焦化廠蒸氨廢水回用處理技術(shù)
蒸氨廢水屬于焦化廢水的一類，主要是由剩余氨水經(jīng)脫硫、蒸餾等工藝得到，廢水中常包含硫氰酸鹽、硫化物、氨與氰等物質(zhì)。其具有毒性大、有機(jī)物質(zhì)含量高、難處理等特點(diǎn)。目前，蒸氨廢水處理工序大體可劃分為預(yù)處理工藝段、生化處理工藝段、深度處理工藝段的三級(jí)處理工藝。預(yù)處理工藝段一般為提高廢水可生化性服務(wù)，常采取組合式處理方法，包括厭氧水解（酸化）法、稀釋法、混凝沉淀法、氣浮法、微電解法等。生化處理工藝段不僅限于生物脫氮法（A/O、A-A-O、SBR工藝）、還包含了生物強(qiáng)化技術(shù)、生物流化床、固定化微生物法等工藝。深度處理工藝段分為生化法和物化法兩大類，后者包含混凝、吸附、膜分離、微電解、電絮凝、高級(jí)氧化等技術(shù)。
山西臨汾某蒸氨廢水處理廠根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)、環(huán)境條件及目前國家《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，采用隔油反應(yīng)池+AS強(qiáng)化處理系統(tǒng)+A/O處理系統(tǒng)+BDS總氮脫除系統(tǒng)+生物流化床系統(tǒng)+OAT深度處理系統(tǒng)+新型組合PMUF/LERO中水回用處理系統(tǒng)的組合處理工藝，實(shí)現(xiàn)了良好的凈水效果及中水回用目的。全篇就該蒸氨廢水處理工程的設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)際運(yùn)行情況展開，逐個(gè)分析相應(yīng)處理系統(tǒng)對(duì)廢水的處置情況，并借此為同種廢水的處理工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行及改造提供一定的思路及參考。
1、廢水來源及水質(zhì)情況
蒸氨廢水是由焦化工序中產(chǎn)生的化工分離廢水和剩余氨水經(jīng)脫硫、蒸餾等工藝得到，該焦化廠共有兩套蒸氨系統(tǒng)，分別為65m3/h的一期蒸氨系統(tǒng)、50m3/h的二期蒸氨系統(tǒng)，廢水總量為115m3/h，設(shè)計(jì)處理量為150m3/h，按24h連續(xù)運(yùn)行。設(shè)計(jì)處理出水應(yīng)穩(wěn)定滿足GB16171-2012內(nèi)最新排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，后續(xù)中水回收系統(tǒng)還應(yīng)起到很好的節(jié)能減排的作用和效果。
設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)見表1。
2、廢水組合處理系統(tǒng)
綜合蒸氨廢水實(shí)際水質(zhì)及水中污染物特點(diǎn)，采用隔油反應(yīng)池+AS強(qiáng)化處理系統(tǒng)+A/O處理系統(tǒng)+BDS總氮脫除系統(tǒng)+HOK生物流化床系統(tǒng)+OAT深度處理系統(tǒng)+新型組合PMUF/LERO中水回用處理系統(tǒng)的組合處理工藝，其流程如圖1所示。
2.1 預(yù)處理工藝段
2.1.1 隔油池
一、二兩期蒸氨廢水通過配水槽進(jìn)入矩形平流隔油池。隔油池內(nèi)設(shè)有由刮油機(jī)帶動(dòng)的刮油板，可將隔油池表面浮油刮至油槽中，再經(jīng)重力作用匯入儲(chǔ)油池內(nèi)，定期外運(yùn)。隔油池內(nèi)沉淀下來的重油及其他雜質(zhì)由重力作用積聚在池底重油斗中，重油斗連通排油管及排油閥，可定期排油并收集。
2.1.2 調(diào)節(jié)池
經(jīng)除油后的蒸氨廢水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池內(nèi)，利用調(diào)節(jié)池的有效池容積對(duì)廢水起到調(diào)節(jié)水量的作用。調(diào)節(jié)池同時(shí)也接收焦化廠區(qū)內(nèi)低濃度的清洗水、雨水、地溝水及生化污泥分離水，上述污水的匯入即是對(duì)蒸氨廢水的稀釋，并通過池內(nèi)的曝氣裝置對(duì)以上廢水進(jìn)行混合、調(diào)節(jié)廢水水質(zhì)，有利于降低后續(xù)生化處理系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。
2.1.3 AS強(qiáng)化處理系統(tǒng)
調(diào)節(jié)池25%~30%出水流入缺氧集水井內(nèi)，其余出水全部進(jìn)入AS強(qiáng)化處理系統(tǒng)。AS強(qiáng)化處理系統(tǒng)設(shè)有兩系，每系又包含兩個(gè)連續(xù)AS池、一個(gè)AS分離池?？刂?/span>AS池的曝氣強(qiáng)度，使DO（溶解氧）質(zhì)量濃度保持在2~3mg/L、SV30控制在5%左右的狀態(tài)，在培養(yǎng)出針對(duì)高濃度蒸氨廢水的好氧菌的同時(shí)，還能去除掉大部分對(duì)硝化菌存在毒害的氰化物、硫氰酸鹽及揮發(fā)酚等物質(zhì)。AS池內(nèi)的好氧菌群在降解CODCr的同時(shí)將大部分有機(jī)氮及含氮的類無機(jī)鹽進(jìn)行氨化，保障后段雙系A/O系統(tǒng)反硝化脫氮更加完全，提高了整個(gè)系統(tǒng)的脫氮效率。
