港陸鋼鐵公司焦化廢水生化處理系統(tǒng)改造工程

水處理網(wǎng)訊:摘要：唐山港陸鋼鐵有限公司焦化廢水生化處理系統(tǒng)水力停留時(shí)間短、出水水質(zhì)差,嚴(yán)重影響了深度處理效果。針對系統(tǒng)存在的問題,在原廢水處理設(shè)施基礎(chǔ)上將厭氧池改為預(yù)曝氣池,好氧池增加移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明:經(jīng)合理改造后,生化處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,處理效果良好,經(jīng)混凝沉淀處理后,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)的間接排放標(biāo)準(zhǔn),為后續(xù)深度處理提供了有利條件。

焦化廢水是指煤煉焦、煤氣凈化、化工產(chǎn)品精制及化工產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的廢水， 主要來源為剩余氨水、焦油加工和粗苯精制中產(chǎn)生的廢水及煤氣凈化過程中形成的廢水， 其中以蒸氨過程中產(chǎn)生的剩余氨水為主。受原煤性質(zhì)、煉焦生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品回收方式等因素影響，焦化廢水中污染物成分復(fù)雜、種類繁多，其主要包含多環(huán)芳香族化合物、酚類化合物以及含氮、氧、碳的雜環(huán)化合物等有機(jī)物與硫化物、氰化物、硫氰化物等無機(jī)物。同時(shí)，焦化廢水水質(zhì)變化不穩(wěn)定，氨氮及有機(jī)物含量高，而且所含大部分有機(jī)物難降解，可生化性差，是煉焦企業(yè)中難以處理的工業(yè)廢水， 是目前環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域急需解決的一個(gè)難題。

唐山港陸鋼鐵有限公司焦化廠現(xiàn)階段年產(chǎn)焦炭100萬t，該廠已有生化處理量為100m3/h的焦化廢水處理站，采用預(yù)處理、A2/O、混凝沉淀的主體處理工藝。原有廢水處理站出水主要回用于濕法熄焦，為適應(yīng)環(huán)保達(dá)標(biāo)要求， 同時(shí)也為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展， 唐山港陸鋼鐵有限公司已采用干熄焦替代濕熄焦，因此，決定對原廢水處理站混凝沉淀出水進(jìn)行深度處理并回用。2015年焦化廠對廢水處理站的生化處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高出水水質(zhì)及處理效率，保證后續(xù)深度處理出水水質(zhì)達(dá)到工業(yè)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)要求，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)廢水“零排放”。

1 工程概況

唐山港陸焦化廠廢水處理站用于處理全廠煉焦及煤氣凈化過程中產(chǎn)生的含酚氰等物質(zhì)的廢水。廢水處理站預(yù)處理設(shè)計(jì)水量為50m3/h，生化處理及后續(xù)處理設(shè)計(jì)水量均為100m3/h。廢水經(jīng)預(yù)處理、生化處理、混凝沉淀處理后，出水水質(zhì)要求達(dá)到《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)，以保證后續(xù)深度處理效果。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

焦化廢水處理站原生化處理系統(tǒng)采用A2/O(厭氧-缺氧-好氧)工藝，具體工藝流程如圖1所示。

2 原焦化廢水處理系統(tǒng)存在的問題

由于焦化廢水水質(zhì)的復(fù)雜性及原有設(shè)計(jì)方面的不足，導(dǎo)致生化處理設(shè)施水力停留時(shí)間短，處理出水水質(zhì)惡劣。焦化廠濕式熄焦改為干式熄焦后，熄焦用水量銳減，廠區(qū)廢水需深度處理并回用。若在原廢水處理系統(tǒng)上直接進(jìn)行深度凈化處理，處理效果差，最終出水很難滿足循環(huán)水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要分析焦化廢水處理系統(tǒng)存在的問題并對其進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。

2.1 蒸氨廢水水質(zhì)波動(dòng)大

受蒸氨工藝影響，蒸氨廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，COD多分布在3000~5000mg/L， 有時(shí)高達(dá)6000mg/L，pH有時(shí)高達(dá)12以上。原焦化廢水處理系統(tǒng)中未設(shè)置事故池，高COD的蒸氨廢水直接沖擊生化系統(tǒng)，出現(xiàn)菌群死亡， 導(dǎo)致生化系統(tǒng)經(jīng)常處于菌群馴化狀態(tài)，不能正常運(yùn)行。

2.2 缺氧/好氧池容積小

原有缺氧池有效容積2088m3， 原有好氧池有效容積3744m3，按設(shè)計(jì)生化處理水量100m3/h計(jì)算，缺氧池水力停留時(shí)間為20.88h，好氧池水力停留時(shí)間為37.44h。按照《焦化廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2022—2012)，焦化廢水缺氧池、好氧池的水力停留時(shí)間一般分別為28~32、36~46h。由此可見，缺氧/好氧池容積不足，導(dǎo)致水力停留時(shí)間短，進(jìn)而造成生化出水COD及NH3-N濃度高。

