焦化廢水提標改造工程應用

王磊，韓晉科，張紅偉，劉健

焦化廢水提標改造工程應用

王磊1，韓晉科2，張紅偉1，劉健1

（1. 河北省焦爐煤氣綜合利用技術創新中心， 河北 邯鄲 056500； 2. 河北中科朗博環保科技有限公司， 河北 石家莊 050011）

焦化廠隨著干熄焦的投入使用，廢水產生量增加，原有的處理工藝不能滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）間排標準，考慮到場地受限，充分利用現有水處理構筑物的基礎上優化原有的O-A-O生化工藝，并增設定向氧化處理單元對生化出水進行深度處理，運行結果優于GB16171—2012間排標準。詳細介紹了工藝改造方案及主要構筑物的設計參數與工藝特點，為其他類似焦化廢水處理項目升級改造提供一定的借鑒參考。

焦化廢水； 升級改造； 生化； 定向氧化

焦化廢水是一種處理難度較大的工業廢水，其組成成分復雜，含油量高，氨氮波動大，含有大量的揮發酚、多環芳烴、氧硫氮等雜環化合物硫氰化物和氰化物［1］。具有水質變化大、毒性大、難降解有機物含量高、氨氮濃度高等特點［2］。針對焦化廢水特征及水質特點采用“物化預處理+生化處理+強化后處理”工藝較為合理［3］。物化預處理主要去除部分油、硫化物、氰化物、酚類等有毒物質［4］；生化處理系統主要利用微生物對有機物進行消耗降解，技術發展較為成熟［5］。

為滿足工業冷卻循環水補水的標準，實現真正意義“零排放”［6］。需對原有的O-A-O/混凝沉淀處理工藝系統進行升級改造，改造完成后滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）間排標準［7］。

1 工藝工程概況

鑫盛煤化工有限公司水處理項目處理生產酚氰廢水35 m3·h-1，煤氣凈化、焦油粗苯精制以及生活廢水量35 m3·h-1，剩余氨水經過蒸氨工段預處理后排至污水處理站。設計進出水水質見表1。

單從空姐的形象規范來看，現在對空中乘務員的要求就非常嚴格。南方航空湖南分公司客艙部業務室副主任禹蕓告訴記者，空姐的制服要求按著裝標準穿著相應制服，著裝統一、干凈整潔、熨燙挺括；手機不得外露于制服口袋。箱包要求干凈整潔，無破損、無掛飾、擺放整齊。妝容要得體，腮紅口紅相得益彰；指甲顏色限透明色、肉色、淡粉色；不佩戴美瞳。短發長短整齊、左右對稱、后不及領；長發發網式盤發，黑色發卡不超過4枚；劉海不遮眉，無碎發。皮鞋要干凈光亮，無破損。必須佩戴手表，表面直徑不超過35mm，要求時針、分針、60個刻度。著便裝出入辦公場所忌過于暴露，嚴禁穿涼拖、吊帶衣等服裝。

表1 設計進出水水質

原處理工藝采用O-A-O生化主題工藝進行處理，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 焦化廢水原處理工藝流程

2 改造前存在的問題

順便提一句，據說慈禧送給程廷華的那塊“節孝可風”的匾在文革中被查抄，用作農村合作醫療診室的注射床，有人嫌鐫刻凹凸不平的字跡磕著身體，找了個木匠刨子給刨了。

經調研發現，預處理系統隔油池長期運行導致底部重油過度積累，無法正常排出，隔油池僅作為過流裝置使用；調節池在應對高濃度事故廢水時喪失調節均質能力。生化池部分曝氣頭堵塞嚴重，部分填料骨架由于長期受蒸氨廢水的腐蝕，填料塌陷，生化池出水指標偏高。缺氧池布水器底部布水管堵塞，布水管道水量分配不均，出水堰短流現象嚴重，底部局部區域甚至出現厭氧狀態，導致反硝化效率較低。生化后續混凝沉淀系統受反應停留時間以及混凝藥劑的影響無法滿足提標改造技術要求，出水得不到保障。

將4項水資源評價指標權重均設定為0.25，加權平均后可得水資源承載指數為0.22；將3項生態條件與環境質量評價指標權重均設定為0.33，加權平均后得生態條件與環境質量承載指數為0.65。參照省內指標的平均水平，按照弱、較弱、一般、較強、強五級分類方法進行分類評價(表4)。將承載能力為強、較強和一般的判定為可載，承載能力較弱的判定為臨界，承載能力為弱的判定為超載。