經(jīng)AS池處理后的廢水自流至AS分離池進(jìn)行泥水分離，AS分離池出水自流至A/O段缺氧池，大部分污泥回流至AS池進(jìn)水端作為菌種補(bǔ)充，回流污泥體積比控制在80%~90%，剩余污泥排入污泥濃縮池。此外，可定期向AS強(qiáng)化處理系統(tǒng)內(nèi)排入適量二沉池活性污泥，以此保持AS池內(nèi)的污泥活性。
2.2 生化處理工藝段
2.2.1 A/O系統(tǒng)
A/O系統(tǒng)設(shè)有雙系，每系均由缺氧池、好氧池、二沉池組成。每系好氧池均由3個(gè)平行廊道串聯(lián)筑成，廢水在好氧池中呈“S型”流動(dòng)。為使得各構(gòu)筑物內(nèi)泥水混合液保持勻質(zhì)狀態(tài)，在缺氧池內(nèi)采用水下推流器攪拌、好氧池內(nèi)采用風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣。缺氧池DO質(zhì)量濃度控制在0.6mg/L以下，pH控制在7.5~8.0;好氧池第一、二、三廊道DO質(zhì)量濃度依次保持在2~4、3~5、4~5mg/L，各廊道SV30控制在15%~25%范圍以內(nèi)，特別的，第三廊道MLSS濃度為2.5~4.5g/L好氧池內(nèi)pH應(yīng)維持在7~8以內(nèi)。廢水的脫氮過程中，整個(gè)水體中有近半量堿度被消耗。為保證硝化過程中pH值保持中性或微堿性，好氧池內(nèi)要加入一定量的堿液。考慮到運(yùn)行成本、水體堿度過高會(huì)對(duì)后續(xù)中水回用系統(tǒng)的運(yùn)行造成負(fù)面影響，因此在保證A/O系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，應(yīng)盡量減少堿使用量。
A/O系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有缺氧池與好氧池之間的硝化液內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，硝化液回流體積比控制在180%~220%。好氧池泥水混合液自流進(jìn)入二沉池，并實(shí)現(xiàn)泥水分離，產(chǎn)生的污泥大部分通過污泥提升泵回流至缺氧池進(jìn)水端，回流體積比控制在70%~80%，剩余污泥排入污泥濃縮池;二沉池上清液經(jīng)泵提升至BDS總氮脫除系統(tǒng)。
2.2.2 BDS總氮脫除系統(tǒng)
該系統(tǒng)也設(shè)雙系，對(duì)接前端兩系的A/O系統(tǒng)。BDS總氮脫除系統(tǒng)包含BDS脫氮池、BDS沉淀池。通過接種特種菌種，將好氧處理后難降解的有機(jī)物通過微生物進(jìn)行再處理，同時(shí)將含氮物質(zhì)氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽后進(jìn)一步脫氮。并通過補(bǔ)充生物營(yíng)養(yǎng)劑馴化出專有的反硝化菌種，將混合回流中的NO2--N和NO3--N轉(zhuǎn)化為N2逸出，從而達(dá)到系統(tǒng)化脫總氮的目的。
BDS脫氮池混合液通過BDS沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清水進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng);被分離沉淀的活性污泥作為硝化液回流進(jìn)入BDS脫氮池進(jìn)行循環(huán)脫氮處理。
2.3 深度處理工藝段
2.3.1 HOK生物流化床系統(tǒng)
BDS沉淀池上清液自溢流入HOK生物流化床系統(tǒng)。本系統(tǒng)分為由進(jìn)水艙和出水艙構(gòu)成的長(zhǎng)方形槽體、氣動(dòng)反應(yīng)室及混凝沉淀池。廢水通過布水組件進(jìn)入進(jìn)水艙，并與主體為凈水劑-Ⅱ（硅藻精粉、生物微米碳等）的生物載體接觸，此時(shí)廢水中的微生物會(huì)附著在生物載體上并進(jìn)入出水艙;在出水艙內(nèi)，廢水和其中的生物填料接觸，使得廢水中的難降解有機(jī)物被生物填料中的微生物高密度吸附、氧化分解并部分轉(zhuǎn)化為新的生物膜，而生物膜直接受到魚刺式曝氣組件向上噴射的氣流攪動(dòng)，加速了生物膜的更新，使其保持較高活性，從而廢水得到凈化。此時(shí)DO質(zhì)量濃度控制在2~3mg/L。
廢水經(jīng)出水艙后進(jìn)入氣動(dòng)反應(yīng)室。反應(yīng)室底部設(shè)有曝氣攪拌裝置，上部存在助凝劑添加管道。經(jīng)處理后的廢水在此加入2~3ppm的陰離子聚丙烯酰胺使水中微小絮體、顆粒等快速結(jié)絮，為進(jìn)入混凝沉淀池做準(zhǔn)備。經(jīng)助凝處理的混合液在混凝沉淀池內(nèi)得到高效分離，沉降污泥部分回流至進(jìn)水艙進(jìn)水端，其余泵入板框式壓濾機(jī)脫水處理，壓濾后干泥拉至配煤進(jìn)行焚燒。