2.3 二沉池表面水力負(fù)荷大

原生化處理系統(tǒng)采用300%的回流率， 將硝化液經(jīng)硝化液回流井回流至缺氧池， 導(dǎo)致二沉池表面水力負(fù)荷高達(dá)1.3m3/(m2·h)，而沉淀時(shí)間僅為1.3h。根據(jù)《焦化廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2022—2012)，當(dāng)二沉池表面水力負(fù)荷為1.0~1.5m3/(m2·h)時(shí)，沉淀時(shí)間為2~4h。由于二沉池表面水力負(fù)荷大，而沉淀時(shí)間短，導(dǎo)致出水COD 及懸浮物濃度偏高。

2.4 污泥處理系統(tǒng)能力不足

原污泥處理系統(tǒng)中生化污泥量約為1000kgDS/d，后混凝化學(xué)污泥量約為500~920kgDS/d(視加藥量而定)，2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)，濃縮停留時(shí)間不足4h，而一般濃縮池濃縮停留時(shí)間不宜小于12h。濃縮停留時(shí)間短，使得污泥含水率高， 壓濾機(jī)處理量大，按總處理污泥量1920kgDS/d 考慮，500 mm 帶寬的帶式壓濾機(jī)不能滿足要求。

3 改造工藝

針對焦化廢水處理系統(tǒng)存在的上述問題，并結(jié)合后續(xù)深度處理要求，本著技術(shù)安全可靠、工藝流程簡單、處理效果穩(wěn)定的原則，對原有生化處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。主要改造內(nèi)容包括新建事故池、優(yōu)化原有A2/O工藝、污泥系統(tǒng)改進(jìn)等，改造后處理系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

3.1 新建事故池

根據(jù)近2年現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，蒸氨廢水中COD波動(dòng)較大，而含油量較小(50mg/L 以下)，僅需1套氣浮池即可滿足要求。原有重力除油池、輕油分離設(shè)施占地面積大且長期閑置， 可利用這部分占地新建1 座事故池。同時(shí)對蒸氨廢水進(jìn)水管進(jìn)行在線監(jiān)測，一旦水質(zhì)出現(xiàn)異常，將蒸氨廢水切換至事故池存放，確保生化系統(tǒng)不受沖擊。

3.2 優(yōu)化原有A2/O工藝

原缺氧/好氧池周圍已無可利用之地，上部有封閉的輸煤通道， 無法通過新建水池或增加水池高度來加大原缺氧/好氧池的容積，故通過以下3種方法挖掘原有系統(tǒng)的潛能。

3.2.1 厭氧池改為預(yù)曝氣池

由于厭氧池對焦化廢水中難降解有機(jī)物降解效果差， 經(jīng)厭氧池處理后廢水的可生化性并沒有顯著提高，故將厭氧池改為預(yù)曝氣池，并增加池底穿孔曝氣管及相應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)。預(yù)曝氣能夠增加廢水中的溶解氧，減輕廢水的腐敗，提高廢水的穩(wěn)定性;同時(shí)可氧化廢水中的還原性物質(zhì)， 并能吹脫廢水中溶解的揮發(fā)物，適度降低廢水中部分COD，從而提高廢水的可生化性。

3.2.2 好氧池采用活性污泥法與MBBR組合工藝

為克服活性污泥法生物量不足和固定生物膜法傳質(zhì)混合效率低的問題， 好氧池采用活性污泥法與移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)的組合工藝。生物膜、活性污泥各自發(fā)揮生物降解優(yōu)勢，可極大地提高生化反應(yīng)效率，提高有機(jī)物去除效果。MBBR污泥濃度為普通活性污泥法污泥濃度的5~10倍，通過增加好氧池污泥量， 可達(dá)到間接擴(kuò)容的目的。同時(shí)，MBBR耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，且能固定硝化菌，可提高系統(tǒng)對NH3-N的去除率。

