焦化廢水處理升級(jí)改造工藝
焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機(jī)廢水，主要來(lái)自煉焦和煤氣凈化過(guò)程及化工產(chǎn)品的精制過(guò)程，其中以蒸氦過(guò)程中產(chǎn)生的剩余氨水為主要來(lái)源。蒸氨廢水是混合剩余氨水蒸餾后所排出的廢水。剩余氨水是焦化廠最重要的酚氰廢水源，是含氨的高濃度酚水，由冷凝鼓風(fēng)工段循環(huán)氨水泵排出，送往剩余氨水貯槽。剩余氨水主要由三部分組成：裝爐煤表面的濕存水、裝爐煤干餾產(chǎn)生的化合水和添加入吸煤氣管道和集氣管循環(huán)氧水泵內(nèi)的含油工藝廢水。剩余氨水總量可按裝爐煤14%計(jì)。剩余氨水在貯槽中與其它生產(chǎn)裝置送來(lái)的工藝廢水混合后，稱為混合剩余氨水?；旌鲜Ｓ喟彼娜ハ?，有的是直接蒸氨，有的是先脫酚后蒸氨，有的是與富氨水合在一起蒸氨，還有的是與脫硫富液一起脫酸蒸氨，脫酸蒸氨前要進(jìn)行過(guò)濾除油。焦化廠還含一些其它廢水，其所占比例不大，污染指標(biāo)也較低。綜上，焦化廢水中主要由氨氮、氰化物、硫化物等無(wú)機(jī)物和酚類化合物、芳烴類化合物、苯類等有機(jī)物組成，其中的多環(huán)芳烴不但難以降解，而且通常還是強(qiáng)致癌物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的同時(shí)也直接威脅到人類健康。
唐山某焦化廠生產(chǎn)規(guī)模100萬(wàn)噸/年，焦化廢水處理設(shè)施建于2007年，主體工藝采用“A2O+混凝沉淀”，產(chǎn)水主要回用于熄焦。從工藝設(shè)計(jì)上，存在生化停留時(shí)間短、二沉池表面負(fù)荷大等問(wèn)題，排水超標(biāo)等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。在“十三五”新的環(huán)保政策要求下，企業(yè)擬對(duì)現(xiàn)有“年久失修，功能老化”的焦化廢水處理設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，充分發(fā)揮處理功能，同時(shí)出水進(jìn)入后續(xù)深度處理站制備生產(chǎn)新水，使企業(yè)走上技術(shù)化、集約型、高效益的可持續(xù)發(fā)展之路。
1、工程概況
1.1 進(jìn)出水條件
焦化廢水處理站進(jìn)水主要為廠區(qū)蒸氨廢水、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品制備產(chǎn)生的廢水。目前，廠區(qū)干熄焦改造已完畢，焦化廢水處理站產(chǎn)水主要用于后續(xù)深度處理站除鹽水制備(UF+NF+RO工藝)，焦化廢水處理站進(jìn)出水設(shè)計(jì)條件見(jiàn)表1。
1.2 原工藝流程
原設(shè)計(jì)工藝流程分為預(yù)處理、生化處理、后混凝沉淀處理、生物過(guò)濾處理及污泥處理，工藝流程見(jiàn)圖1。
2、焦化廢水處理站問(wèn)題分析及改造方案
2.1 生化系統(tǒng)問(wèn)題分析與改造
2.1.1 AO生化系統(tǒng)池容擴(kuò)建
原構(gòu)筑物缺氧池有效容積為2088m3，好氧池有有效容積為3744m3，按原設(shè)計(jì)水量100m3/h計(jì)算，缺氧池停留時(shí)間20.88h，好氧池停留時(shí)間37.44h。根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，焦化廢水缺氧池停留時(shí)間超過(guò)28h，好氧池停留時(shí)間超過(guò)48h。AO池容積不足是導(dǎo)致生化出水COD及氨氮高的主要原因。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)原AO系統(tǒng)周圍已無(wú)可利用的空地，且緊靠AO池的上部有封閉輸煤通道，通過(guò)新建水池或增加水池高度的方法增大AO系統(tǒng)容積難度較大，只能通過(guò)挖掘原有系統(tǒng)的潛能替代。
2.1.2 厭氧池改為預(yù)曝氣池
在焦化廢水處理中，厭氧池對(duì)污染物去除的作用不大，可利用這部分容積改造為預(yù)曝氣池，降低進(jìn)入AO系統(tǒng)的COD濃度。此改造需增加池底HDPE穿孔曝氣管以及相應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)。
2.1.3 好氧池由普通活性污泥法改為MBBR池
