焦化廢水全流程工藝設計與調試

楊志超

（北京中科圣泰環境科技有限公司，北京 102211）

0 引言

焦化廢水排放量大，成分復雜，焦化污水的水量、水質因焦化生產的規模、采用的煤氣凈化工藝以及對化工產品加工的深度不一而有所不同[1]，但通常含有高濃度的酚、氰化物、硫氰化物和氨氮，同時還含有難以生物降解的油類、吡啶等雜環化合物和聯苯、萘等多環芳香化合物（PAHs）[2]，焦化廢水的治理一直是行業中的重點、難點，如何有效的進行焦化廢水達標排放及回用工作是未來重點。

某國內大型鋼鐵企業焦化廢水處理系統采用傳統活性污泥處理工藝，由于國家環保要求的提高，原工藝出水水質無法滿足排放要求，2018年該企業對焦化廢水處理設施進行升級改造，新建系統原水處理能力為150m3/h，采用預處理-A/O-混凝沉淀-生物濾池-臭氧催化氧化的組合工藝，項目建成并調試完成后，出水水質滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012表2直排標準要求，達到了預期處理目標。

1 水質及工藝流程

1.1 設計進、出水水質

主要設計進、出水水質見下表1。

表1 蒸氨廢水處理設計進、出水水質表，mg/L

1.2 工藝流程及簡介

項目采用預處理-A/O-混凝沉淀-生物濾池-臭氧催化氧化的組合工藝，該工藝流程全面，整體穩定可靠，具有良好的適用性和較強的抗沖擊能力，解決了傳統工藝水質不易達標，出水頻繁波動等問題，同時，深度處理部分響應國家環保要求，考慮了總氮及有機物的深度脫除，可實現焦化廢水的穩定達標。

組合工藝分為預處理單元、生化處理單元及深度處理單元三部分，工藝流程見下圖1。

圖1 焦化廢水處理工藝流程圖

2 主要構筑物及設備

2.1 預處理單元

2.1.1 重力除油池

重力除油采用三斗式平流除油池，重油池內設有蒸汽盤管，防止重油凝結。

重力除油池水平流速宜小于2mm/s，上升流速宜小于0.05cm/s。

2.1.2 氣浮除油池

氣浮采用部分污水回流加壓溶氣氣浮，通過空氣壓縮機，將空氣加壓溶于水中，形成溶氣水，然后通過釋放器聚然減壓，快速釋放，產生大量微細氣泡，使水的分散微細油粒和懸浮物，形成絮體漂浮物浮出水面，進而從污水中分離出來。

2.1.3 調節池與事故池

廢水在調節池進行水質均和，保證后續單元進水的穩定性，同時應設置事故池，對于異常進水進行臨時儲存。

調節池HRT宜大于20h，事故池HRT宜大于12h。

2.2 生化處理單元

2.2.1 缺氧池反硝化菌利用回流液中的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮進行反硝化反應，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮經過反硝化反應變成氮氣而得到去除。

缺氧池HRT宜為20~40h，填料層污泥濃度不低于2000mg/L MLVSS，反硝化速率0.04~0.12mg NO3-N /mg MLVSS·d，硝化液回流宜為200~500%。

