殺菌裝置1套，氣洗裝置2套；其中廠房一層設置過濾器系統(tǒng)，二層安裝膜處理系統(tǒng)，三樓安裝加藥系統(tǒng)，四層安裝臭氧發(fā)生器系統(tǒng)，樓頂設置臭氧破壞器。在深度水處理間一層內設置排水溝，用于收集排出整個樓層的系統(tǒng)反沖洗水。

4.4.1 多介質過濾器

多介質過濾器作為預處理設備，主要在一定壓力下處理進水中的懸浮物和膠體，濾料采用石英砂和無煙煤，出水濁度可達3度以下。

設置多介質過濾器4臺，設計尺寸為φ2.90×4.60 m；設計單臺水處理量為49～106 m3/h，容積為37.0 m3，采用氣水反沖洗。

4.4.2 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)設計回收率為80 %，設計產水質：濁度≤0.5NTU，SDI≤3。裝置設置2套，單套裝置凈產水量為150 m3/h，采用SFP2860 DOWTM UF 膜組件，單只膜面積為51 m3，單臺裝置膜數量共44支。

4.4.3 反滲透系統(tǒng)

反滲透膜設置保安過濾器，保安過濾器采用316不銹鋼材質，精度為5μm，運行流速度≤10 m3/（m2.h）。該處理系統(tǒng)中反滲透膜采用美國DOW30-365FR膜元件；單套設備膜數量為24支；反滲透裝置設置2套；

4.4.4 化學清洗及殺菌裝置

超濾系統(tǒng)配套化學清洗裝置1套，其裝置與反滲透系統(tǒng)共用；

化學清洗裝置包括：設計尺寸為φ2.0×2.5 m的5 m3儲藥罐1套；化學清洗泵1臺，處理能力為40 m3/h，過濾精度為5μm清洗保安過濾器1套。

超濾及反滲透系統(tǒng)共同配套設置殺菌滅藻處理裝置1套，含設計尺寸為φ0.8×2.5 m加藥桶9套并配置配套加藥泵。

4.4.5 氣洗裝置

超濾反滲透系統(tǒng)、多介質過濾器系統(tǒng)及納濾系統(tǒng)設置配套氣洗裝置2套，裝置主要包含：5 m3儲氣罐1套，減壓閥1套，主要用于超濾氣洗使用；1 m3儲氣罐1套，主要用于儀表閥門供氣，同時還配置SF15L壓縮空氣精密過濾器1套，主要用于空氣干燥。

4.4.6 臭氧發(fā)生裝置

在深度處理間內設置2×10 kg/h臭氧發(fā)生器選擇額定臭氧濃度148 mg/L，空氣經壓縮機壓縮后，經主管道過濾器去除大于1微米的塵埃粒子以及水霧和油霧，由冷凍式干燥機進行淺度除水，經高效除油過濾，使水霧和油霧含量0.01 mg/m3，然后再經過PSA制氧機，氧氣濃度達到90 %，再經通用除塵過濾和高效除塵過濾器去除大于0.1μm的塵埃粒子成為合格的原料氣源。尾氣進入尾氣破壞器，其采用加熱催化的方式將臭氧分解，整個尾氣破壞器由尾氣破壞箱控制。分解后的氣體臭氧濃度小于0.08 ppm，可直接排放到大氣中。4套系統(tǒng)臭氧發(fā)生塔設置在深度水處理間外。

4.5 超濾水池、反滲透產水池及配套綜合泵房

超濾系統(tǒng)處理后的出水由新建超濾水池收集，由配套的超濾系統(tǒng)供水泵輸送至反滲透系統(tǒng)進行處理；新建超濾水池設計尺寸為14.40×16.50×4.30 m，采用鋼筋混凝土，半地下式結構；超濾水池設置超濾水輸送泵3套，超濾反洗泵1套。

反滲透系統(tǒng)處理后的出水由新建反滲透水池收集，由配套的反滲透系統(tǒng)供水泵輸送至用戶點回用；新建反滲透水池設計尺寸為16.50×7.80×4.30 m，采用鋼筋混凝土，半地下式結構；反滲透水池設置超濾水輸送泵3套，2用1備；反滲透系統(tǒng)反洗泵1套；反滲透供水泵2套，2用1備。

