焦化廢水提標(biāo)改造工程應(yīng)用

王磊，韓晉科，張紅偉，劉健

焦化廢水提標(biāo)改造工程應(yīng)用

王磊1，韓晉科2，張紅偉1，劉健1

（1. 河北省焦?fàn)t煤氣綜合利用技術(shù)創(chuàng)新中心， 河北 邯鄲 056500； 2. 河北中科朗博環(huán)?？萍加邢薰?， 河北 石家莊 050011）

焦化廠隨著干熄焦的投入使用，廢水產(chǎn)生量增加，原有的處理工藝不能滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）間排標(biāo)準(zhǔn)，考慮到場(chǎng)地受限，充分利用現(xiàn)有水處理構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上優(yōu)化原有的O-A-O生化工藝，并增設(shè)定向氧化處理單元對(duì)生化出水進(jìn)行深度處理，運(yùn)行結(jié)果優(yōu)于GB16171—2012間排標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)介紹了工藝改造方案及主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝特點(diǎn)，為其他類(lèi)似焦化廢水處理項(xiàng)目升級(jí)改造提供一定的借鑒參考。

焦化廢水； 升級(jí)改造； 生化； 定向氧化

焦化廢水是一種處理難度較大的工業(yè)廢水，其組成成分復(fù)雜，含油量高，氨氮波動(dòng)大，含有大量的揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴、氧硫氮等雜環(huán)化合物硫氰化物和氰化物［1］。具有水質(zhì)變化大、毒性大、難降解有機(jī)物含量高、氨氮濃度高等特點(diǎn)［2］。針對(duì)焦化廢水特征及水質(zhì)特點(diǎn)采用“物化預(yù)處理+生化處理+強(qiáng)化后處理”工藝較為合理［3］。物化預(yù)處理主要去除部分油、硫化物、氰化物、酚類(lèi)等有毒物質(zhì)［4］；生化處理系統(tǒng)主要利用微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行消耗降解，技術(shù)發(fā)展較為成熟［5］。

為滿(mǎn)足工業(yè)冷卻循環(huán)水補(bǔ)水的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)真正意義“零排放”［6］。需對(duì)原有的O-A-O/混凝沉淀處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，改造完成后滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）間排標(biāo)準(zhǔn)［7］。

1 工藝工程概況

鑫盛煤化工有限公司水處理項(xiàng)目處理生產(chǎn)酚氰廢水35 m3·h-1，煤氣凈化、焦油粗苯精制以及生活廢水量35 m3·h-1，剩余氨水經(jīng)過(guò)蒸氨工段預(yù)處理后排至污水處理站。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

單從空姐的形象規(guī)范來(lái)看，現(xiàn)在對(duì)空中乘務(wù)員的要求就非常嚴(yán)格。南方航空湖南分公司客艙部業(yè)務(wù)室副主任禹蕓告訴記者，空姐的制服要求按著裝標(biāo)準(zhǔn)穿著相應(yīng)制服，著裝統(tǒng)一、干凈整潔、熨燙挺括；手機(jī)不得外露于制服口袋。箱包要求干凈整潔，無(wú)破損、無(wú)掛飾、擺放整齊。妝容要得體，腮紅口紅相得益彰；指甲顏色限透明色、肉色、淡粉色；不佩戴美瞳。短發(fā)長(zhǎng)短整齊、左右對(duì)稱(chēng)、后不及領(lǐng)；長(zhǎng)發(fā)發(fā)網(wǎng)式盤(pán)發(fā)，黑色發(fā)卡不超過(guò)4枚；劉海不遮眉，無(wú)碎發(fā)。皮鞋要干凈光亮，無(wú)破損。必須佩戴手表，表面直徑不超過(guò)35mm，要求時(shí)針、分針、60個(gè)刻度。著便裝出入辦公場(chǎng)所忌過(guò)于暴露，嚴(yán)禁穿涼拖、吊帶衣等服裝。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

原處理工藝采用O-A-O生化主題工藝進(jìn)行處理，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 焦化廢水原處理工藝流程