通過(guò)增加好氧池污泥量達(dá)到間接擴(kuò)容的目的，MBBR的污泥量為普通活性污泥法的2~3倍，在同樣的污泥負(fù)荷下，MBBR能去除更多的有機(jī)物，且MBBR能固定硝化菌，保持系統(tǒng)足夠的污泥齡，提高系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率。此改造曝氣裝置需由原來(lái)的微孔曝氣改為HDPE穿孔管曝氣，由于穿孔管曝氣氧的利用率不到微孔曝氣的一半，需增加2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。
MBBR有幾種不同的布置方式，有整個(gè)好氧池均勻填充，有分段設(shè)填料。均勻填充的好處是布置簡(jiǎn)單，池底曝氣管均一布置，缺點(diǎn)是針對(duì)性不強(qiáng)，比較適合低濃度尾水處理。且對(duì)于改造工程，為保證填料不堆積，篩網(wǎng)需求量比較大。另外一種布置方式為分段布置，在好氧池前端和后端設(shè)置MBBR，中間還是以活性污泥法為主，前段MBBR以COD去除為主，能降解苯系及雜環(huán)化合物的細(xì)菌成為優(yōu)勢(shì)菌種。后段MBBR以硝化為主，硝化菌成為優(yōu)勢(shì)菌種。
2.2 二沉池系統(tǒng)問(wèn)題分析與改造
原設(shè)計(jì)采用的是硝化液回流，所有硝化液回流都經(jīng)過(guò)二沉池，采用300%的回流率，導(dǎo)致二沉池表面負(fù)荷高達(dá)1.3m3/m2?h，停留時(shí)間僅為1.5h(根據(jù)焦化廢水超濾工程設(shè)計(jì)規(guī)范，焦化廢水二沉池表面負(fù)荷<1.0m3/m2?h，停留時(shí)間>2.5h)。導(dǎo)致二沉池停留時(shí)間短導(dǎo)致沉淀效果差，出水COD及懸浮物濃度高。
經(jīng)分析，二沉池表面負(fù)荷大的原因在于硝化液從二沉池后回流，如果改為好氧池混合液回流，二沉池負(fù)荷會(huì)顯著減少。此改造需增加好氧池混合液回流泵，混合液回流至缺氧池前端，混合液回流的污泥會(huì)附在原有缺氧池填料上，導(dǎo)致好氧池污泥流失，因此應(yīng)拆除缺氧池填料，增加缺氧池?cái)嚢铏C(jī)，因此項(xiàng)改造工程主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2：
2.3 事故儲(chǔ)存系統(tǒng)問(wèn)題分析與改造
蒸氨廢水受蒸氨工藝影響，水質(zhì)波動(dòng)大，COD大部分在3000~5000mg/L之間，有時(shí)高達(dá)7000mg/L，pH值高達(dá)12以上，且原系統(tǒng)無(wú)事故池，蒸蒸氨廢水直接沖擊生化系統(tǒng)，導(dǎo)致生化系統(tǒng)細(xì)菌全部死亡年沖擊兩三次，基本全年都都處于培養(yǎng)細(xì)菌的狀態(tài)，生化系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
從近兩年的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，蒸氨水COD波動(dòng)大，但含油量比較小，在50mg/L以下，僅需氣浮池一套即可滿足要求，占地龐大的重力除油池及附屬的重油、輕油分離設(shè)施長(zhǎng)期閑置?？衫眠@部分占地新建事技池一座，在蒸氨廢水進(jìn)水管上設(shè)在線監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)異常，切換至事故池，確保AO系統(tǒng)不受到?jīng)_擊。由于原氣浮裝置長(zhǎng)期閑置，設(shè)備損壞，新建氣浮池一套，放置于事故池上。
2.4 污泥處理系統(tǒng)問(wèn)題分析與改造
原焦化廢水處理站污泥處理系統(tǒng)主要有污泥濃縮池、污泥儲(chǔ)池、板框壓濾機(jī)。生化污泥量約為1000kgDS/天，后混凝化學(xué)污泥量視加藥量而定，約為500~920kgDS/天，兩種污泥均進(jìn)入濃縮池，濃縮池1座，直徑6.3m，有效深度2.2m，停留時(shí)間不足4h，而常規(guī)設(shè)計(jì)濃縮池停留時(shí)間要≥12h，現(xiàn)有濃縮池停留時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，導(dǎo)致污泥含水率高，壓濾機(jī)處理負(fù)荷大?，F(xiàn)有污泥脫水機(jī)選用的是500mm寬的帶式脫水機(jī)，按總處理泥量1920kgDS/天計(jì)算，500mm的帶寬不能滿足要求。