系統(tǒng)配置的水泵設置于新建水泵房內，新建水泵房設計尺寸為34.050×6.0×6.6 m，采用鋼筋混凝土結構，半地下式。

4.6 濃鹽水收集池

濃鹽水收集池主要收集反滲透系統(tǒng)排出的濃鹽水，由配套的提升泵輸送至用戶點作為沖渣水使用；濃鹽水池利舊原堆煤區(qū)原有利舊水池尺寸為φ24.0×4.0 m，采用鋼筋混凝土結構，半地下式；拆除原過渡池中進出水管道及附屬設備；新安裝進出水管道充分利用水池原有防水套管。濃鹽水池設置輸送泵2套。

4.7 反沖洗水收集

在深度水處理間附近新建反沖洗水收集井，反沖洗水間斷進水，該收集井作為中間過渡收集水池主要收集超濾反滲透系統(tǒng)、多介質過濾反洗水，由2 m寬的管溝送至反沖洗水收集水池進行收集，最終由反沖洗收集水池輸送泵將所收集的反沖洗水輸送至混凝沉淀區(qū)進行處理，新建收集井設計尺寸為6.0×6.0×3.5 m；配置潛水泵2套。

5 運行效果

5.1 臭氧催化氧化

臭氧催化氧化后出水具體水質如表3所示，對比“A/O”系統(tǒng)出水水質，可知在高級氧化催化物質的作用下，產生羥基自由基（·OH）對難降解有機物的去除較明顯，COD由250 mg/L降為150 mg/L，去除率達到60%，懸浮物去除率由原來的150mg/L降為80mg/L，去除率達到53.3 %。

表 3 臭氧催化氧化出水水質指標

5.2 多介質過濾器、超濾系統(tǒng)出水

多介質過濾器和陶瓷膜超濾作為反滲透系統(tǒng)的預處理，主要功能為進一步去除水中的懸浮物、膠體，通過超濾出水水質可知多介質過濾器和超濾系統(tǒng)對懸浮物和膠體的去除效果明顯，出水懸浮物未檢出，濁度小于0.5NTU，具體超濾出水水質如表4所示

表 4 超濾系統(tǒng)出水水質指標

5.3 反滲透系統(tǒng)出水

反滲透裝置可脫除水中絕大部分有機物及鹽分，由表5可知，反滲透出水最終達到《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》（GB16171-2012）中再生水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水水質標準要求。

最終反滲透出水作為唐山特鋼生產循環(huán)冷卻水補水；在該系統(tǒng)運行過程中由于是新老系統(tǒng)結合存在電氣自動控制等方面的問題，在以后的工作中將逐步完善。

表 5 出水水質指標

5.4 建議補充一下是否達到設計的生產能力和回收率的要求

設計規(guī)模為300 m3/h，產水量為240 m3/h，濃鹽水量為60 m3/h，回收率達到80 %。

6 工程投資及運行成本分析

深度水處理系統(tǒng)設施投資為1 100萬元，其中不包括利舊設備材料的總價值；系統(tǒng)運行費用全運行成本包括人工費（本站不設值班人員，巡檢人員由綜合污水處理廠值班人員負責）、耗電費、藥費。（水量按滿負荷5 760 m3/d,系統(tǒng)運行按365天/年）綜合以上計算，深度水處理站的運行成本見下表6。

深度處理系統(tǒng)建成后每年可回收污水168萬m3，按照水費0.67元/ m3計，每年可節(jié)約112.56萬元。(系統(tǒng)運行按365天計算是否可行？建議按項目設計中的有效作業(yè)時間來計算。)具有很好的推廣價值。

表 6 運行成本表

7 結論

該項目是云南天朗節(jié)能環(huán)保集團與昆鋼集團設計院有限公司共同開拓昆鋼公司外部市場所得的成就，它預示著昆鋼節(jié)能環(huán)保科技產業(yè)的蓬勃發(fā)展，所采用的工藝具有設計合理、構筑物布局緊湊、充分利用原污水處理廠構筑物基建投資小、工藝單元組合合理、系統(tǒng)運行安全可靠等優(yōu)點，各項技術性能滿足設計要求。該系統(tǒng)實施后，一方面充分利用再生水資源，給企業(yè)帶來了經濟效益；另一方面有效去除污染物，給社會帶來了環(huán)境效益，大大減輕了企業(yè)當前環(huán)保壓力。因此設計思路在老舊污水處理系統(tǒng)提質改造領域