河北某鋼鐵公司焦化廠為高爐煉鐵生產(chǎn)冶金焦炭，并為軋鋼加熱爐等工序供應(yīng)凈化后的焦?fàn)t煤氣。
在焦?fàn)t煤氣凈化過程中，在回收了苯、焦油、硫銨等化工產(chǎn)品的同時，還產(chǎn)生了一定量的廢水。
該廢水含有高濃度的cod、氨氮、揮發(fā)酚，并含有氰化物、硫氰及硫化物等污染物，以酚、氰污染物為特征，被稱為酚氰廢水。
該廢水水質(zhì)波動大、污染物濃度高且可生化性差，屬于冶金污廢水及煤化工廢水中最難處理的廢水范疇。
對酚氰廢水進(jìn)行有效處理，對于冶金焦化行業(yè)的綠色發(fā)展與區(qū)域的環(huán)境保護(hù)具有突出的價值與意義。
01 工藝設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)
河北某鋼鐵公司焦化廠酚氰廢水處理站設(shè)計進(jìn)水量為150 m3/h，其包括：有壓廢水，其中化產(chǎn)工序蒸氨廢水70 m3/h、焦?fàn)t煤氣水封水30 m3/h；無壓廢水，其中區(qū)域生活污水30 m3/h、區(qū)域降雨初期雨水10 m3/h、其他廢水10 m3/h。
廢水站處理出水水質(zhì)需滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb 16171—2012)中的新建企業(yè)間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表 1。
02 處理工藝選擇
根據(jù)酚氰廢水的水質(zhì)特征，確定采用重力除油+加壓溶氣氣浮+sdn(a/oo+二沉池)+混凝沉淀的核心工藝對其進(jìn)行處理，工藝流程如圖 1所示。
酚氰廢水處理分為3段：
(1)預(yù)處理段，由格柵、隔油沉淀池、調(diào)節(jié)池、事故池及氣浮設(shè)施組成，以去除進(jìn)水中的懸浮物、油及s2-為主要目標(biāo)；
(2)生化處理段，采用sdn工藝(強(qiáng)化硝化、反硝化的a/o工藝)與二沉池結(jié)合，即由缺氧池與兩級好氧池、二沉池組成，通過污泥配比回流，降解廢水中的cod、氨氮、酚、氰等污染物；
(3)深度處理段，設(shè)有混凝沉淀池，去除廢水中的懸浮污泥，兼有一定的脫色、去除cod的效果。廢水站出水全部送往煉鐵沖渣消納，可顯著降低新水的消耗。生化系統(tǒng)的剩余污泥采用污泥濃縮池+帶式壓濾脫水，脫水后的污泥以及分離出的油泥作為原料配煤回焦?fàn)t。
03 工藝原理與流程介紹
3.1 預(yù)處理段
無壓廢水先通過格柵機(jī)械分離大顆粒雜質(zhì)，再經(jīng)泵提升與有壓廢水一起進(jìn)入隔油沉淀池，分離水中的重質(zhì)油，如焦油。
隔油沉淀池內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒和蒸汽加熱裝置，底部設(shè)有旋流泵，可將池底的沉淀油泥抽送至油水分離設(shè)備，分離水送調(diào)節(jié)池，油泥上配煤皮帶送焦?fàn)t煉焦。
隔油沉淀池出水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，均化進(jìn)水水質(zhì)和水量，為后續(xù)處理穩(wěn)定負(fù)荷。
調(diào)節(jié)池出水投加聚合硫酸鐵(pfs)和聚合氯化鋁(pac)后進(jìn)入加壓溶氣氣浮進(jìn)一步除油、除懸浮物。加壓氣浮裝置在0.35~0.4 mpa壓力下送出20~30 m3/h“溶氣水”，“溶氣水”進(jìn)入常壓環(huán)境，釋放出大量微小氣泡，其與進(jìn)水充分混合接觸，并與進(jìn)水中的雜質(zhì)顆粒、油滴黏附，形成密度小于水的泥渣上浮至液面，由刮渣機(jī)刮入渣箱去除。含油浮渣配煤送焦?fàn)t再煉制。氣浮設(shè)施出水含油質(zhì)量濃度＜2.0 mg/l，懸浮物質(zhì)量濃度＜15 mg/l。
3.2 生化處理段
sdn工藝由2部分組成：缺氧反應(yīng)和好氧反應(yīng)。氣浮出水首先進(jìn)入缺氧池，缺氧池控制do≤0.5 mg/l，p＞1.0 mg/l，ph 7~9，水溫25~35 ℃。在此條件下，反硝化菌較為活躍，其以廢水中的有機(jī)物作為反硝化碳源和能源，以酚等有機(jī)物作為電子供體，將回流混合液中的no2-和no3-還原成氣態(tài)氮化物(n2、n2o)逸散至大氣實(shí)現(xiàn)脫氮。
廢水中的部分有機(jī)物隨著反硝化得到降解，減輕了后續(xù)好氧段cod負(fù)荷。該過程產(chǎn)生的堿度可部分彌補(bǔ)后續(xù)好氧硝化過程中堿度的消耗，減少好氧池的堿(na3po4)補(bǔ)充量。
反硝化出水流經(jīng)兩級好氧池，好氧池采用硅橡膠膜管式曝氣器充氧，保持好氧池do在3.0~5.5 mg/l，沿出水方向漸減曝氣，以節(jié)約動力消耗。
池內(nèi)污泥負(fù)荷為0.1~0.2 kg/(kg·d)(即單位質(zhì)量活性污泥在單位時間內(nèi)所承受的cod質(zhì)量)，mlss為3.5~4.5 g/l，借助好氧菌的吸附與硝化能力，水中cod與氨氮顯著降低。
好氧池出水(混合液)部分回流到缺氧池，回流比200%~300%，為反硝化提供電子受體(no2-和no3-)，以去除硝態(tài)氮。
