臭氧催化氧化―雙膜深度處理焦化廢水

　　一、前言

　　唐山市國(guó)義煉焦制氣有限公司是唐山市較大的焦化企業(yè)之一。經(jīng)過多年發(fā)展，企業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)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(dāng)前生產(chǎn)和環(huán)保要求。為嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家環(huán)保政策要求，更好的擔(dān)負(fù)起社會(huì)責(zé)任，由云南天朗節(jié)能環(huán)保集團(tuán)有限公司總承包，昆鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司進(jìn)行方案及施工圖設(shè)計(jì)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(dá)到生產(chǎn)循環(huán)冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　二、設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

　　“臭氧催化氧化+雙膜處理工藝”深度處理系統(tǒng)進(jìn)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(zhì)指標(biāo)詳見表1;根據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)中水質(zhì)指標(biāo)(表2)所示可以看出：“A/O”工藝出水較為復(fù)雜，其中懸浮物、CODcr、石油類、PH等污染指標(biāo)未達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16171-2012)中再生水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　為了達(dá)到國(guó)家制定的《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件(2008年修訂)》中對(duì)環(huán)境保護(hù)的相關(guān)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(zhì)達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)中再生水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　三、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(shè)計(jì)規(guī)模為300m3/h，產(chǎn)水量為240m3/h，濃鹽水量為60m3/h，回收率達(dá)到80%;主要處理“A/O”系統(tǒng)后段未處理達(dá)標(biāo)的懸浮物、CODcr、石油類、PH四個(gè)水質(zhì)指標(biāo);通過臭氧催化氧化與陶瓷膜分離聯(lián)用增強(qiáng)了粉末催化劑在動(dòng)態(tài)反應(yīng)器中與處理物質(zhì)充分混合反應(yīng)并且降低了系統(tǒng)的傳質(zhì)阻力，提高了羥基自由基利用率和有機(jī)物去除率，最終實(shí)現(xiàn)了焦化廢水深度處理出水COD、色度和濁度達(dá)標(biāo)、膜的使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　一期、二期生化系統(tǒng)出水通過泵輸送至疊片過濾器預(yù)處理后，進(jìn)出臭氧混合塔后經(jīng)過處理，進(jìn)入混凝沉淀池，在混凝沉淀池混凝區(qū)加入水質(zhì)軟化劑、PAC、PAM進(jìn)行混凝處理出水通過泵輸送至多介質(zhì)過濾器進(jìn)行預(yù)處理后，進(jìn)出超濾系統(tǒng)，由提升泵輸送至反滲透系統(tǒng)處理了進(jìn)入反滲透產(chǎn)水池，由高壓泵輸送至生產(chǎn)回用;反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃鹽水輸由泵輸送至納濾系統(tǒng)進(jìn)行處理后進(jìn)入反滲透產(chǎn)水池供用戶回用，系統(tǒng)所產(chǎn)生的濃鹽水采用提升泵輸送至相應(yīng)用戶點(diǎn)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(jī)房、深度處理原水池及濃鹽水輸送泵房對(duì)原堆煤區(qū)=構(gòu)筑物進(jìn)行利舊改造后使用。

　　四、主要涉及構(gòu)筑物及設(shè)備

　　4.1 生化系統(tǒng)出水收集池及濃排水收集池

　　進(jìn)水水源為間斷進(jìn)水，需要加強(qiáng)均質(zhì)處理。根據(jù)進(jìn)水收集池既要滿足調(diào)節(jié)進(jìn)水水質(zhì)、水量功能，同時(shí)還要滿足儲(chǔ)存進(jìn)水的功能，新建生化系統(tǒng)出水池尺寸為16.50×6.30×4.30m，半地下式結(jié)構(gòu)。并對(duì)水池池頂部進(jìn)行加蓋處理并配置相應(yīng)的通氣管;進(jìn)水收集池設(shè)置原水輸送泵。

　　濃排水收集池尺寸為16.50×4.80×4.30m，半地下式結(jié)構(gòu);并對(duì)水池池頂部進(jìn)行加蓋處理并配置相應(yīng)的通氣管;

　　4.2 混凝沉淀預(yù)處理區(qū)

　　新建混凝沉淀池及相應(yīng)的污泥處理系統(tǒng)對(duì)一、二期生化系統(tǒng)出水進(jìn)行預(yù)處理。

　　4.2.1 混凝沉淀池及污泥泵房

　　混凝沉淀池分為反應(yīng)區(qū)、緩沖區(qū)和沉淀區(qū)三部分，主要功能是反應(yīng)池采用高分子絮凝劑對(duì)焦化廢水進(jìn)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23.60×8.0×5.5m，半地下式;其中反應(yīng)區(qū)尺寸為7.2×8.0×3.8m，緩沖區(qū)尺寸為1.4×8.0×3.8m，沉淀區(qū)尺寸為15×8.0×5.5m;在沉淀區(qū)內(nèi)設(shè)置斜板，在反應(yīng)區(qū)設(shè)置機(jī)械攪拌機(jī)四套。

