焦化酚氰廢水工藝改進及綜合利用

唐鵬，來威，李亞娜，趙鴻武，周興，于朋

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽122000）

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司 （以下簡稱朝陽鋼鐵）焦化廠年產焦炭100萬t，采用2×50孔JN 60-6型頂裝焦爐，配套煤氣產量48 000 m3/h的煤氣凈化處理工序。酚氰廢水處理工藝流程為：剩余氨水經氣浮除油器處理后，進入陶瓷過濾器進一步除油，然后進入蒸氨塔蒸氨，經蒸氨處理后送往酚氰廢水工序，廢水經處理后用于高爐沖渣。酚氰廢水處理工序采用的是A/A/O生物脫酚脫氮工藝，設計處理能力為55 m3/h。該工藝投產后運行良好，但隨著進水指標變化、設備問題及北方季節性影響等因素的出現，好氧池污泥活性降低，處理后廢水指標偶爾出現波動，如果處理不及時，使不合格水質用于高爐沖渣，將帶來環保風險。本文分析了朝陽鋼鐵焦化酚氰廢水工藝存在的問題，提出了相應的解決措施，實施后效果良好。

1 存在問題

1.1 蒸氨塔蒸汽耗量高及蒸氨指標波動大

原有蒸氨塔為浮閥蒸氨塔，直徑DN1400，采用直接蒸汽蒸氨，設計處理能力為30 m3/h，實際運行最高處理22 m3/h。蒸氨塔每運行2個月就需清掃1次，蒸氨后氨氮指標波動較大，蒸汽及液堿耗量偏高，不僅造成能源浪費，也直接影響了酚氰廢水工序的穩定運行。

1.2 好氧池曝氣不均

好氧池硝化過程需要消耗大量的氧，理論上每1 mg NH3-N需4.57 mg O2，正常維持曝氣池的溶解氧在2～4 mg／L。好氧池內的硝化菌是高度好氧菌，溶解氧低時（1～2 mg／L）不會發生硝化作用，提高溶解氧的能力，使溶解氧增至3～6 mg／L，硝化作用明顯[1]。朝陽鋼鐵酚氰廢水好氧池共分4格，每格918 m3，共有曝氣頭1 892個，采用塑料微孔曝氣器鋪設在池底。此系統運行7年后，共有40余處曝氣頭脫落，導致池內曝氣嚴重不均。曝氣頭脫落部位曝氣過度，未脫落部位曝氣不足。

1.3 臭氧催化氧化系統效率低

由于酚氰廢水經混凝沉淀池處理后直接進入臭氧催化氧化塔，廢水中部分懸浮物會進入催化塔，堵塞催化塔底部曝氣頭，增加了催化塔阻力，因此將催化塔內折流板拆除，減少了氣水接觸的反應時間，導致催化效率降低。

1.4 脫硫液富余

蒸氨塔頂產生的氨氣經冷凝成液態氨水后，直接進入負壓HPF脫硫塔，脫硫廢液經提副鹽工序處理后回到脫硫系統，長期循環，脫硫液富余。因脫硫液中含有大量氰化物和COD等物質，如果將脫硫液直接排往酚氰廢水，將導致污泥大量死亡。為保證脫硫效果，將提副鹽工序處理后的富余脫硫液送往煤塔用于噴煤處理，但由于脫硫液腐蝕性較強，噴煤不僅腐蝕設備，而且造成焦爐炭化室爐墻石墨脫落。

1.5 地下水直接排放

焦化地下水系統水質復雜，各泵冷卻水、生產排水、循環排污水、雨排水等約為25 m3/h，均通過地下水管道外排，不僅水資源浪費，而且一旦設備出現泄露，發現不及時，污染物進入外排水管道，可能導致外排水指標超標，有環保風險。

2 改進措施

2.1 應用斜孔塔盤

由于原有蒸氨塔存在蒸汽耗量高和蒸氨指標波動大等問題，打開蒸氨塔進行檢查，發現塔盤焦油堵塞嚴重。為解決此問題，利用原有蒸氨塔筒體，將塔內部浮閥塔盤、加強圈、降液板、橫梁等塔內件拆除，在塔內部安裝斜孔塔盤及相應塔內件，斜孔塔盤采用316L材質，以30°斜角在塔盤開孔，斜孔塔盤汽液傳質死區少，開孔率可達85%以上，不易堵塞，同時增加了降液區，提高了處理能力。斜孔塔盤設備安裝圖如圖1所示。

斜孔蒸氨塔改造后，兩年內塔盤未出現堵塞情況。改造前后蒸氨指標如表1所示。由表1可以看出，蒸氨塔盤改造后蒸氨效率提高，處理能力提高。蒸氨后氨氮平均降低105 mg/L，且波動范圍減小；蒸汽利用效率提高，蒸汽耗量平均減少90 kg/t水。

