李亞峰，蘇　雷，劉濟嘉

（沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽110168）

物化-生化組合工藝處理焦化廢水的工程實例

李亞峰，蘇雷，劉濟嘉

（沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽110168）

以北方某煤化工有限公司污水處理廠工程為例，介紹氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF三級處理工藝對焦化廢水的處理效果及工藝參數(shù)。運行結(jié)果表明：氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF三級處理工藝具有較好的處理效果，當(dāng)進(jìn)水COD、油類、酚、NH3-N、氰化物質(zhì)量濃度分別為1 300、670、200、150、10 mg/L時，出水COD、油類、酚、NH3-N、氰化物質(zhì)量濃度分別為100、5、0.5、15、0.5 mg/L，出水水質(zhì)均滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的二類一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

焦化廢水；A2/O；氧化絮凝；物化-生化組合工藝

焦化廢水是一種典型的難降解工業(yè)廢水〔1〕，是煤在高溫干餾、煤氣凈化和副產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的廢水，除含有高濃度難降解的有機污染物外，不但含有如酚類、吡啶、喹啉、多環(huán)芳烴（PAHs）等有機污染物，還含有氨、氰化物、硫氰化物等無機污染物。隨著我國重工業(yè)的快速發(fā)展，煤化工企業(yè)受到國家的高度重視。在經(jīng)濟發(fā)展的同時，也更加關(guān)注工業(yè)廢水的排放問題。目前傳統(tǒng)活性污泥法、生物濾池法已不能滿足我國“十二五”規(guī)劃污染減排政策的嚴(yán)格要求。

北方某煤化工有限公司，焦炭年生產(chǎn)能力為75萬t，甲醇年生產(chǎn)能力為2.8萬t，硫銨年生產(chǎn)能力為0.8萬t，合成氨年生產(chǎn)能力為12.5萬t。該公司建設(shè)了采用氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF三級處理工藝的污水廠處理其所排焦化廢水。該污水廠投產(chǎn)運行幾年來，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1　水量與水質(zhì)

1.1水量

該廠焦化廢水主要為焦化剩余氨水、含酚廢水、甲醇廢水、大機油水，排放量分別為35、115、80、20 m3/h，設(shè)計處理量為250 m3/h。其中比例最大的焦化廢水組分復(fù)雜、氨氮量高、油類多、有機物含量高且可生化性差，屬于難生物降解的高濃度有機廢水。

1.2進(jìn)出水水質(zhì)

污水水質(zhì)指標(biāo)為COD、SS、油類、揮發(fā)酚、氨氮、氰化物和其余微量污染物等。設(shè)計出水水質(zhì)應(yīng)滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的二類一級排放標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1　　進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)

2　工藝流程

根據(jù)該焦化廢水水質(zhì)復(fù)雜性、有機污染物和油類含量高等特點，確定氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF的深度處理工藝〔2〕，具體工藝流程如圖1所示。

圖1　　工藝流程

由圖1可見，由于35 m3/h的焦化剩余氨水氨氮含量較高，首先進(jìn)入脫氨塔去除大部分氨氮后再進(jìn)入調(diào)節(jié)池，氨氮的去除提高了預(yù)處理工藝的工作效率，使后序處理的混合污水中的氨氮含量明顯減少，降低了總體投資。隨后同其余原水一起進(jìn)入調(diào)節(jié)池，均質(zhì)均量。調(diào)節(jié)池水由提升泵打入隔油池，去除較大的油珠和相對密度大于1.0的雜質(zhì)。經(jīng)隔油后廢水進(jìn)入溶氣氣浮池，通過投加破乳劑、混凝劑和助凝劑將乳化油破乳，去除廢水中溶解油、乳化油等油分，另外也去除相對密度小于1.0懸浮物、膠體等雜質(zhì)，水中的COD含量也有減少。自流入?yún)捬醭乇患嫘院醚跷⑸镂场?〕，通過發(fā)酵作用去除水中難降解有機物并改善廢水水質(zhì)的可生化性，DO小于0.1 mg/L也可進(jìn)行部分反硝化作用。之后流進(jìn)缺氧池，使酸化后的廢水進(jìn)一步水解，通過反硝化菌還原反應(yīng)將硝化混合液中的NO3--N與NO2--N轉(zhuǎn)化為N2。缺氧池出水自流至好氧池，溶解性有機污染物被好氧微生物吸食，1/3被微生物吸收增殖，2/3以能量的形式釋放，供給微生物運動。通過投加適量Na2CO3，補充堿度滿足微生物營養(yǎng)比。從而使活性污泥能夠充分吸收營養(yǎng)物，氧化分解，廢水得到凈化。凈化廢水需經(jīng)過二沉池把活性污泥與處理后廢水分離，經(jīng)沉淀處理后的水再經(jīng)過氧化—混凝—分離組合裝置進(jìn)一步處理。在一定溫度下，投加復(fù)合氧化劑，使廢水中大分子難降解有機物變成易降解小分子物質(zhì)，提高微生物的B/C，將廢水中自由沉淀難以去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒去除，還降低廢水的濁度和色度。經(jīng)氧化段出水進(jìn)入混凝分離段，投加藥劑絮凝沉淀分離二沉池沒有分離的懸浮顆粒物。之后出水進(jìn)入BAF生物濾池，自下向上流動，廢水與填料接觸，微生物吸附于填料上，水中有機物被微生物吸食氧化分解，另有過濾效果。廢水得到凈化后進(jìn)入監(jiān)測池即可達(dá)標(biāo)排放。

