兩級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(guò)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(wú)機污染物外，還含有酚類(lèi)、吡啶、喹啉、多環(huán)芳烴(PAHs)等有機污染物。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(guò)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)水量極不穩定，生化處理易受沖擊，導致熄焦水無(wú)法長(cháng)期穩定達標，大量有毒有害污染物隨著(zhù)熄焦過(guò)程排放到大氣環(huán)境。某焦化工業(yè)園區5000m3/d污水集中處理項目，首次提出“前端各廠(chǎng)AO預處理—后端園區OAO+深度處理”模式，具有較強的抗沖擊負荷能力，徹底解決了工業(yè)園區內5家焦化廠(chǎng)熄焦水穩定達標問(wèn)題，為焦化廢水零排放奠定基礎。

　　1、工程概況

　　某市工業(yè)園區內現有5家焦炭生產(chǎn)企業(yè)，設計年產(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(chǎng)生產(chǎn)廢水污水廠(chǎng)已建成，因水量波動(dòng)及管理等問(wèn)題，出水水質(zhì)無(wú)法達到國家相關(guān)標準(見(jiàn)表1)，故統一建設園區污水處理廠(chǎng)。

　　2、工程設計方案

　　2.1 設計水量和水質(zhì)

　　工程設計規模為5000m3/d，主要用于集中處理預處理后的焦化廢水。依據《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》(GB16171—2012)直排標準，設計進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

　　2.2 工藝流程

　　采用兩級處理模式，前端各廠(chǎng)預處理后廢水排入園區污水處理廠(chǎng)進(jìn)行深度處理，工藝流程如圖1所示。各焦化廠(chǎng)原水經(jīng)前端生化預處理，進(jìn)入園區調節池，經(jīng)一級好氧處理去除部分COD及氨氮，出水進(jìn)入缺氧池反硝化脫除總氮，由調節池分流部分進(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)原位吸附池和強化Fenton氧化池加以去除，為保證熄焦池水質(zhì)達標，出水最后經(jīng)活性炭吸附塔后回至各焦化廠(chǎng)熄焦。

　　2.3 主要處理單元設計

　　2.3.1 前端各廠(chǎng)預處理系統

　　利用前端各焦化廠(chǎng)生化AO處理系統，主要流程為調節池(2000m3)/AO(4000m3)/二沉池(500m3)，為園區深度處理做預處理，去除廢水中抑制硝化及反硝化菌屬生長(cháng)的SCN-、酚類(lèi)、CN-等，提高整個(gè)焦化廢水處理系統的抗沖擊能力。

　　2.3.2 園區深度處理系統

　�、僬{節池及事故池

　　調節池主要對5家焦化廠(chǎng)預處理后的廢水進(jìn)行收集，并調節水質(zhì)水量。設計尺寸為40m×30m×6.5m，有效容積為7000m3，鋼筋混凝土結構，共1座。配有提升泵3臺(1用2備)，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW。另設有事故池1座，尺寸為45m×37m×6.5m，有效容積為1000m3。

　�、谝患壓醚醭睾鸵患壋恋沓�

　　一級好氧池共2座，設計尺寸為35m×12m×6.5m，有效容積為5000m3，鋼筋混凝土結構，推流式運行，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，Q=30m3/min，P=6.5kPa，N=45kW，2用1備。一級沉淀池1座，設計尺寸為20m×4.1m，有效容積為800m3，表面負荷為0.83m3/(m2·h)，配備有中心傳動(dòng)刮泥機，直徑為20m，線(xiàn)速度為3m/min，減速機功率為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�級缺氧池和二級好氧池

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

　　二級好氧池1座，設計尺寸為20m×13m×6.5m，有效池容為3000m3，停留時(shí)間約14h，鋼筋混凝土結構，配有可提升式硅橡膠膜微孔曝氣管，曝氣與一級好氧曝氣由鼓風(fēng)機房共同提供。

　�、芏�級沉淀池

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

　�、菰�位吸附池和強化Fenton氧化池

　　原位吸附池主要通過(guò)投加適量?jì)羲畡�，去除部分COD以及SS，設計尺寸為4m×8m×4m，停留時(shí)間為45min，鋼筋混凝土結構。配有4臺攪拌機，功率為3kW，溶藥池尺寸為5m×4m×6m，凈水劑儲罐容積為15m3，螺桿泵3臺，功率為1.5kW，流量為2m3/h，1用2備，硫酸儲罐容積為10m3，計量泵3臺(2用1備)，流量為125L/h。