2.3.2 多介質(zhì)過濾器、OAT深度處理系統(tǒng)
經(jīng)混凝沉淀處理后的清水進(jìn)入清水池暫存，并由泵提升至多介質(zhì)過濾器進(jìn)一步去除懸浮物，而后進(jìn)入OAT深度處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由臭氧氧化系統(tǒng)、紫外線破壞系統(tǒng)、高效斜板澄清池組成。每方清水臭氧投加量控制在20~30g，可使其COD降低15~20mg/L。臭氧還能對(duì)清水進(jìn)行消毒、部分去除水中金屬離子并使清水脫色。經(jīng)過臭氧充分處理后的清水流經(jīng)去除水中殘留臭氧的紫外線破壞系統(tǒng)，最后流進(jìn)高效斜板澄清池內(nèi)，上清液去原水池中。OAT深度處理系統(tǒng)排出的含臭氧尾氣經(jīng)配套臭氧破壞裝置處理合格后排出系統(tǒng)。
2.3.3 組合PMUF/LERO中水回用系統(tǒng)
原水由泵提升進(jìn)入PMUF池，利用超濾膜去除水中的大分子有機(jī)物、懸浮物、膠體、細(xì)菌等雜質(zhì)，滿足反滲透裝置的進(jìn)水水質(zhì)要求。超濾進(jìn)水需投加次氯酸鈉（質(zhì)量濃度10%）以起到殺菌、延緩膜污堵等作用，次氯酸鈉投加量控制在3~5ppm。
超濾出水進(jìn)入超濾產(chǎn)水池，經(jīng)給水泵泵入LERO系統(tǒng)。經(jīng)反滲透裝置前保安過濾器截留大于5μm的膠體、顆粒等雜質(zhì)后，由高壓泵加壓送入反滲透膜系統(tǒng)，經(jīng)過反滲透膜系統(tǒng)的加壓逆滲透，水中TDS（總?cè)芙庑怨腆w）、硬度、硫酸根、氯離子等均被去除95%以上，進(jìn)水回收率保持70%以上。LERO系統(tǒng)產(chǎn)水進(jìn)入回用清水池，用作化產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)、電廠用水系統(tǒng)補(bǔ)水;濃水進(jìn)入熄焦系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水。
3、主要構(gòu)筑物及設(shè)備選型
3.1 預(yù)處理工藝段
隔油池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸20m×4m×7m，有效容積1040m3，水力停留時(shí)間（HRT）9.0h。內(nèi)設(shè)刮油機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)功率3.0kW。
調(diào)節(jié)池。1座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸20m×7m×7m，有效容積910m3，HRT為7.9h。內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，單臺(tái)功率3.5kW。
事故池。1座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸20m×5m×7m，有效容積660m3。
AS池。4座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸12m×12m×7.5m，有效容積4032m3，HRT為26.6h。內(nèi)部曝氣系統(tǒng)采用懸插式微孔曝氣。
AS分離池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸Φ12m×4.5m，有效容積905m3，HRT為5.9h。池內(nèi)設(shè)中間傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)功率0.45kW。
3.2 生化處理工藝段
缺氧池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸28m×7m×7m，有效容積2548m3，HRT為22.2h。內(nèi)部設(shè)潛流式推流器2套，單臺(tái)功率3.5kW。
好氧池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸21m×21m×7m，有效容積5733m3，HRT為49.8h。曝氣系統(tǒng)采用懸插式微孔曝氣。設(shè)鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)功率145kW。
二沉池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸Φ13m×4m，有效容積929m3，HRT為5.3h。池內(nèi)設(shè)中間傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)功率0.45kW。
BDS脫氮池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸24m×12m×7m，有效容積3744m3，HRT為25.4h。采用微孔管曝氣系統(tǒng)。