2.2.2 好氧池

好氧反應分為碳氧化段、硝化段，碳化反應首先將有機物、氰化物、硫氰化物等有機物進行好氧降解，通過硝化反應，氨態氮轉化為硝酸鹽氮，通過工藝回流到缺氧池。

好氧池HRT宜為50~80h，污泥濃度不低于3000mg/L MLVSS，污泥負荷0.05~0.2 kg BOD/kg MLSS·d[3]。

2.2.3 二沉池

二沉池上清液部分回流至缺氧布水器。沉降到底部的活性污泥由中心傳動刮泥機刮到集泥斗、經回流污泥泵加壓后送至好氧池，以此保持好氧池內的污泥濃度。

輻流式二沉池表面負荷宜為0.5-1.5m3/m2·h；斜板式沉淀池宜為3-5m3/m2·h。

2.3 深度處理單元

2.3.1 混凝反應及沉淀池

包括混合單元、反應單元和沉淀系統。

混合時間約為1min，反應時間宜為10~30min，表面負荷0.5-1.5m3/m2·h。

2.3.2 反硝化濾池

經過生化處理裝置后的廢水，含有大量的硝態氮，在反硝化濾池濾料生物膜作用下進行反硝化脫氮反應，達到脫總氮的效果。

表面水力負荷宜為6~10m3/[m2·h]，空床停留時間20~40min。

2.3.3 砂濾池

利用砂濾池進一步去除懸浮物砂濾池主要過濾廢水中的懸浮物。

表面水力負荷宜為3~6m3/[m2·h]，空床停留時間：20~40min。

2.3.4 臭氧催化氧化裝置

經過臭氧催化氧化反應器后，廢水中無法通過生物降解的有機物被降解為小分子或直接礦化后，進入后續處理單元，多余的O3可自行分解為O2[4]。

臭氧催化氧化裝置HRT宜為0.5~1h。

2.3.5 曝氣生物濾池

廢水中殘余有機物被曝氣生物濾池固載的好氧菌氧化分解，同時剩余低濃度氨氮發生硝化反應得到去除。

表面水力負荷宜為5-8m3/[m2·h]；BOD負荷宜為0.5~1kg BOD/m3·d；

空床停留時間宜為30～60min。

3 調試與運行

該焦化廢水處理站建成后，2018年3月進入調試階段，同年9月份完成系統調試，整個調試過程可分為如下幾個階段：

3.1 清水試車

檢查池體及砌體滲漏和耐壓情況，同時檢查全工藝流程水路是否暢通，包括水泵、電力系統運行、儀表校準、閥門（氣、手動）操作情況、曝氣系統等。

3.2 生化系統調試

3.2.1 好氧池污泥接種

首先對好氧內注入蒸氨廢水與稀釋水，通過調配比例，宜控制COD不大于1000mg/L，氨氮不大于100mg/L，然后選擇與本系統性質相近的污泥進行投加，一次投加量宜為池容的1/4~1/5，污泥接種后MLSS宜為1～2g/L。

3.2.2 好氧池悶曝及菌種馴化

污泥接種后，開啟風機進行悶曝，焦化廢水水質宜控制為BOD5:N:P=100:5:1，磷元素通過磷酸鹽藥劑補充，經過一段時間的悶曝后，系統各項理化指標會明顯降低，污泥濃度逐漸升高。

3.2.3 好氧負荷提升及缺氧池啟動

當好氧池SV30穩定大于20%，MLSS穩定大于2g/L后，進入蒸氨廢水，并逐漸提升負荷，出水自流進入二沉池，污泥回流至好氧池補充污泥濃度，上清液回流至缺氧池，開始缺氧系統啟動。

調試期間，本系統好氧池COD及氨氮容積負荷情況如下圖2所示。

圖2 好氧池COD及氨氮容積負荷變化趨勢圖

由圖2看出：

隨著調試過程中水量的逐漸提升，系統COD及氨氮容積負荷呈遞增趨勢，表明好氧池菌群活躍，能夠充分利用進水底物，既滿足了自身增殖，同時對水中有機物進行了有效分解。

COD容積負荷為0.1~0.5kg COD/m3·d，氨氮容積負荷為0.01~0.02kg。

3.2.4 提升至滿負荷及穩定運行

當好氧池、二沉池、缺氧池完全聯動后，逐漸增加焦化廢水原水進水量，循序漸進，直至滿負荷，單次提升量宜為總進水量的10～20%。

系統滿負荷后，記錄污泥情況如下表2所示。

表2 污泥參數一覽表

由表2可以看出：系統提升至滿負荷后，污泥情況良好，各項污泥指標參數范圍適中，其中污泥負荷偏低，說明系統處理能力仍有余量。

3.3 深度處理單元調試

3.3.1 混凝系統調試

首先取二沉池出水進行混凝燒杯試驗，混凝藥劑采用聚合硫酸鐵，可配合陰離子聚丙烯酰胺使用，摸索到最佳加藥量后應用到工程現場，并根據實際運行效果調整。

3.3.2 反硝化生物濾池調試

總氮去除宜控制TN：BOD≈1:5，藥劑選擇以甲醇、乙酸鈉等短鏈小分子碳源為宜。

3.3.3 臭氧催化氧化單元調試

通過調整臭氧發生器，選擇較優的氧氣量及濃度，直至系統COD及色度達到要求，同時控制尾氣排放。

調試期間，記錄反硝化濾池及臭氧催化氧化單元數據變化情況見下圖3。

圖3 反硝化濾池與臭氧催化氧化單元調試效果

由圖3可以看出：

（1）由于生化A/O系統調試良好，為反硝化生物濾池的啟動創造了良好的條件，碳源投加后，反硝化細菌增殖較快，啟動一周后硝酸鹽氮明顯降低，穩定運行后，降低至20mg/L以下。

（2）臭氧催化氧化單元開啟后迅速完成了調試，穩定運行后，出水COD為60mg/L左右，優于國家排放標準的要求。

3.3.4 曝氣生物濾池調試

經過臭氧催化氧化處理后，廢水中部分難降解有機物轉化為易降解，為曝氣生物濾池的啟動創造了條件，可適當投加菌種，開啟風機悶曝啟動，運行穩定后，系統出水有機物可進一步降低。

4 結語

（1）實踐證明，焦化廢水預處理-A/O-混凝-生物濾池-臭氧催化氧化組合工藝可行，出水水質達到了《煉焦化學工業污染物排放標準》GB16171-2012表2直排標準要求。

（2）焦化廢水作為工業廢水中的處理難點，需要從設計開始抓起，選擇合理的工藝參數及設備是工藝成敗的關鍵。

（3）要重視焦化廢水的調試及運行管理工作，從數據積累中掌握運行規律，分析系統運行參數，以科學的角度指導生產。