　　強化Fenton氧化池設計尺寸為4m×8m×4m，停留時(shí)間為45min，鋼筋混凝土結構。配4臺攪拌機，功率為3kW，溶藥池尺寸為5m×4m×6m，催化劑儲罐容積為15m3，螺桿泵3臺(1用2備)，功率為1.5kW，流量為2m3/h，雙氧水儲罐容積為10m3，計量泵2臺(1用1備)，流量為125L/h，硫酸儲罐容積為20m3，計量泵3臺(2用1備)，流量為125L/h，液堿儲罐容積為15m3，計量泵3臺(2用1備)，流量為125L/h。

　�、拊�位吸附和強化Fenton氧化沉淀池

　　原位吸附及強化Fenton氧化沉淀池的設計尺寸及參數參照二級沉淀池。

　�、呖稍偕�活性炭吸附塔

　　可再生活性炭吸附塔主要強化去除水體中殘留的污染物，是焦化廢水處理系統最后一道保障。設計塔高為22m，底面積為10m2，流速為8m/h，不銹鋼結構，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(2用2備)，Q=170m3/h，P=500kPa，N=22.8kW。

　�、辔勰酀饪s池

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

　　3、調試與運行效果

　　為滿(mǎn)足工業(yè)園區內5家焦化企業(yè)正常生產(chǎn)熄焦用水量，園區需在1個(gè)月內將處理量由最初的1000m3/d提升至5000m3/d。由于前端5家企業(yè)生化系統對COD具有一定去除能力，對氨氮及總氮脫除效果較差，焦化廢水進(jìn)入園區污水廠(chǎng)后，COD去除負荷較低，氨氮及總氮去除負荷較高。調試過(guò)程中，園區一級好氧污泥回流比為50%，二級好氧污泥至缺氧回流比為100%。

　　3.1 日處理量提升及硝化負荷分配

　　園區生化段COD去除負荷較低，主要受到硝化負荷的限制。針對焦化廢水硝化負荷的工程數據較為缺乏的問(wèn)題，水量提升前，經(jīng)批量試驗評價(jià)園區一段、二段的污泥硝化負荷分別為15.98、21.24kg/h。調試后，處理量為4000m3/d時(shí)，一段、二段污泥硝化負荷分別提升至35.33、33.35kg/h。以試驗數據為基礎，指導工程中硝化負荷的提升，結果見(jiàn)圖2、3，可見(jiàn)該方法可以快速提升水量以及硝化負荷且保持硝化效果穩定。

　　3.2 COD、NH₄⁺-N去除效果

　　系統對COD、NH₄⁺-N的去除效果分別見(jiàn)圖4、5。如圖4所示，強化Fenton出水COD已降至60～70mg/L，去除率達97%以上，再經(jīng)活性炭出水后COD低至20～30mg/L，去除率高達99%。如圖5所示，園區二段二沉池出水氨氮長(cháng)期保證在6mg/L以下，活性炭出水穩定在2mg/L以下，去除率達98%。園區污水廠(chǎng)回水至各焦化廠(chǎng)熄焦用水COD、NH₄⁺-N可以滿(mǎn)足熄焦池水標準，降低熄焦過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物，提高焦炭品質(zhì)。運行期間，前端5家污水廠(chǎng)遇到多次沖擊，前端生化段硝化受影響，但園區污水廠(chǎng)依舊穩定運行。

　　3.3 反硝化總氮去除效果

　　總氮去除效果見(jiàn)圖6。

　　硝化調試完成后，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(wú)需增加硝化液回流管線(xiàn)。生物脫氮過(guò)程中，COD∶TN=4～6無(wú)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，脫氮穩定后，園區二沉池出水總氮在30mg/L以下，基本穩定在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)

　　調試完成后，隨機抽取3天園區最終出水水質(zhì)，平均值如表3所示。從表3中數據可以看出，園區出水水質(zhì)均遠低于《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》(GB16171—2012)直排標準，且滿(mǎn)足工程設計標準。

　　4、結語(yǔ)

　　工業(yè)園區內焦化廢水“前端各廠(chǎng)預處理—后端園區深度處理”兩級處理出水指標均滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》(GB16171—2012)，處理效果穩定良好，奠定了焦化廢水零排放基礎。(來(lái)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)