原有后處理工藝較單一，混凝反應時間及混凝效果達不到要求，同時考慮可利用場地受限，采用占地面積較少的原位吸附—定向氧化—混凝沉淀耦合處理工藝。針對生物難降解有機污染物，通過原位定向生成納米級表面積大、電中和能力強的低聚合態羥基化合物達到對水中有機物的高效去除。在低聚合態化合物形成過程中，對有機污染物的定向改性，進一步提高低聚態鐵的吸附能力，通過對其特征官能團的破壞而改變其理化性質，從而使得難降解有機污染物因水溶性下降而從水中析出[9]。

3.3.2 中間水池（利舊）

表2 構筑物參數及運行狀況

3 改造工程方案

新增原位吸附反應器2個，串聯運行。通過向二沉出水投加原位吸附劑，靶向吸附混凝沉淀去除二沉池出水中的SS以及分子量較大的有機污染物；結構類型采用鋼結構，內壁做防腐處理，設計尺寸×=3 m×3.5 m，搭載功率3 kW ，BLD12型減速攪拌機2臺，同時配備原位吸附劑、混凝劑溶解攪拌裝置和加藥泵各2臺，二沉出水經原位吸附混凝攪拌后進入三沉池進行沉淀分離。

根據現場工藝構筑物運行參數以及實際運行數據表現如表2所示。

3.1 預處理系統

隔油池和調節池作為利舊考慮，清理隔油池底部積存重油恢復隔油池體功能，減少重油進入生化系統影響曝氣效果；對南北調節池第一廊道底部人孔進行封堵，獨立第一廊道作為事故池，應對高濃度COD及高氨氮蒸氨廢水對生化系統菌群的影響，避免生化系統受到沖擊而導致出水超標的風險；增設事故池管道臥式離心泵2臺，南北各1臺，流量30 m3·h-1，功率4 kW，揚程24 m；調節池可根據指標情況靈活調配高濃度指標蒸氨來水進水量，一方面可控制進水指標過高對生化系統的影響，同時也能避免進水C/N比失衡導致的菌群豐度組成的變化。

3.2 生化系統

3.3.3 定向氧化反應器（新增）

3.3 后處理系統

總的來看，現場存在的問題主要是預處理不徹底，生化系統運行效果差，后續保障系統不健全。

3.3.1 原位吸附反應器（新增）

根據蒸氨廢水來水指標特點結合現場原有構筑物設施運行情況綜合考慮，主要改造內容如下：

胡四一：水是生命之源、生產之要、生態之基。新中國成立以來特別是改革開放以來，水資源開發、利用、配置、節約、保護和管理工作取得積極進展，為經濟社會發展、人民安居樂業作出了重要貢獻。但必須清醒地看到，人多水少、水資源時空分布不均是我國的基本國情和水情，水資源短缺、水污染嚴重、水生態惡化等問題十分突出，已成為制約經濟社會可持續發展的主要瓶頸。

原處理工藝混合反應池作為改造后的中間水池使用，池體底部使用穿孔管惰性氣體進行攪拌，增加配套硫酸投加泵、硫酸亞鐵投加泵、過氧化氫藥劑投加泵、活性炭藥劑投加泵各2臺，惰性氣體進行攪拌能夠減緩亞鐵的氧化，以便在后續定向氧化過程中充分反應；新增在線pH控制器1臺，高報吸合3.4，低報斷開3.2，精確控制硫酸添加量；新增ZXB型耐酸自吸泵3臺，=40 m3·h-1，=16 m，=4 kW，藥劑混合均勻的中間水池出水經耐酸自吸泵送入定向氧化反應器。

更換好氧池底部堵塞嚴重的曝氣頭， 采用Ф215 mm，工作通氣量2 m3·h-1，單個曝氣頭服務面積0.4㎡；清理好氧池內部塌陷的填料，采用阻力小，布水布氣性能好易于掛膜的聚丙烯組合填料進行更換，填料直徑Ф150 mm，間距80 mm，填充高度5 m；掛膜后的生物填料上世代較長、比增值速率較小的硝化菌微生物固體可獲得較長的停留時間，同時較長的微生物食物鏈增加污泥菌群豐度，更有利于COD、氨氮主要污染物的去除，效果明顯優于傳統的活性污泥法。組合填料能夠有效地切削生化池內的曝氣流，在一定程度上能夠減少曝氣量，提高氧利用率；且生化系統產泥量低，運行穩定方便管理［8］。缺氧池南北各兩個廊道，原使用的旋轉式布水器堵塞嚴重，故障頻發，更換維修成本較高，難度大，結合現場實際情況，改用高效脈沖式布水器，每個廊道對角增設兩套低速潛水推流攪拌器=580 mm，=7.5 kW，運行過程中通過缺氧攪拌，為缺氧區提供微氧環境，實現硝態氮及亞硝態氮高效去除。