其余出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，二沉池設(shè)置污泥回流，分別回流至缺氧池與好氧池，以維持系統(tǒng)污泥濃度。回流污泥含水率99.2%~99.6%，回流比100%~150%，污泥停留時間在20~35 d。
3.3 深度處理段
為進(jìn)一步改善出水水質(zhì)，二沉池出水進(jìn)入混凝沉淀池對殘余懸浮物進(jìn)行強(qiáng)化去除，同時進(jìn)一步降低出水cod與色度。
3.4 污泥處理段
二沉池產(chǎn)生的剩余污泥和混凝沉淀池產(chǎn)生的化學(xué)污泥的含水率在99.5%左右，先一起進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行泥水分離，上清液回調(diào)節(jié)池；濃縮后污泥含水率在95%左右，投加聚丙烯酰胺(pam)后送入帶式壓濾機(jī)脫水。污泥脫出水回調(diào)節(jié)池，脫水泥餅的含水率在40%~60%，其中含有大量有機(jī)物，送至煤場配煤入焦?fàn)t再煉制。
3.5 事故處理段
鑒于酚氰廢水來水波動大以及污染物濃度高、難降解的特征，設(shè)置了1座2格事故水池，用于收集、存儲超標(biāo)來水與不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)水，減緩廢水處理站的負(fù)荷沖擊，保持穩(wěn)定的處理與產(chǎn)水達(dá)標(biāo)。
04 主要構(gòu)筑物參數(shù)
酚氰廢水處理站主要構(gòu)筑物參數(shù)如表 2所示。
05 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行
酚氰廢水處理站建成后開始系統(tǒng)調(diào)試，經(jīng)設(shè)備調(diào)試(單機(jī)調(diào)試)、清水聯(lián)動調(diào)試后，進(jìn)行負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試，啟動生化系統(tǒng)。具體過程如下：
污泥接種前，將池內(nèi)廢水量保持在1/3~1/2液位。投菌接種，缺氧池間斷曝氣，控制do≤0.5 mg/l，好氧池連續(xù)曝氣，控制do≥2 mg/l。
為減少接種污泥流失，先采用悶曝方式，保持好氧池do為2~4 mg/l，每天對廢水cod等指標(biāo)進(jìn)行檢測，觀察廢水生物相，以判斷悶曝進(jìn)程。當(dāng)廢水中各污染指標(biāo)出現(xiàn)明顯下降時，進(jìn)行換水，并補(bǔ)充營養(yǎng)劑。首次換水量控制在池容的15%，隨后根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)整換水量，以保證池內(nèi)活性污泥結(jié)構(gòu)及生物相的穩(wěn)定。
當(dāng)污泥活性恢復(fù)形成較大的絮凝顆粒，同時每次換水10 h后cod去除率高于40%時，進(jìn)入低負(fù)荷聯(lián)動馴化階段。
低負(fù)荷聯(lián)動馴化期間出水水質(zhì)不穩(wěn)定，廢水中營養(yǎng)物質(zhì)相對充分，微生物迅速增殖。在初期，進(jìn)水負(fù)荷控制為設(shè)計負(fù)荷的20%，連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)微生物適應(yīng)性良好，cod去除率穩(wěn)定高于50%時，可逐步提高進(jìn)水負(fù)荷。
提負(fù)荷馴化過程中活性污泥量連續(xù)增長，cod去除率穩(wěn)定。提負(fù)荷階段，根據(jù)具體情況，將生產(chǎn)負(fù)荷按階段提高到100%。
廢水處理系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計負(fù)荷運(yùn)行時，活性污泥菌膠團(tuán)成熟，原生動物和后生動物出現(xiàn)并能活躍生存，活性污泥絮凝沉淀良好，sv在20%以上，生化處理單元具有較高的cod去除率，出水清澈，此時，微生物的培養(yǎng)和馴化結(jié)束，全系統(tǒng)可正常運(yùn)行。
06 問題與討論
(1) 實(shí)際運(yùn)行中，廢水水量一般在50 m3/h左右，但在廢水處理站投運(yùn)初期，曾連續(xù)幾天來水量超過70 m3/h，超過日常處理量的44%。由于廢水污染物的高濃度特征，水量增加導(dǎo)致了處理負(fù)荷的顯著波動，帶來產(chǎn)水超標(biāo)風(fēng)險。
針對此問題，解決方案有2個：一是將超量來水引入事故水池，根據(jù)出水水質(zhì)檢測結(jié)果緩慢提高處理水量，消納事故水池中的存水；二是來水全部進(jìn)系統(tǒng)處理，產(chǎn)水超標(biāo)后將超標(biāo)水送回事故水池，重復(fù)處理，直至出水達(dá)標(biāo)。為避免超量進(jìn)水對生物系統(tǒng)造成不可逆的沖擊，決定采用第1個方案，事故水池接納超量進(jìn)水，廢水站每24 h增加3~5 m3進(jìn)水，增加水質(zhì)檢測頻次，特別是排泥量的調(diào)整，以保證系統(tǒng)的負(fù)荷平衡。經(jīng)過上述措施，廢水站出水逐步穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