3　主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

（1）平流隔油池。鋼砼結(jié)構(gòu)，2座，每座尺寸12 m× 1.8 m×5.3 m，有效水深5 m，停留時間為4.3 h；斜板隔油池。鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸5.0 m×1.8 m×4.3 m，有效水深4 m，停留時間為1.4 h。設(shè)碳鋼防腐液面除油裝置 4套，DN 700 mm×1 800 mm；罐底安裝蛇形加熱管的碳鋼防腐污油罐2臺，DN 4 200 mm× 5 717 mm。廢水中含油成分較為復(fù)雜，去除油脂采用兩級隔油處理的工藝，其優(yōu)點是可以分離焦油及浮油，最大限度去除水中的浮油、乳化油及重油等油脂。

（2）氣浮池。鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸12 m×1.8 m× 2.8 m，有效水深2.5 m，停留時間1.7 h。設(shè)碳鋼防腐壓力容器罐1臺，DN 1 800 mm×5 840 mm；溶氣水泵，2臺，Q=100 m3/h，H=55 m，n=2 900 r/min，N= 55 kW。對于水中的溶解油、乳化油類，采用溶氣氣浮的方式，通過投加絮凝劑、助凝劑對乳化油進(jìn)行破乳，對原水中的殘油進(jìn)一步去除。溶氣氣浮可去除懸浮物、膠體等物質(zhì)。

（3）A2/O生化池。厭氧反應(yīng)池，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸27.7 m×25.8 m×5.8 m，有效水深5.5 m，停留時間7.1 h；缺氧池，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸54.6 m×25.8 m× 5.3 m，有效水深 5 m，停留時間 5.0 h，工作水量1 415 t/h；推流曝氣池，鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸40 m× 3.8 m×5.1 m，有效水深4.8 m，停留時間6.0 h，工作水量1 215 t/h。設(shè)硝化液回流泵2臺，Q=300 m/h，H= 7 m，n=2 900 r/min，N=15 kW；污泥回流泵2臺，Q= 300 m/h，H=11 m，n=2 900 r/min，N=22 kW；離心鼓風(fēng)機1臺，Q=45 m3/min，P=68 kPa，N=22 kW。由于原水氨氮含量較高，采用A2/O的處理工藝，即厭氧—缺氧—好氧。在保證COD的去除效果的同時，通過污泥回流、硝化液回流，使氧化形成的硝酸氮，回流至厭氧池后，通過反硝化菌生成氮氣，從水中分離出來，增加了對廢水的脫氮處理效果，保證廢水處理后氨氮達(dá)標(biāo)排放。

（4）二沉池。鋼砼結(jié)構(gòu)，2座，規(guī)格為DN 20 m× 6 m，有效水深3.7 m，停留時間1.8 h，工作水量1 365 m3/h；每池設(shè)周邊轉(zhuǎn)動刮泥機1臺，L=10 mm，N= 1.5 kW，碳鋼防腐。

（5）氧化絮凝池。該方法是高級氧化和混凝絮凝工藝的聯(lián)用，設(shè)有氧化反應(yīng)段、混凝段和分離段，通過藥劑的投加在時間和空間上分步驟對污染物具有針對性的重點去除。在A2/O工藝后端，接氧化絮凝工藝，通過投加復(fù)合氧化劑使剩余的大分子難降解物質(zhì)變成易被微生物降解的小分子有機物，調(diào)整廢水的B/C，提高后續(xù)生物處理單元的處理效果，同時去除廢水中自由沉降難以沉淀去除的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，以降低廢水的濁度和色度。

鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸21 m×6 m×5.8m，有效水深4.5 m，停留時間2.3 h。設(shè)不銹鋼臭氧發(fā)生器3套，Q=1 000 g/h；不銹鋼雙氧水儲罐1臺，DN 800 mm× 1 000 mm，配套的H2O2加藥泵2臺，Q=60 L/h，H= 7 m，N=0.18 kW。