　　新建污泥泵房尺寸為15.0×4.0×5.3m，半地下式;泵房?jī)?nèi)設(shè)置污泥螺桿泵4臺(tái)，兩套壓濾機(jī)污泥輸送泵。

　　4.2.2 污泥濃縮池

　　新建污泥濃縮池尺寸為φ6.60×6.80m，半地下式;污泥濃縮池內(nèi)部設(shè)置玻璃導(dǎo)流筒。

　　4.2.3 壓濾機(jī)房

　　系統(tǒng)壓濾機(jī)房利舊采用原堆煤區(qū)壓濾機(jī)房，尺寸為17.50×8.0×12.0m，兩層半地下式結(jié)構(gòu)，一層作為污泥干化的工作區(qū)域，二層作為辦公室及實(shí)驗(yàn)室。

　　壓濾機(jī)是利用一種特殊的過濾介質(zhì)，對(duì)對(duì)象施加一定的壓力，使得液體滲析出來的一種機(jī)械設(shè)備，是一種常用的固液分離設(shè)備;壓濾機(jī)方設(shè)置一套疊螺式壓濾機(jī)并配套一套螺旋式輸送器。

　　4.3 深度水處理原水池

　　根據(jù)進(jìn)水收集池既要滿足調(diào)節(jié)進(jìn)水水質(zhì)、水量功能，同時(shí)還要滿足在超濾反滲透系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗過程中儲(chǔ)存進(jìn)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24.0×12.25×4.0m，半地下式結(jié)構(gòu)水池并設(shè)置隔墻。對(duì)水池池頂部進(jìn)行加蓋處理并配置相應(yīng)的通氣管，根據(jù)工藝要求在利舊原有防水套管的情況下，新增相應(yīng)管徑的工藝管道并將水池內(nèi)部隔墻開孔。

　　4.4 深度水處理間

　　根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地實(shí)際情況，深度水處理間利舊原堆煤區(qū)四層廠房，尺寸為22.0×16.0×18.0m，磚混結(jié)構(gòu)形式;深度水處理間設(shè)置多介質(zhì)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(xué)沖洗殺菌裝置1套，氣洗裝置2套;其中廠房一層設(shè)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(shè)置臭氧破壞器。在深度水處理間一層內(nèi)設(shè)置排水溝，用于收集排出整個(gè)樓層的系統(tǒng)反沖洗水。

　　4.4.1 多介質(zhì)過濾器

　　多介質(zhì)過濾器作為預(yù)處理設(shè)備，主要在一定壓力下處理進(jìn)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(dá)3度以下。

　　設(shè)置多介質(zhì)過濾器4臺(tái)，設(shè)計(jì)尺寸為φ2.90×4.60m;設(shè)計(jì)單臺(tái)水處理量為49～106m3/h，容積為37.0m3，采用氣水反沖洗。

　　4.4.2 超濾系統(tǒng)

　　超濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率為80%，設(shè)計(jì)產(chǎn)水質(zhì)：濁度≤0.5NTU，SDI≤3。裝置設(shè)置2套，單套裝置凈產(chǎn)水量為150m3/h，采用SFP2860DOWTMUF膜組件，單只膜面積為51m3，單臺(tái)裝置膜數(shù)量共44支。

　　4.4.3 反滲透系統(tǒng)

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

　　4.4.4 化學(xué)清洗及殺菌裝置

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

　　化學(xué)清洗裝置包括：設(shè)計(jì)尺寸為φ2.0×2.5m的5m3儲(chǔ)藥罐1套;化學(xué)清洗泵1臺(tái)，處理能力為40m3/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(shè)置殺菌滅藻處理裝置1套，含設(shè)計(jì)尺寸為φ0.8×2.5m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(zhì)過濾器系統(tǒng)及納濾系統(tǒng)設(shè)置配套氣洗裝置2套，裝置主要包含：5m3儲(chǔ)氣罐1套，減壓閥1套，主要用于超濾氣洗使用;1m3儲(chǔ)氣罐1套，主要用于儀表閥門供氣，同時(shí)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(nèi)設(shè)置2×10kg/h臭氧發(fā)生器選擇額定臭氧濃度148mg/L，空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，經(jīng)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(jī)進(jìn)行淺度除水，經(jīng)高效除油過濾，使水霧和油霧含量0.01mg/m3，然后再經(jīng)過PSA制氧機(jī)，氧氣濃度達(dá)到90%，再經(jīng)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(jìn)入尾氣破壞器，其采用加熱催化的方式將臭氧分解，整個(gè)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0.08ppm，可直接排放到大氣中。4套系統(tǒng)臭氧發(fā)生塔設(shè)置在深度水處理間外。