(2) 上游的煉焦工序、化產(chǎn)回收工序的原料配比與工藝參數(shù)的改變對酚氰廢水站進(jìn)水水質(zhì)波動的影響顯著，其中以蒸氨廢水水質(zhì)波動最為突出。實(shí)際運(yùn)行中調(diào)節(jié)池進(jìn)水cod最高達(dá)到6 500 mg/l、氨氮最高達(dá)200 mg/l，超出了廢水站的設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)。針對此情況，廢水處理站及時降低進(jìn)水水量，將多余廢水適量引入事故池，同時盡快調(diào)整上游配煤與回收的工藝參數(shù)，在增加水質(zhì)檢測頻次、穩(wěn)定進(jìn)水水質(zhì)基礎(chǔ)上，逐步恢復(fù)正常的處理水量，并消納富余廢水，以實(shí)現(xiàn)在進(jìn)水水質(zhì)波動情況下的出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
(3) 廢水處理站污泥接種馴化期間，系統(tǒng)間歇排泥，但排泥量偏少，造成管道淤積堵塞，從而影響排泥。為疏通管道，接引高壓水反沖淤塞，同時為廢水站所有的污泥管路增加高壓水沖洗。在污泥管路停運(yùn)前后進(jìn)行徹底沖洗清理，以保證管路不堵塞。
(4) 廢水站運(yùn)行初期，好氧池表面泡沫較多，蔓延到池邊的走道板上，影響了巡檢與檢修；同時，混有泡沫的混合液進(jìn)入二沉池，在二沉池表面形成浮渣，影響了二沉池出水水質(zhì)。為控制好氧池泡沫，調(diào)整消泡水的噴灑面積，適當(dāng)投配消泡劑，同時調(diào)整氣浮的運(yùn)行，增大氣浮的回流比和投藥量，提高除油效果。通過上述措施，好氧池泡沫問題得到改善。
07 運(yùn)行效果與經(jīng)濟(jì)分析
酚氰廢水處理站正常投運(yùn)后，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，其出水水質(zhì)如表 3所示。
酚氰廢水處理站處理系統(tǒng)總裝機(jī)功率1 300 kw，運(yùn)行功率約900~1 000 kw。水處理成本主要包括：運(yùn)行耗電費(fèi)3.5元/m3，水/蒸汽消耗費(fèi)1.0元/m3，藥劑消耗費(fèi)1.5元/m3，設(shè)備維護(hù)費(fèi)1.0元/m3，水質(zhì)化驗(yàn)檢測費(fèi)0.5元/m3，以及包括人工等其他雜費(fèi)1.5元/m3，合計噸水處理成本約9.0元/m3。
08 建議與結(jié)論
(1) 酚氰廢水水質(zhì)、水量的波動與上游煤氣精制工序的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，穩(wěn)定上游工序運(yùn)行狀態(tài)、穩(wěn)定來水水質(zhì)及水量是廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行與產(chǎn)水達(dá)標(biāo)的先決條件。
(2) 本項(xiàng)目在設(shè)計規(guī)范內(nèi)盡量增大水處理構(gòu)筑物的容積，以保證水力停留時間的相對富余；同時在異常狀況下，及時投運(yùn)事故池，避免系統(tǒng)超標(biāo)超量進(jìn)水，這對于酚氰廢水的長期穩(wěn)定、高效處理十分有利。
(3) 廢水處理站的運(yùn)行調(diào)控需要及時準(zhǔn)確的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，因此必須重視對各工藝段進(jìn)出水水質(zhì)的檢測，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。
(4) 生化系統(tǒng)的污泥濃度、污泥沉降比、溶解氧濃度是生化系統(tǒng)的重要控制指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上通過改變污泥回流比和剩余污泥的排放量，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，并隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，在季節(jié)、工況發(fā)生改變時，仍能實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
(5) 工藝流程中各環(huán)節(jié)的設(shè)計處理負(fù)荷不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，在達(dá)標(biāo)排水的基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝運(yùn)行，降低運(yùn)行成本。
來源：北極星水處理網(wǎng)