圖1 斜孔塔盤設備安裝圖Fig.1 Equipment Installation Diagram for Inclined-hole Tower Tray

表1 改造前后蒸氨指標Table 1 Ammonia Stripping Indexes before and after Upgrading

2.2 應用可提升式曝氣器

由于原有曝氣頭鋪設在好氧池底，更換時需停止好氧池的運行，清除池底污泥，不僅工作難度較大，而且對污泥造成較大沖擊，影響廢水外排指標。將原有底部曝氣頭更換為可提升式曝氣器，方案原理為：利用原有曝氣主管，接新曝氣管道布置于水池上方，曝氣時空氣由布氣管進入導氣管導氣槽，在曝氣膜管與支撐體間形成環形氣室，使曝氣膜管鼓起，空氣通過膜管上可張微孔向水體曝氣。管式曝氣器采用三元乙丙橡膠（EPDM），氣孔密度為34 000個/套。曝氣器設備圖如圖2所示。

圖2 曝氣器設備圖Fig.2 Diagram of Aerator

好氧池內曝氣器的安裝密度為每2 m2安裝1個，根據好氧池不同位置對氧氣的需求量不同進行調整。安裝及檢修時，將曝氣器快速接頭打開，把連接管及曝氣器從曝氣池上方取下即可維修更換。曝氣器安裝圖如圖3所示。

安裝后好氧池溶解氧控制在2～6 mg/L，好氧池曝氣均勻，而且可根據好氧池前后端對氧氣需求量不同進行調節。改造后，好氧鼓風機電流降低5 A，漏氣率降低，污泥活性提高，曝氣不均問題得到解決。

圖3 曝氣器安裝圖Fig.3 Installation Diagram for Aerator

2.3 改造臭氧催化氧化系統

（1）增加過濾器。為解決混凝池出水懸浮物偏高的問題，在混凝池與催化塔之間增加多介質過濾器及轉盤過濾器。多介質過濾器由卵石、石英砂、活性炭及纖維球多層組成。轉盤過濾器包括扇形器濾盤，電機帶動轉盤旋轉，濾盤中間為集水筒。過濾期間，過濾轉盤處于靜態，有利于污泥的池底沉積。清洗期間，過濾轉盤以1 r/min的速度旋轉并排污。增加2臺過濾器后，混凝池懸浮物由70 mg/L降低至10 mg/L，減少了催化塔堵塞。

（2）完善臭氧發生系統。升級臭氧發生器PLC系統，更換損壞的搪瓷管，增加空調降溫。改造后氧氣轉化率達83%以上，氧氣及電耗下降。

（3）催化塔改造。在原有臭氧微孔曝氣頭基礎上，增加10處0.5 mm曝氣孔，防止曝氣頭堵塞，減少催化塔阻力。在催化塔內重新安裝波紋板，放置催化劑、金屬鮑爾環、纖維球，將催化塔由上進水改為下進水。改造后，增加了氣液接觸停留時間，催化塔出水顏色發白，提高了催化氧化塔處理效果。

2.4 處理富余脫硫液

由于蒸氨塔頂分縮器結垢堵塞嚴重，達不到溫差3℃的工藝要求，因此將原有分縮器拆除，清洗、更換后溫差可達6℃以上,分縮器與塔頂溫差的提高增加了濃氨水回流，提高了氨水濃度，從源頭上減少了進入脫硫塔的氨水量。脫硫液經提副鹽處理后，有毒物質大量減少，將5～10 m3提鹽后的富余脫硫清液均勻進入蒸氨系統，經蒸氨處理后再送往酚氰廢水工序。

此方案雖會使蒸氨廢水中氰含量增加5 mg/L左右，但可解決脫硫液富余問題，但脫硫液供給廢水量不應過多，否則會對污泥活性及出水指標造成影響。

2.5 生產排污水回用，廢水綜合利用

（1）為解決生產排水無序排放問題，將焦化地下水井總出口堵住，將生產排水、硫銨區域排水、儲槽蒸汽加熱凝結水及雨排水共約10 m3/h回收至100 m3的綜合水池，安裝潛水泵及液位連鎖裝置進行回收利用。在綜合水池安裝自吸泵，出水管道鋪設至好氧池入口及調節池入口，如果回收水質較好，則直接進入好氧池；如果回收的水質偏差，則進入酚氰廢水調節池處理。

（2）將晾水架循環水排污、低溫水排污、制冷機蒸汽凝結水回收至30 m3的蓄水池，安裝自吸泵，出水管道鋪設至好氧池消泡水管道入口，利用循環排污水對好氧池消泡稀釋。此方案不僅不用外排循環排污水，減少稀釋水用量，而且可使循環水中的堿度及部分營養物質得到利用。

通過上述方案，酚氰廢水系統不再使用工業新水消泡，可減少新水耗量25 m3/h，不僅節約新水資源，而且將生產排水、雨排水、循環排污水全部回用，從根本上杜絕了污染物質外排的可能性。

3 實施效果

由于改造后廢水處理效果提高，根據處理后外排總水量及污染物質降低量，計算得COD、懸浮物等污染物外排量減少約2.5 t/月,給企業帶來較大的經濟和環保效益。改造前后廢水出水指標見表2。

表2 改造前后廢水出水指標Table 2 Effluent Indexes of Wastewater before and after Upgrading mg/L

4 結語

朝陽鋼鐵焦化廠對蒸氨塔、好氧池曝氣器及臭氧催化氧化系統等設備進行改造，對生產工藝操作進行優化，將生產排污水及富余脫硫液處理后回用于酚氰廢水，實現廢水的綜合利用。改造后不僅酚氰廢水出水指標合格，解決了制約生產環保的瓶頸問題，而且達到了節能減排的目的，具有良好的經濟效益和環保效益。