（6）BAF池。鋼砼結(jié)構(gòu)，1座，尺寸32 m×21 m× 5.6 m，有效水深5.3 m，停留時間10.8 h。設(shè)碳鋼防腐BAF布水器8臺，DN 7 000 mm×7 000 mm；碳鋼防腐BAF布?xì)馄?臺，DN 7 000 mm×7 000 mm；碳鋼防腐BAF反沖洗布水器8臺，DN 7 000 mm×7 000 mm；碳鋼防腐BAF反沖洗布?xì)馄?臺，DN 7 000 mm× 7 000 mm。設(shè)BAF反沖洗泵2臺，Q=792 m3/h，H= 32.2 m，n=2 900 r/min，N=100 kW；反沖洗回水泵2臺，Q=250 m3/h，H=11 m，n=2 900 r/min，N=15 kW。經(jīng)過前面工序的高級氧化處理，使部分難以生物降解的有機物開環(huán)斷鏈為易于生物降解的小分子有機物，經(jīng)過BAF池的生物氧化分解后得以大量去除，使之成為出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的有力保證。

4　處理效果及運行成本

4.1處理效果

該廠投產(chǎn)運行幾年來，設(shè)備運行穩(wěn)定，出水效果好。對較高濃度COD、高濃度氨氮、高含油量、酚、氰化物、SS均有很好的處理效果。7月1日～15日的運行數(shù)據(jù)如表2所示。2010年6月經(jīng)環(huán)保監(jiān)測部門對出水水質(zhì)監(jiān)測評估，均達(dá)到國家的排放要求。

表2　　廢水處理效果

由表2可見，污水廠出水水質(zhì)指標(biāo)比較穩(wěn)定，出水中pH、COD、SS、油、酚、NH3-N和氰化物等污染物質(zhì)均滿足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2運行成本

電費：總裝機容量為973.08 kW，常用負(fù)荷496.02 kW，按當(dāng)?shù)仉妰r0.43元/（kW·h）計，則每日電費為0.511 9萬元，每噸水耗電費為0.624元。

藥劑費：聚合氯化鋁（PAC）投加量130 g/m3，市場價為0.17萬元/t，噸水費用0.221元；聚丙烯酰胺（PAM）投加量5 g/m3，市場價為1.80萬元/t，噸水費用0.09元；磷酸二氫鈉投加量8 g/m3，市場價為0.18萬元/t，噸水費用0.014 4元；碳酸鈉投加量130 g/m3，市場價為0.21萬元/t，噸水費用0.273元；H2O2投加量20 g/m3，市場價為0.14萬元/t，噸水費用0.028元。噸水藥劑費為0.626元。

人工費：該操作站定員4人，每人每月2 000元工資，折合人工費為0.044元/t。

運行成本費用：污水處理的運行費=電費+藥劑費+人工費=0.624+0.626+0.044=1.294元/t。

5　結(jié)語

采用氣浮—A2/O—氧化絮凝—BAF的三級工藝深度處理焦化廢水，處理效果好，運行成本低，對COD、SS、油、酚、NH3-N、氰化物的平均去除率為94.2%、92.8%、99.1%、99%、91.8%、96.4%，出水水質(zhì)均滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的二類一級排放標(biāo)準(zhǔn)，是目前處理煤焦化廢水較經(jīng)濟合理的深度處理工藝。

［1］韋朝海，賀明和，任源，等.焦化廢水污染特征及其控制過程與策略分析［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，27（7）：1083-1093.

［2］潘碌亭，余波，王文蕾．內(nèi)電解-水解酸化-接觸氧化-氧化絮凝處理印染廢水研究［J］.環(huán)境污染與防治，2011，33（4）：1-6.

［3］魏煒，王天蛟，李爽，等．好氧反硝化菌純種分離及誘變育種［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，29（1）：150-155.

Case study on the physicochemical-biochemical process for the treatment of coking wastewater

Li Yafeng，Su Lei，Liu Jijia
（School of Municipal and Environmental Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China）

Taking the project in the wastewater treatment plant in a Coal Chemical Industry Company，Ltd.in northern China as example，the treatment effect and technical parameters of the combined 3-stage treatment process，air flotation-A2/O-oxidation coagulation-BAF，for treating coking wastewater are introduced.The operation results indicate that this combined process has better treatment effect．When the mass concentration of influent COD，oil，phenol，NH3-N and cyanide are 1 300，670，200，150，10 mg/L，respectively，the mass concentration of effluent COD，oil，phenol，NH3-N and cyanide can be reduced to 100，5，0.5，15，0.5 mg/L，respectively.The effluent water quality can completely meet the requirements specified in ClassⅡlevel of the Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）．

coking wastewater；A2/O；oxidation coagulation；physicochemical-biochemical process

X703.1

A

1005-829X（2016）01-0090-04

李亞峰（1960—），教授，博士。E-mail：yafengli88@sina. com。

2015-11-23（修改稿）