兩級(jí)生物法處理焦化廢水

　　焦化廢水是一種典型的有毒/難降解工業(yè)廢水，是煤在高溫干餾、煤氣凈化和副產(chǎn)品回收和精制過程中產(chǎn)生的，除含有高濃度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等無機(jī)污染物外，還含有酚類、吡啶、喹啉、多環(huán)芳烴(PAHs)等有機(jī)污染物。目前，工程中焦化廢水處理工藝主要有AO、AO-接觸氧化、OAO、AOAO等。金濤等通過工程改造表明，采用AO工藝處理焦化廢水，COD和NH₄⁺-N去除率分別達(dá)到94.7%和97%。李歡等采用AOO工藝處理焦化廢水，出水NH₄⁺-N降至5mg/L以下，COD及TN去除效果較差。因受煤質(zhì)、爐頂溫度和蒸氨工藝影響，焦化廢水水質(zhì)水量極不穩(wěn)定，生化處理易受沖擊，導(dǎo)致熄焦水無法長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，大量有毒有害污染物隨著熄焦過程排放到大氣環(huán)境。某焦化工業(yè)園區(qū)5000m3/d污水集中處理項(xiàng)目，首次提出“前端各廠AO預(yù)處理―后端園區(qū)OAO+深度處理”模式，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，徹底解決了工業(yè)園區(qū)內(nèi)5家焦化廠熄焦水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)問題，為焦化廢水零排放奠定基礎(chǔ)。

　　1、工程概況

　　某市工業(yè)園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有5家焦炭生產(chǎn)企業(yè)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)焦炭550×10⁴t，每年排放近200×10⁴m3高濃度含酚、含硫氰化物、含氮的焦化廢水。5家焦化廠生產(chǎn)廢水污水廠已建成，因水量波動(dòng)及管理等問題，出水水質(zhì)無法達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(見表1)，故統(tǒng)一建設(shè)園區(qū)污水處理廠。

　　2、工程設(shè)計(jì)方案

　　2.1 設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)

　　工程設(shè)計(jì)規(guī)模為5000m3/d，主要用于集中處理預(yù)處理后的焦化廢水。依據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171―2012)直排標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表2。

　　2.2 工藝流程

　　采用兩級(jí)處理模式，前端各廠預(yù)處理后廢水排入園區(qū)污水處理廠進(jìn)行深度處理，工藝流程如圖1所示。各焦化廠原水經(jīng)前端生化預(yù)處理，進(jìn)入園區(qū)調(diào)節(jié)池，經(jīng)一級(jí)好氧處理去除部分COD及氨氮，出水進(jìn)入缺氧池反硝化脫除總氮，由調(diào)節(jié)池分流部分進(jìn)入缺氧或投加適量葡萄糖提供反硝化碳源，再經(jīng)二級(jí)好氧進(jìn)一步脫除殘留污染物。殘留難生物降解污染物經(jīng)原位吸附池和強(qiáng)化Fenton氧化池加以去除，為保證熄焦池水質(zhì)達(dá)標(biāo)，出水最后經(jīng)活性炭吸附塔后回至各焦化廠熄焦。

　　2.3 主要處理單元設(shè)計(jì)

　　2.3.1 前端各廠預(yù)處理系統(tǒng)

　　利用前端各焦化廠生化AO處理系統(tǒng)，主要流程為調(diào)節(jié)池(2000m3)/AO(4000m3)/二沉池(500m3)，為園區(qū)深度處理做預(yù)處理，去除廢水中抑制硝化及反硝化菌屬生長的SCN-、酚類、CN-等，提高整個(gè)焦化廢水處理系統(tǒng)的抗沖擊能力。

　　2.3.2 園區(qū)深度處理系統(tǒng)

　?、僬{(diào)節(jié)池及事故池

　　調(diào)節(jié)池主要對(duì)5家焦化廠預(yù)處理后的廢水進(jìn)行收集，并調(diào)節(jié)水質(zhì)水量。設(shè)計(jì)尺寸為40m×30m×6.5m，有效容積為7000m3，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共1座。配有提升泵3臺(tái)(1用2備)，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW。另設(shè)有事故池1座，尺寸為45m×37m×6.5m，有效容積為1000m3。