BDS沉淀池。2座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸Φ12m×4.5m，有效容積905m3，HRT為5.0h。池內(nèi)設(shè)中間傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)功率0.35kW。
3.3 深度處理工藝段
HOK生物流化床。1座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸21m×6m×6.3m，有效容積755m3，HRT為4.3h。內(nèi)設(shè)魚刺式曝氣系統(tǒng)及圓盤微孔曝氣攪拌系統(tǒng)。
混凝沉淀池。1座，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸Φ22m×4m，有效容積1406m3，HRT為7.2h。池內(nèi)設(shè)中間傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)，單臺(tái)功率0.45kW。
PMUF膜池。3座，2用1備，鋼筋?o結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸9m×5m×4.5m，有效容積570m3。每座內(nèi)設(shè)中空超濾膜3件，共計(jì)9件，膜箱為316不銹鋼材質(zhì)。
LERO系統(tǒng)。3套，2用1備。單套產(chǎn)水量為67.5m3/h（按75%回收率計(jì)），3套共計(jì)202.5m3/h。
4、系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)況
4.1 廢水處理效果
在此工程完成施工及調(diào)試后，該水處理廠便投入正常運(yùn)行。在此條件下，對(duì)其運(yùn)行過程中的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了為期一個(gè)月的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均值如表2所示。系統(tǒng)工藝中主要污染物COD、NH3-N、揮發(fā)酚、氰化物的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖2。
結(jié)果表明蒸氨廢水經(jīng)預(yù)處理、生化處理及HOK生物流化床系統(tǒng)后，出水水質(zhì)即優(yōu)于《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171-2012）中的新建企業(yè)水污染排放濃度限值直接排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)OAT深度處理系統(tǒng)及新型組合PMUF/LERO中水回用系統(tǒng)處理后的產(chǎn)水完全滿足廠區(qū)化產(chǎn)循環(huán)水及電廠冷卻水的水質(zhì)要求。
4.2 工程投資、運(yùn)行費(fèi)用
4.2.1 工程投資
項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理量為150m3/h，總投資3745萬元。
4.2.2 運(yùn)行費(fèi)用
蒸氨廢水處理難度常高于其他類別化工廢水，包括電耗、藥劑消耗、人工開支及其他維護(hù)雜費(fèi)的運(yùn)行成本也普遍較高。
本項(xiàng)目總裝機(jī)功率為1074.85kW，運(yùn)行功率為833kW，以電費(fèi)單價(jià)0.6元/（kW?h）計(jì)，噸水電費(fèi)3.26元。
藥劑包括次氯酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、生物營(yíng)養(yǎng)劑、磷酸鹽、鹽酸、還原劑、阻垢劑、非氧化性殺菌劑、檸檬酸等在內(nèi)的噸水消耗費(fèi)用為5.43元。
噸水人工費(fèi)用為0.63元。
其他維護(hù)雜費(fèi)噸水約0.12元。
以上各項(xiàng)總計(jì)運(yùn)行成本為9.44元。
5、結(jié)論
綜合蒸氨廢水實(shí)際水質(zhì)及廢水中污染物的特點(diǎn)，采用隔油反應(yīng)池-AS強(qiáng)化處理-A/O工藝-BDS總氮脫除+HOK生物流化床+OAT深度處理+新型組合PMUF/LERO中水回用處理系統(tǒng)的組合處理工藝，處理效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定且優(yōu)于GB16171-2012中新建企業(yè)水污染排放濃度限值直接排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)中水回用系統(tǒng)處理后的產(chǎn)水完全滿足廠區(qū)化產(chǎn)循環(huán)水及電廠冷卻水的水質(zhì)要求。是目前蒸氨廢水處理工藝中較為合理、高效且廉價(jià)的一種。（來源:江蘇鑫林環(huán)保設(shè)備有限公司，帝國理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系）