南北兩系各增設2個定向氧化反應器，內壁做防腐處理，串聯運行，其中1#定向氧化反應器設計直徑為5 m，=5.5 m，停留時間為3 h，2#定向氧化反應器設計直徑為3.5 m，=5.5 m, 停留時間1.5 h，反應器底部中心桶設置穿孔管布水系統，反應器中心桶底部及外部設置穿孔管曝氣器。在1#定向氧化罐中過氧化氫與亞鐵離子產生氧化能力極強的羥基自由基對焦化廢水中難降解有機污染物結構，實現氧化分解有機物降低出水色度[10]。隨著氧化罐反應時間的延長，釋放羥基自由基的同時，亞鐵離子氧化生成三價鐵離子進行水解反應生成吸附能力較強的低聚合度多核羥基絡合物對難降解有機物進行吸附。

定向氧化反應器出水進入混凝反應池，新增鋼結構罐體2個，尺寸設計尺寸×=3 m×3.5 m，配套功率為3 kW ，BLD12型減速攪拌機2臺；氫氧化鈉投加泵2臺，=500 L·h-1，=0.37 kW，出口壓力0.5 MPa；PAM投加泵2臺，=500 L·h-1，=0.55 kW，出口壓力0.5 MPa；投加氫氧化鈉攪拌將pH調制中性，投加PAM混凝攪拌，出水流入四沉池進行沉淀，出水回用排至零排放進行膜處理。改造后廢水處理工藝流見圖2。

圖2 改造后焦化廢水處理工藝流程圖

4 運行效果分析

改造前后水進出水水質監測數據對比分析見表3。

2.4 不同肥料增效劑對玉米農藝性狀的影響 從表3可以看出，各處理穗長在16.70～18.45 cm，各處理間差異不顯著，但施肥處理穗長長于不施肥處理，施用增效劑的處理長于常規施肥的穗長，前3位的穗長處理⑨、處理⑩、處理⑥分別比常規處理增加0.87、0.85、0.82 cm。各處理穗粗在4.9～5.2 cm，各處理間差異不顯著，但多數施肥處理穗粗長于不施肥處理，前2位的穗粗處理⑨、處理⑩較不施肥處理分別增加0.3、0.3 cm。各處理突尖在0.9～2.0 cm，各處理間差異顯著或極顯著，但多數施肥處理突尖短于不施肥處理，前2位的突尖處理⑨、處理⑩較不施肥處理分別減少1.1、1.1 cm。

地鐵區間圍巖主要是卵石-圓礫層，厚約23 m，高鐵盾構隧道上方主要是黏土和雜填土，上方是卵石-圓礫層，圍巖采用服從Mohr-Coulomb屈服準則的彈塑性模型，物理力學指標見表1，在FLAC3D中采用Fish語言按照分層賦予網格參數。深孔注漿效果通過提高圍巖變形模型和黏聚力等值實現。

表3 改造前后水進出水水質監測數據對比分析

5 結論

本次提標改造充分利用原有池體構筑物以及處理設施，新增處理單元以鋼結構為主，改造工期短。O-A-O生化主體處理工藝與高級定向氧化后處理工藝相結合，經混凝沉淀后出水完全滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）的間接排放標準。最終出水指標的降低保證了零排放膜處理的正常運行。廢水的回收處理與綜合利用滿足國家節能減排政策，具有較高的環境和社會效益，同時為其他類似焦化廢水處理項目提標改造具有一定的示范意義。

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Application of Coking Wastewater Upgrading Project

1,2,1,1

（1.Technology Innovation Center of Comprehensive Utilization of Coke Oven Gas of Hebei Province, Handan Hebei 056500, China; 2. Hebei Zhongke Langbo Environmental Protection Technology Co., Shijiazhuang Hebei 050011, China）

With the application of coke dry quenching in coking plant, the amount of wastewater production increases. The original treatment process cannot meet the(GB16171—2012). Considering the limited site, the original O-A-O biochemical process was optimized on the basis of making full use of the existing water treatment structures. Furthermore, directional oxidation treatment unit was added to carry out in-depth treatment of biochemical effluent, and the operation result was better than GB16171—2012 inter-discharge standard. In this paper, the process modification scheme, design parameters of main structures and process characteristics were introduced in detail, which could provide some reference for other similar coking wastewater treatment projects.

Coking wastewater; Upgrading and transformation; Biochemical; Directional oxidation

2021-08-02

王磊（1986-），男，河北省邯鄲市人，工程師，2007年畢業于河北廣播電視大學工商企業管理專業，研究方向：水污染控制技術。

X703.1

A

1004-0935（2021）10-1499-04