2 改造前存在的問(wèn)題

順便提一句，據(jù)說(shuō)慈禧送給程廷華的那塊“節(jié)孝可風(fēng)”的匾在文革中被查抄，用作農(nóng)村合作醫(yī)療診室的注射床，有人嫌鐫刻凹凸不平的字跡磕著身體，找了個(gè)木匠刨子給刨了。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，預(yù)處理系統(tǒng)隔油池長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致底部重油過(guò)度積累，無(wú)法正常排出，隔油池僅作為過(guò)流裝置使用；調(diào)節(jié)池在應(yīng)對(duì)高濃度事故廢水時(shí)喪失調(diào)節(jié)均質(zhì)能力。生化池部分曝氣頭堵塞嚴(yán)重，部分填料骨架由于長(zhǎng)期受蒸氨廢水的腐蝕，填料塌陷，生化池出水指標(biāo)偏高。缺氧池布水器底部布水管堵塞，布水管道水量分配不均，出水堰短流現(xiàn)象嚴(yán)重，底部局部區(qū)域甚至出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致反硝化效率較低。生化后續(xù)混凝沉淀系統(tǒng)受反應(yīng)停留時(shí)間以及混凝藥劑的影響無(wú)法滿(mǎn)足提標(biāo)改造技術(shù)要求，出水得不到保障。

將4項(xiàng)水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重均設(shè)定為0.25，加權(quán)平均后可得水資源承載指數(shù)為0.22；將3項(xiàng)生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重均設(shè)定為0.33，加權(quán)平均后得生態(tài)條件與環(huán)境質(zhì)量承載指數(shù)為0.65。參照省內(nèi)指標(biāo)的平均水平，按照弱、較弱、一般、較強(qiáng)、強(qiáng)五級(jí)分類(lèi)方法進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)(表4)。將承載能力為強(qiáng)、較強(qiáng)和一般的判定為可載，承載能力較弱的判定為臨界，承載能力為弱的判定為超載。

原有后處理工藝較單一，混凝反應(yīng)時(shí)間及混凝效果達(dá)不到要求，同時(shí)考慮可利用場(chǎng)地受限，采用占地面積較少的原位吸附—定向氧化—混凝沉淀耦合處理工藝。針對(duì)生物難降解有機(jī)污染物，通過(guò)原位定向生成納米級(jí)表面積大、電中和能力強(qiáng)的低聚合態(tài)羥基化合物達(dá)到對(duì)水中有機(jī)物的高效去除。在低聚合態(tài)化合物形成過(guò)程中，對(duì)有機(jī)污染物的定向改性，進(jìn)一步提高低聚態(tài)鐵的吸附能力，通過(guò)對(duì)其特征官能團(tuán)的破壞而改變其理化性質(zhì)，從而使得難降解有機(jī)污染物因水溶性下降而從水中析出[9]。

3.3.2 中間水池（利舊）

表2 構(gòu)筑物參數(shù)及運(yùn)行狀況

3 改造工程方案

新增原位吸附反應(yīng)器2個(gè)，串聯(lián)運(yùn)行。通過(guò)向二沉出水投加原位吸附劑，靶向吸附混凝沉淀去除二沉池出水中的SS以及分子量較大的有機(jī)污染物；結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁做防腐處理，設(shè)計(jì)尺寸×=3 m×3.5 m，搭載功率3 kW ，BLD12型減速攪拌機(jī)2臺(tái)，同時(shí)配備原位吸附劑、混凝劑溶解攪拌裝置和加藥泵各2臺(tái)，二沉出水經(jīng)原位吸附混凝攪拌后進(jìn)入三沉池進(jìn)行沉淀分離。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝構(gòu)筑物運(yùn)行參數(shù)以及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表現(xiàn)如表2所示。

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

隔油池和調(diào)節(jié)池作為利舊考慮，清理隔油池底部積存重油恢復(fù)隔油池體功能，減少重油進(jìn)入生化系統(tǒng)影響曝氣效果；對(duì)南北調(diào)節(jié)池第一廊道底部人孔進(jìn)行封堵，獨(dú)立第一廊道作為事故池，應(yīng)對(duì)高濃度COD及高氨氮蒸氨廢水對(duì)生化系統(tǒng)菌群的影響，避免生化系統(tǒng)受到?jīng)_擊而導(dǎo)致出水超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；增設(shè)事故池管道臥式離心泵2臺(tái)，南北各1臺(tái)，流量30 m3·h-1，功率4 kW，揚(yáng)程24 m；調(diào)節(jié)池可根據(jù)指標(biāo)情況靈活調(diào)配高濃度指標(biāo)蒸氨來(lái)水進(jìn)水量，一方面可控制進(jìn)水指標(biāo)過(guò)高對(duì)生化系統(tǒng)的影響，同時(shí)也能避免進(jìn)水C/N比失衡導(dǎo)致的菌群豐度組成的變化。