當(dāng)MBBR懸浮填料上的生物膜超過一定厚度時(shí)， 內(nèi)層生物膜因缺乏充分營養(yǎng)對填料的黏附力下降，隨著曝氣、循環(huán)水流及填料之間的碰撞，老化的生物膜會(huì)脫落。隨后，脫落填料表面又形成新的生物膜， 從而使生物膜的活性狀態(tài)保持高水平。雖然MBBR污泥濃度為普通活性污泥法污泥濃度的5~10倍， 但是該工藝中COD的去除主要是依靠新老生物膜的脫落替換和生物膜自身降解實(shí)現(xiàn)的， 且前者占主導(dǎo)作用。因此，當(dāng)活性污泥堵塞生物膜，膜通量下降時(shí)，舊生物膜脫落，生成新生物膜，從而保持良好的處理效果。實(shí)際運(yùn)行過程中在控制溶解氧的同時(shí)合理控制曝氣強(qiáng)度，保證水流通暢性，從而提高M(jìn)BBR的處理效率。COD波動(dòng)較大，而含油量較小(50mg/L以下)，僅需1套氣浮池即可滿足要求。原有重力除油池、輕油分離設(shè)施占地面積大且長期閑置， 可利用這部分占地新建1座事故池。同時(shí)對蒸氨廢水進(jìn)水管進(jìn)行在線監(jiān)測，一旦水質(zhì)出現(xiàn)異常，將蒸氨廢水切換至事故池存放，確保生化系統(tǒng)不受沖擊。

3.2 優(yōu)化原有A2/O工藝

原缺氧/好氧池周圍已無可利用之地，上部有封閉的輸煤通道， 無法通過新建水池或增加水池高度來加大原缺氧/好氧池的容積，故通過以下3種方法挖掘原有系統(tǒng)的潛能。

3.2.1 厭氧池改為預(yù)曝氣池

由于厭氧池對焦化廢水中難降解有機(jī)物降解效果差， 經(jīng)厭氧池處理后廢水的可生化性并沒有顯著提高，故將厭氧池改為預(yù)曝氣池，并增加池底穿孔曝氣管及相應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)。預(yù)曝氣能夠增加廢水中的溶解氧，減輕廢水的腐敗，提高廢水的穩(wěn)定性;同時(shí)可氧化廢水中的還原性物質(zhì)， 并能吹脫廢水中溶解的揮發(fā)物，適度降低廢水中部分COD，從而提高廢水的可生化性。

3.2.2 好氧池采用活性污泥法與MBBR組合工藝

為克服活性污泥法生物量不足和固定生物膜法傳質(zhì)混合效率低的問題， 好氧池采用活性污泥法與移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)的組合工藝。生物膜、活性污泥各自發(fā)揮生物降解優(yōu)勢，可極大地提高生化反應(yīng)效率，提高有機(jī)物去除效果。MBBR污泥濃度為普通活性污泥法污泥濃度的5~10倍， 通過增加好氧池污泥量，可達(dá)到間接擴(kuò)容的目的。同時(shí)，MBBR耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，且能固定硝化菌，可提高系統(tǒng)對NH3-N的去除率。

當(dāng)MBBR懸浮填料上的生物膜超過一定厚度時(shí)， 內(nèi)層生物膜因缺乏充分營養(yǎng)對填料的黏附力下降，隨著曝氣、循環(huán)水流及填料之間的碰撞，老化的生物膜會(huì)脫落。隨后，脫落填料表面又形成新的生物膜， 從而使生物膜的活性狀態(tài)保持高水平。雖然MBBR污泥濃度為普通活性污泥法污泥濃度的5~10倍， 但是該工藝中COD的去除主要是依靠新老生物膜的脫落替換和生物膜自身降解實(shí)現(xiàn)的， 且前者占主導(dǎo)作用。因此，當(dāng)活性污泥堵塞生物膜，膜通量下降時(shí)，舊生物膜脫落，生成新生物膜，從而保持良好的處理效果。實(shí)際運(yùn)行過程中在控制溶解氧的同時(shí)合理控制曝氣強(qiáng)度，保證水流通暢性，從而提高M(jìn)BBR的處理效率。

好氧池MBBR采用分段布置，即好氧池前端與后端分別設(shè)置MBBR，中間段采用活性污泥法（微孔曝氣）。前段MBBR以去除COD為主，使能降解苯系及雜環(huán)化合物的細(xì)菌成為優(yōu)勢菌種。后段MBBR以硝化為主，在有機(jī)物負(fù)荷較低的情況下，硝化菌可成為優(yōu)勢菌種，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。為了維持硝化反應(yīng)正常進(jìn)行所需的堿度， 可適量向好氧池投加堿。同時(shí)，曝氣裝置需由原微孔曝氣改為穿孔管曝氣，由于穿孔管曝氣氧利用率不及微孔曝氣氧利用率的一半，需增加3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)（2用1備，1臺(tái)對應(yīng)一個(gè)系列的MBBR）。

3.2.3 二沉池改進(jìn)

為降低二沉池的表面水力負(fù)荷，將混合液由好氧池回流至缺氧池。此時(shí)混合液回流污泥會(huì)附著在原有缺氧池填料上，導(dǎo)致好氧池污泥減少。因此，需拆除缺氧池填料，增加缺氧池?cái)嚢铏C(jī)。為保證二沉池出水均勻穩(wěn)定， 二沉池池壁頂部安裝出水三角堰。