鑒于污泥濃縮池容積不足，停留時(shí)間短而導(dǎo)致的的污泥含水率增加，新增帶預(yù)濃縮功能的帶式壓濾機(jī)，減少進(jìn)入污混壓濾機(jī)的含水率，達(dá)到穩(wěn)定處理的效果。將壓濾機(jī)帶寬調(diào)整為1000mm，同時(shí)按此參數(shù)配套新的沖洗泵及閥門(mén)管道。
3、工藝特點(diǎn)
結(jié)合焦化廢水的特點(diǎn)，本工藝在總圖布置方面，充分利用現(xiàn)有條件，因地制宜，少占用地同時(shí)保證使新建設(shè)施與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，不影響環(huán)境美觀;選用的設(shè)備自動(dòng)化水平比較高，易于工人操作管理，減輕勞動(dòng)量。升級(jí)改造后廢水處理工藝流程見(jiàn)圖2。
4、運(yùn)行效果
本工程調(diào)試完成并投產(chǎn)后，經(jīng)進(jìn)出水水質(zhì)情況的監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)平均結(jié)果顯示，系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖3~5所示。
4.1 COD去除效果
前段設(shè)置的MBBR以COD去除為主，通過(guò)增加好氧池污泥量，到達(dá)間接擴(kuò)容的目的，MBBR的污泥量為普通活性污泥法的2~3倍，在同樣污泥負(fù)荷下，MBBR能去除更多的有機(jī)物，達(dá)到降低COD的目的。由圖3可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水COD平均值為3137.4mg/L，產(chǎn)水COD平均值為93.36mg/L，平均去除率為96.94%，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。
4.2 氨氮的去除情況
NH3-N作為焦化酚氰廢水中重要污染物之一，其處理效果直接影響出水效果。后段MBBR以硝化為主，硝化菌成為優(yōu)勢(shì)菌種。通過(guò)MBBR對(duì)硝化菌的固定作用，使系統(tǒng)保持了足夠的污泥齡，提高系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率。由圖4可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水氨氮平均值為90.9mg/L，產(chǎn)水氨氮平均值為1.47mg/L，平均去除率為96.83%，氨氮脫除效果明顯。
4.3 氰化物去除情況
氰化物同樣是焦化廢水常見(jiàn)污染物，具有較強(qiáng)的生物毒性，作為重點(diǎn)關(guān)注的水質(zhì)指標(biāo)之一。由圖5可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水氰化物平均值為8.36mg/L，產(chǎn)水氰化物平均值為0.01mg/L，平均去除率為99.98%，氰化物幾乎全部去除。
5、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
據(jù)測(cè)算，本次升級(jí)改造工程總投資約1200萬(wàn)元，改造后噸水運(yùn)行成本(含折舊)約6.52元。
6、結(jié)語(yǔ)
(1)本工程在對(duì)原有設(shè)施充分調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合廠區(qū)實(shí)際情況，采用“氣浮+預(yù)曝氣+缺氧+MBBR好氧+混凝沉淀”為核心的升級(jí)改造工藝。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行表明，改造后處理系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性得到顯著提升，系統(tǒng)出水滿足廠區(qū)深度膜處理要求，具有較強(qiáng)的環(huán)保效益、社會(huì)效益和工程示范性。
(2)改造后的生化系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮和氰化物的去除率平均分別為96.94%、96.74%和96.74%，出水指標(biāo)滿足回用指標(biāo)，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行效果穩(wěn)定。
(3)本次升級(jí)改造工程總投資約1200萬(wàn)元，改造后噸水運(yùn)行成本(含折舊)約6.52元。(來(lái)源：中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司)