3.2 生化系統(tǒng)

3.3.3 定向氧化反應(yīng)器（新增）

3.3 后處理系統(tǒng)

總的來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題主要是預(yù)處理不徹底，生化系統(tǒng)運(yùn)行效果差，后續(xù)保障系統(tǒng)不健全。

3.3.1 原位吸附反應(yīng)器（新增）

根據(jù)蒸氨廢水來(lái)水指標(biāo)特點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)原有構(gòu)筑物設(shè)施運(yùn)行情況綜合考慮，主要改造內(nèi)容如下：

胡四一：水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。新中國(guó)成立以來(lái)特別是改革開(kāi)放以來(lái)，水資源開(kāi)發(fā)、利用、配置、節(jié)約、保護(hù)和管理工作取得積極進(jìn)展，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人民安居樂(lè)業(yè)作出了重要貢獻(xiàn)。但必須清醒地看到，人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國(guó)的基本國(guó)情和水情，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)惡化等問(wèn)題十分突出，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。

原處理工藝混合反應(yīng)池作為改造后的中間水池使用，池體底部使用穿孔管惰性氣體進(jìn)行攪拌，增加配套硫酸投加泵、硫酸亞鐵投加泵、過(guò)氧化氫藥劑投加泵、活性炭藥劑投加泵各2臺(tái)，惰性氣體進(jìn)行攪拌能夠減緩亞鐵的氧化，以便在后續(xù)定向氧化過(guò)程中充分反應(yīng)；新增在線pH控制器1臺(tái)，高報(bào)吸合3.4，低報(bào)斷開(kāi)3.2，精確控制硫酸添加量；新增ZXB型耐酸自吸泵3臺(tái)，=40 m3·h-1，=16 m，=4 kW，藥劑混合均勻的中間水池出水經(jīng)耐酸自吸泵送入定向氧化反應(yīng)器。

更換好氧池底部堵塞嚴(yán)重的曝氣頭， 采用Ф215 mm，工作通氣量2 m3·h-1，單個(gè)曝氣頭服務(wù)面積0.4㎡；清理好氧池內(nèi)部塌陷的填料，采用阻力小，布水布?xì)庑阅芎靡子趻炷さ木郾┙M合填料進(jìn)行更換，填料直徑Ф150 mm，間距80 mm，填充高度5 m；掛膜后的生物填料上世代較長(zhǎng)、比增值速率較小的硝化菌微生物固體可獲得較長(zhǎng)的停留時(shí)間，同時(shí)較長(zhǎng)的微生物食物鏈增加污泥菌群豐度，更有利于COD、氨氮主要污染物的去除，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥法。組合填料能夠有效地切削生化池內(nèi)的曝氣流，在一定程度上能夠減少曝氣量，提高氧利用率；且生化系統(tǒng)產(chǎn)泥量低，運(yùn)行穩(wěn)定方便管理［8］。缺氧池南北各兩個(gè)廊道，原使用的旋轉(zhuǎn)式布水器堵塞嚴(yán)重，故障頻發(fā)，更換維修成本較高，難度大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，改用高效脈沖式布水器，每個(gè)廊道對(duì)角增設(shè)兩套低速潛水推流攪拌器=580 mm，=7.5 kW，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)缺氧攪拌，為缺氧區(qū)提供微氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮高效去除。

南北兩系各增設(shè)2個(gè)定向氧化反應(yīng)器，內(nèi)壁做防腐處理，串聯(lián)運(yùn)行，其中1#定向氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)直徑為5 m，=5.5 m，停留時(shí)間為3 h，2#定向氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)直徑為3.5 m，=5.5 m, 停留時(shí)間1.5 h，反應(yīng)器底部中心桶設(shè)置穿孔管布水系統(tǒng)，反應(yīng)器中心桶底部及外部設(shè)置穿孔管曝氣器。在1#定向氧化罐中過(guò)氧化氫與亞鐵離子產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基對(duì)焦化廢水中難降解有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)氧化分解有機(jī)物降低出水色度[10]。隨著氧化罐反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，釋放羥基自由基的同時(shí)，亞鐵離子氧化生成三價(jià)鐵離子進(jìn)行水解反應(yīng)生成吸附能力較強(qiáng)的低聚合度多核羥基絡(luò)合物對(duì)難降解有機(jī)物進(jìn)行吸附。