3.3 污泥系統(tǒng)改進(jìn)

鑒于污泥濃縮池容積不足、停留時(shí)間短而導(dǎo)致的污泥含水率增加，將帶式壓濾機(jī)500mm的帶寬更換為1000mm的帶寬，同時(shí)為帶式壓濾機(jī)增加預(yù)處理功能，且置換相應(yīng)的沖洗泵及配套閥門。

此外，由于原氣浮裝置長期閑置，設(shè)備損壞，需要在事故池之上新建1套氣浮裝置， 并廢棄硝化液回流井、過濾罐、反沖洗水池。

4 改造后運(yùn)行效果

廢水處理站采用24h連續(xù)監(jiān)測各工藝段出水水質(zhì)，1個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測結(jié)果表明，經(jīng)改造后，廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行正常，出水水質(zhì)良好。某1個(gè)月的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，焦化廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水COD變化較大，在3000~5000mg/L之間波動(dòng)，偶爾接近6000mg/L。預(yù)曝氣池出水平均COD為3471mg/L，對比原厭氧池出水平均COD(3900mg/L)，COD去除效果有明顯改善。MBBR懸浮填料能增加微生物種類及數(shù)量，好氧池內(nèi)將活性污泥與MBBR相組合能更好地提高有機(jī)物降解能力，生化出水COD由原來的300～400mg/L降至為190～260mg/L。由于混凝沉淀池進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，有機(jī)物濃度降低，混凝沉淀出水平均COD僅為60.2mg/L， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值150mg/L，COD平均去除率達(dá)到98.5%，滿足廠區(qū)后續(xù)深度處理進(jìn)水要求。

由圖4可知， 焦化廢水經(jīng)氣浮、預(yù)曝氣池處理后，NH3-N去除率較低。而好氧池中MBBR 懸浮填料對硝化菌具有很好的聚集作用， 活性污泥與懸浮填料表面生物膜的共同作用強(qiáng)化了NH3-N的去除效果， 最終混凝沉淀出水NH3-N為15～22mg/L，平均為17.5mg/L，低于25mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)要求，NH3-N平均去除率達(dá)到95.4%。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

該焦化廢水生化處理系統(tǒng)改造工程總投資約為1483萬元，其中設(shè)備購置與安裝工程費(fèi)用(包括設(shè)計(jì)及調(diào)試費(fèi)用)為1385萬元;土建工程費(fèi)用為98萬元，包括新建事故池、氣浮池及原有構(gòu)筑物改造部分。實(shí)際的運(yùn)行成本主要包括藥劑費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)，3項(xiàng)費(fèi)用具體如下：

(1)藥劑費(fèi)。焦化廢水處理過程中使用的化學(xué)藥劑有純堿、混凝劑(PAC)、絮凝劑(601B)、陽離子除泥劑(PAM)、磷酸氫二鈉、工業(yè)葡萄糖，經(jīng)計(jì)算藥劑費(fèi)為4176元/d。

(2)電費(fèi)。年耗電量1861500kW·h，按電價(jià)0.42元/(kW·h)計(jì)，則電費(fèi)為2142元/d。

(3)人工費(fèi)。生產(chǎn)操作人員、維修人員合計(jì)費(fèi)用為800元/d。

綜上所述，廢水處理運(yùn)行成本合計(jì)為7118元/d，按焦化廢水處理量38m3/h 計(jì)，生化處理系統(tǒng)改造后運(yùn)行成本為7.80元/m3。

6 結(jié)論

焦化廢水生化處理系統(tǒng)的改造充分利用了原有構(gòu)筑物及設(shè)備，不僅降低了建設(shè)工程投資費(fèi)用，而且縮短了改造工期，其主體工藝與《焦化廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2022—2012)中推薦的生化處理工藝流程基本一致，因此改造工藝合理可行。

采用A/O與MBBR組合工藝的生化處理系統(tǒng)，其整體處理效果良好，運(yùn)行成本適中，經(jīng)混凝沉淀處理后，出水平均COD為60.2mg/L，平均NH3-N為17.5mg/L，平均揮發(fā)酚為0.248mg/L，平均氰化物為0.154mg/L，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)的間接排放標(biāo)準(zhǔn)。此改造保證了后續(xù)深度處理及回用單元的穩(wěn)定運(yùn)行， 提高了廢水的利用價(jià)值，符合國家節(jié)能減排政策，具有較高的環(huán)境效益、社會(huì)效益和工程示范意義。

原標(biāo)題:港陸鋼鐵公司焦化廢水生化處理系統(tǒng)改造工程