　?、谝患?jí)好氧池和一級(jí)沉淀池

　　一級(jí)好氧池共2座，設(shè)計(jì)尺寸為35m×12m×6.5m，有效容積為5000m3，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，推流式運(yùn)行，水力停留時(shí)間為24h，配有可提升式硅橡膠膜微孔曝氣管。配羅茨鼓風(fēng)機(jī)，Q=30m3/min，P=6.5kPa，N=45kW，2用1備。一級(jí)沉淀池1座，設(shè)計(jì)尺寸為20m×4.1m，有效容積為800m3，表面負(fù)荷為0.83m3/(m2?h)，配備有中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，直徑為20m，線速度為3m/min，減速機(jī)功率為0.75kW，配污泥回流泵，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW，1用2備，污泥回流至好氧首端，回流比為50%。

　?、鄱?jí)缺氧池和二級(jí)好氧池

　　二級(jí)缺氧池1座，主要進(jìn)行反硝化脫氮，設(shè)計(jì)尺寸為20m×17m×6.5m，有效池容為4000m3，停留時(shí)間為20h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，配有水下攪拌器4套，功率為7.5kW。配有碳源儲(chǔ)罐以及碳源投加計(jì)量泵2臺(tái)(1用1備)，向缺氧池投加適量碳源。

　　二級(jí)好氧池1座，設(shè)計(jì)尺寸為20m×13m×6.5m，有效池容為3000m3，停留時(shí)間約14h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，配有可提升式硅橡膠膜微孔曝氣管，曝氣與一級(jí)好氧曝氣由鼓風(fēng)機(jī)房共同提供。

　?、芏?jí)沉淀池

　　二級(jí)沉淀池1座，設(shè)計(jì)尺寸為20m×4.1m，有效容積為800m3，表面負(fù)荷為1.04m3/(m2?h)，配備有中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，直徑為20m，線速度為3m/min，減速機(jī)功率為0.75kW，配污泥回流泵，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW，1用2備，污泥回流至二級(jí)缺氧首端，回流比為100%。

　?、菰晃匠睾蛷?qiáng)化Fenton氧化池

　　原位吸附池主要通過投加適量凈水劑，去除部分COD以及SS，設(shè)計(jì)尺寸為4m×8m×4m，停留時(shí)間為45min，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。配有4臺(tái)攪拌機(jī)，功率為3kW，溶藥池尺寸為5m×4m×6m，凈水劑儲(chǔ)罐容積為15m3，螺桿泵3臺(tái)，功率為1.5kW，流量為2m3/h，1用2備，硫酸儲(chǔ)罐容積為10m3，計(jì)量泵3臺(tái)(2用1備)，流量為125L/h。

　　強(qiáng)化Fenton氧化池設(shè)計(jì)尺寸為4m×8m×4m，停留時(shí)間為45min，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。配4臺(tái)攪拌機(jī)，功率為3kW，溶藥池尺寸為5m×4m×6m，催化劑儲(chǔ)罐容積為15m3，螺桿泵3臺(tái)(1用2備)，功率為1.5kW，流量為2m3/h，雙氧水儲(chǔ)罐容積為10m3，計(jì)量泵2臺(tái)(1用1備)，流量為125L/h，硫酸儲(chǔ)罐容積為20m3，計(jì)量泵3臺(tái)(2用1備)，流量為125L/h，液堿儲(chǔ)罐容積為15m3，計(jì)量泵3臺(tái)(2用1備)，流量為125L/h。

　?、拊晃胶蛷?qiáng)化Fenton氧化沉淀池

　　原位吸附及強(qiáng)化Fenton氧化沉淀池的設(shè)計(jì)尺寸及參數(shù)參照二級(jí)沉淀池。

　?、呖稍偕钚蕴课剿?/p>

　　可再生活性炭吸附塔主要強(qiáng)化去除水體中殘留的污染物，是焦化廢水處理系統(tǒng)最后一道保障。設(shè)計(jì)塔高為22m，底面積為10m2，流速為8m/h，不銹鋼結(jié)構(gòu)，共3座。進(jìn)水方式為下進(jìn)上出，四周進(jìn)水，防止短流。配有化工泵4臺(tái)(2用2備)，Q=170m3/h，P=500kPa，N=22.8kW。