　　4.5 超濾水池、反滲透產(chǎn)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(jìn)行處理;新建超濾水池設(shè)計(jì)尺寸為14.40×16.50×4.30m，采用鋼筋混凝土，半地下式結(jié)構(gòu);超濾水池設(shè)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(diǎn)回用;新建反滲透水池設(shè)計(jì)尺寸為16.50×7.80×4.30m，采用鋼筋混凝土，半地下式結(jié)構(gòu);反滲透水池設(shè)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(shè)置于新建水泵房?jī)?nèi)，新建水泵房設(shè)計(jì)尺寸為34.050×6.0×6.6m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(diǎn)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φ24.0×4.0m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，半地下式;拆除原過渡池中進(jìn)出水管道及附屬設(shè)備;新安裝進(jìn)出水管道充分利用水池原有防水套管。濃鹽水池設(shè)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(jìn)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(zhì)過濾反洗水，由2m寬的管溝送至反沖洗水收集水池進(jìn)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(jìn)行處理，新建收集井設(shè)計(jì)尺寸為6.0×6.0×3.5m;配置潛水泵2套。

　　五、運(yùn)行效果

　　5.1 臭氧催化氧化

　　臭氧催化氧化后出水具體水質(zhì)如表3所示，對(duì)比“A/O”系統(tǒng)出水水質(zhì)，可知在高級(jí)氧化催化物質(zhì)的作用下，產(chǎn)生羥基自由基(?OH)對(duì)難降解有機(jī)物的去除較明顯，COD由250mg/L降為150mg/L，去除率達(dá)到60%，懸浮物去除率由原來的150mg/L降為80mg/L，去除率達(dá)到53.3%。

　　5.2 多介質(zhì)過濾器、超濾系統(tǒng)出水

　　多介質(zhì)過濾器和陶瓷膜超濾作為反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理，主要功能為進(jìn)一步去除水中的懸浮物、膠體，通過超濾出水水質(zhì)可知多介質(zhì)過濾器和超濾系統(tǒng)對(duì)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(zhì)如表4所示。

　　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(jī)物及鹽分，由表5可知，反滲透出水最終達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)中再生水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

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

　　5.4 建議補(bǔ)充一下是否達(dá)到設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力和回收率的要求

　　設(shè)計(jì)規(guī)模為300m3/h，產(chǎn)水量為240m3/h，濃鹽水量為60m3/h，回收率達(dá)到80%。

　　六、工程投資及運(yùn)行成本分析

　　深度水處理系統(tǒng)設(shè)施投資為1100萬元，其中不包括利舊設(shè)備材料的總價(jià)值;系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用全運(yùn)行成本包括人工費(fèi)(本站不設(shè)值班人員，巡檢人員由綜合污水處理廠值班人員負(fù)責(zé))、耗電費(fèi)、藥費(fèi)。(水量按滿負(fù)荷5760m3/d,系統(tǒng)運(yùn)行按365天/年)綜合以上計(jì)算，深度水處理站的運(yùn)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(fèi)0.67元/m3計(jì)，每年可節(jié)約112.56萬元。(系統(tǒng)運(yùn)行按365天計(jì)算是否可行?建議按項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的有效作業(yè)時(shí)間來計(jì)算。)

　　七、結(jié)論

　　該項(xiàng)目是云南天朗節(jié)能環(huán)保集團(tuán)與昆鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司共同開拓昆鋼公司外部市場(chǎng)所得的成就，它預(yù)示著昆鋼節(jié)能環(huán)?？萍籍a(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，所采用的工藝具有設(shè)計(jì)合理、構(gòu)筑物布局緊湊、充分利用原污水處理廠構(gòu)筑物基建投資小、工藝單元組合合理、系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，各項(xiàng)技術(shù)性能滿足設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)實(shí)施后，一方面充分利用再生水資源，給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益;另一方面有效去除污染物，給社會(huì)帶來了環(huán)境效益，大大減輕了企業(yè)當(dāng)前環(huán)保壓力。因此設(shè)計(jì)思路在老舊污水處理系統(tǒng)提質(zhì)改造領(lǐng)域具有很好的推廣價(jià)值。(來源：.昆明工職院，云南天朗節(jié)能環(huán)保集團(tuán)有限公司，昆鋼鋼結(jié)構(gòu)股份有限公司)