定向氧化反應(yīng)器出水進(jìn)入混凝反應(yīng)池，新增鋼結(jié)構(gòu)罐體2個(gè)，尺寸設(shè)計(jì)尺寸×=3 m×3.5 m，配套功率為3 kW ，BLD12型減速攪拌機(jī)2臺(tái)；氫氧化鈉投加泵2臺(tái)，=500 L·h-1，=0.37 kW，出口壓力0.5 MPa；PAM投加泵2臺(tái)，=500 L·h-1，=0.55 kW，出口壓力0.5 MPa；投加氫氧化鈉攪拌將pH調(diào)制中性，投加PAM混凝攪拌，出水流入四沉池進(jìn)行沉淀，出水回用排至零排放進(jìn)行膜處理。改造后廢水處理工藝流見(jiàn)圖2。

圖2 改造后焦化廢水處理工藝流程圖

4 運(yùn)行效果分析

改造前后水進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析見(jiàn)表3。

2.4 不同肥料增效劑對(duì)玉米農(nóng)藝性狀的影響 從表3可以看出，各處理穗長(zhǎng)在16.70～18.45 cm，各處理間差異不顯著，但施肥處理穗長(zhǎng)長(zhǎng)于不施肥處理，施用增效劑的處理長(zhǎng)于常規(guī)施肥的穗長(zhǎng)，前3位的穗長(zhǎng)處理⑨、處理⑩、處理⑥分別比常規(guī)處理增加0.87、0.85、0.82 cm。各處理穗粗在4.9～5.2 cm，各處理間差異不顯著，但多數(shù)施肥處理穗粗長(zhǎng)于不施肥處理，前2位的穗粗處理⑨、處理⑩較不施肥處理分別增加0.3、0.3 cm。各處理突尖在0.9～2.0 cm，各處理間差異顯著或極顯著，但多數(shù)施肥處理突尖短于不施肥處理，前2位的突尖處理⑨、處理⑩較不施肥處理分別減少1.1、1.1 cm。

地鐵區(qū)間圍巖主要是卵石-圓礫層，厚約23 m，高鐵盾構(gòu)隧道上方主要是黏土和雜填土，上方是卵石-圓礫層，圍巖采用服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則的彈塑性模型，物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1，在FLAC3D中采用Fish語(yǔ)言按照分層賦予網(wǎng)格參數(shù)。深孔注漿效果通過(guò)提高圍巖變形模型和黏聚力等值實(shí)現(xiàn)。

表3 改造前后水進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

5 結(jié)論

本次提標(biāo)改造充分利用原有池體構(gòu)筑物以及處理設(shè)施，新增處理單元以鋼結(jié)構(gòu)為主，改造工期短。O-A-O生化主體處理工藝與高級(jí)定向氧化后處理工藝相結(jié)合，經(jīng)混凝沉淀后出水完全滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）的間接排放標(biāo)準(zhǔn)。最終出水指標(biāo)的降低保證了零排放膜處理的正常運(yùn)行。廢水的回收處理與綜合利用滿(mǎn)足國(guó)家節(jié)能減排政策，具有較高的環(huán)境和社會(huì)效益，同時(shí)為其他類(lèi)似焦化廢水處理項(xiàng)目提標(biāo)改造具有一定的示范意義。

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Application of Coking Wastewater Upgrading Project

1,2,1,1

（1.Technology Innovation Center of Comprehensive Utilization of Coke Oven Gas of Hebei Province, Handan Hebei 056500, China; 2. Hebei Zhongke Langbo Environmental Protection Technology Co., Shijiazhuang Hebei 050011, China）

With the application of coke dry quenching in coking plant, the amount of wastewater production increases. The original treatment process cannot meet the(GB16171—2012). Considering the limited site, the original O-A-O biochemical process was optimized on the basis of making full use of the existing water treatment structures. Furthermore, directional oxidation treatment unit was added to carry out in-depth treatment of biochemical effluent, and the operation result was better than GB16171—2012 inter-discharge standard. In this paper, the process modification scheme, design parameters of main structures and process characteristics were introduced in detail, which could provide some reference for other similar coking wastewater treatment projects.

Coking wastewater; Upgrading and transformation; Biochemical; Directional oxidation

2021-08-02

王磊（1986-），男，河北省邯鄲市人，工程師，2007年畢業(yè)于河北廣播電視大學(xué)工商企業(yè)管理專(zhuān)業(yè)，研究方向：水污染控制技術(shù)。

X703.1

A

1004-0935（2021）10-1499-04