　?、辔勰酀饪s池

　　污泥經(jīng)濃縮后送往壓濾機(jī)房進(jìn)行脫水處理，包括生化系統(tǒng)剩余污泥、原位吸附池和強(qiáng)化Fenton氧化池產(chǎn)生的化學(xué)污泥。設(shè)計(jì)尺寸為20m×5.9m，共1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。配疊螺式污泥脫水機(jī)及附屬設(shè)備，處理量為20m3/h，出泥含水率為80%，共3臺(tái)(1用2備)。

　　3、調(diào)試與運(yùn)行效果

　　為滿足工業(yè)園區(qū)內(nèi)5家焦化企業(yè)正常生產(chǎn)熄焦用水量，園區(qū)需在1個(gè)月內(nèi)將處理量由最初的1000m3/d提升至5000m3/d。由于前端5家企業(yè)生化系統(tǒng)對(duì)COD具有一定去除能力，對(duì)氨氮及總氮脫除效果較差，焦化廢水進(jìn)入園區(qū)污水廠后，COD去除負(fù)荷較低，氨氮及總氮去除負(fù)荷較高。調(diào)試過程中，園區(qū)一級(jí)好氧污泥回流比為50%，二級(jí)好氧污泥至缺氧回流比為100%。

　　3.1 日處理量提升及硝化負(fù)荷分配

　　園區(qū)生化段COD去除負(fù)荷較低，主要受到硝化負(fù)荷的限制。針對(duì)焦化廢水硝化負(fù)荷的工程數(shù)據(jù)較為缺乏的問題，水量提升前，經(jīng)批量試驗(yàn)評(píng)價(jià)園區(qū)一段、二段的污泥硝化負(fù)荷分別為15.98、21.24kg/h。調(diào)試后，處理量為4000m3/d時(shí)，一段、二段污泥硝化負(fù)荷分別提升至35.33、33.35kg/h。以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，指導(dǎo)工程中硝化負(fù)荷的提升，結(jié)果見圖2、3，可見該方法可以快速提升水量以及硝化負(fù)荷且保持硝化效果穩(wěn)定。

　　3.2 COD、NH₄⁺-N去除效果

　　系統(tǒng)對(duì)COD、NH₄⁺-N的去除效果分別見圖4、5。如圖4所示，強(qiáng)化Fenton出水COD已降至60～70mg/L，去除率達(dá)97%以上，再經(jīng)活性炭出水后COD低至20～30mg/L，去除率高達(dá)99%。如圖5所示，園區(qū)二段二沉池出水氨氮長期保證在6mg/L以下，活性炭出水穩(wěn)定在2mg/L以下，去除率達(dá)98%。園區(qū)污水廠回水至各焦化廠熄焦用水COD、NH₄⁺-N可以滿足熄焦池水標(biāo)準(zhǔn)，降低熄焦過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物，提高焦炭品質(zhì)。運(yùn)行期間，前端5家污水廠遇到多次沖擊，前端生化段硝化受影響，但園區(qū)污水廠依舊穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3.3 反硝化總氮去除效果

　　總氮去除效果見圖6。

　　硝化調(diào)試完成后，水量主要進(jìn)入一段好氧池，如圖5所示，NH₄⁺-N在一段好氧基本降解完成，在二段缺氧池進(jìn)行反硝化，無需增加硝化液回流管線。生物脫氮過程中，COD∶TN=4～6無需外加碳源，但本工程碳源不足，需要投加一定碳源。如圖6所示，脫氮穩(wěn)定后，園區(qū)二沉池出水總氮在30mg/L以下，基本穩(wěn)定在20mg/L，最終活性炭出水總氮在10mg/L以下，脫氮效率在95%以上。

　　3.4 最終出水水質(zhì)

　　調(diào)試完成后，隨機(jī)抽取3天園區(qū)最終出水水質(zhì)，平均值如表3所示。從表3中數(shù)據(jù)可以看出，園區(qū)出水水質(zhì)均遠(yuǎn)低于《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171―2012)直排標(biāo)準(zhǔn)，且滿足工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4、結(jié)語

　　工業(yè)園區(qū)內(nèi)焦化廢水“前端各廠預(yù)處理―后端園區(qū)深度處理”兩級(jí)處理出水指標(biāo)均滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171―2012)，處理效果穩(wěn)定良好，奠定了焦化廢水零排放基礎(chǔ)。(來源：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境水質(zhì)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院大學(xué)，唐山中科格潤環(huán)境技術(shù)有限公司，合肥工業(yè)大學(xué)工業(yè) 裝備與技術(shù)研究院)