DMF-Z AO/OAO/ Fenton 两级生物法处理工业园区内焦化废水

2020-09-03 06:05:28 82

北极星水处理网讯:摘 要: 针对某市工业园区 5 000 m3 / d 焦化废水处理出水水质难以稳定达标的问题,首次采用“前端各厂 AO 预处理—后端园区 OAO + Fenton 深度处理”的工艺模式,极大地提高了系统抗冲击能力,保障工业园区内焦化厂熄焦用水稳定达标。工程调试运行表明活性炭吸附池,两级生物处理模式解决了焦化废水生物系统易冲击问题,最终出水 COD、NH4+- N、TN 分别降至 20 ~ 30、< 2、< 10 mg /L,去除率分别高达 99% 、98% 、95% 。同时,出水 COD、NH +4 - N、TN、TP、氰化物、硫化物、挥发酚、油类均优于《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 直排标准,并达到膜前标准,为焦化废水零排放奠定了基础。

关键词: 焦化废水; 两级生物处理; 硝化反硝化; 抗冲击能力

焦化废水是一种典型的有毒/难降解工业废水,是煤在高温干馏、煤气净化和副产品回收和精制过程中产生的,除含有高浓度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等无机污染物外,还含有酚类、吡啶、喹啉、多环芳烃( PAHs) 等有机污染物[1 - 2]。目前,工程中焦化废水 处 理 工 艺 主 要 有 AO[3]、AO - 接触氧化、OAO[4]、AOAO[5]等。金涛等[6]通过工程改造表明,采用 AO 工艺处理焦化废水,COD 和 NH4+- N 去除率分别达到 94. 7% 和 97% 。李欢等[7]采用 AOO 工艺处理焦化废水,出水 NH4+- N 降至 5 mg /L 以下,COD 及 TN 去除效果较差。因受煤质、炉顶温度和蒸氨工艺影响,焦化废水水质水量极不稳定,生化处理易受冲击,导致熄焦水无法长期稳定达标,大量有毒有害污染物随着熄焦过程排放到大气环境。某焦化工业园区 5 000 m3 / d 污水集中处理项目,首次提出“前端各厂 AO 预处理—后端园区 OAO + 深度处理”模式,具有较强的抗冲击负荷能力,彻底解决了工业园区内 5 家焦化厂熄焦水稳定达标问题,为焦化废水零排放奠定基础。

1 工程概况

某市工业园区内现有 5 家焦炭生产企业,设计年产焦炭 550 × 104 t,每年排放近 200 × 104 m3 高浓度含酚、含硫氰化物、含氮的焦化废水。5 家焦化厂生产废水污水厂已建成,因水量波动及管理等问题,出水水质无法达到国家相关标准( 见表 1) ,故统一建设园区污水处理厂。

2 工程设计方案

2. 1 设计水量和水质

工程设计规模为 5 000 m3 / d,主要用于集中处理预处理后的焦化废水。依据《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 直排标准,设计进、出水水质见表 2。

2. 2 工艺流程

采用两级处理模式,前端各厂预处理后废水排入园区污水处理厂进行深度处理,工艺流程如图 1所示。各焦化厂原水经前端生化预处理,进入园区调节池,经一级好氧处理去除部分 COD 及氨氮,出水进入缺氧池反硝化脱除总氮,由调节池分流部分进入缺氧或投加适量葡萄糖提供反硝化碳源,再经二级好氧进一步脱除残留污染物。残留难生物降解污染物经原位吸附池和强化 Fenton 氧化池加以去除,为保证熄焦池水质达标,出水最后经活性炭吸附塔后回至各焦化厂熄焦。

2. 3 主要处理单元设计

2. 3. 1 前端各厂预处理系统

利用前端各焦化厂生化 AO 处理系统,主要流程为 调 节 池 ( 2000 m3 ) /AO ( 4000m3 ) /二沉池( 500 m3) ,为园区深度处理做预处理,去除废水中抑制硝化及反硝化菌属生长的 SCN- 、酚类、CN -等,提高整个焦化废水处理系统的抗冲击能力。

2. 3. 2 园区深度处理系统

① 调节池及事故池

调节池主要对 5 家焦化厂预处理后的废水进行收集,并调节水质水量。设计尺寸为 40 m × 30 m ×6. 5 m,有效容积为 7 000 m3,钢筋混凝土结构,共 1座。配有提升泵3 台( 1 用2 备) ,Q = 300 m3 / h,P =210 kPa,N = 22 kW。另设有事故池 1 座,尺寸为 45m × 37 m × 6. 5 m,有效容积为 1 000 m3。

② 一级好氧池和一级沉淀池

一级好氧池共 2 座,设计尺寸为 35 m × 12 m ×6. 5 m,有效容积为 5 000 m3,钢筋混凝土结构,推流式运行,水力停留时间为 24 h,配有可提升式硅橡胶膜微孔曝气管。配罗茨鼓风机,Q = 30 m3 /min,P =6. 5 kPa,N = 45 kW,2 用 1 备。

一级沉淀池 1 座,设计尺寸为 20 m × 4. 1 m,有效容积为 800 m3,表面负荷为 0. 83 m3 /( m2·h) ,配备有中心传动刮泥机,直径为 20 m,线速度为 3m /min,减速机功率为 0. 75 kW; 配污泥回流泵,Q =300 m3 / h,P = 210 kPa,N = 22 kW,1 用 2 备,污泥回流至好氧首端,回流比为 50% 。

③ 二级缺氧池和二级好氧池

二级缺氧池 1 座,主要进行反硝化脱氮,设计尺寸为 20 m × 17 m × 6. 5 m,有效池容为 4 000 m3,停留时间为 20 h,钢筋混凝土结构,配有水下搅拌器 4套,功率为 7. 5 kW。配有碳源储罐以及碳源投加计量泵 2 台( 1 用 1 备) ,向缺氧池投加适量碳源。

二级好氧池 1 座,设计尺寸为 20 m × 13 m ×6. 5 m,有效池容为 3 000 m3,停留时间约 14 h,钢筋混凝土结构,配有可提升式硅橡胶膜微孔曝气管,曝气与一级好氧曝气由鼓风机房共同提供。

④ 二级沉淀池

二级沉淀池 1 座,设计尺寸为 20 m × 4. 1 m,有效容积为 800 m3,表面负荷为 1. 04 m3 /( m2·h) ,配备有中心传动刮泥机,直径为 20 m,线速度为 3m /min,减速机功率为 0. 75 kW; 配污泥回流泵,Q =300 m3 / h,P = 210 kPa,N = 22 kW,1 用 2 备,污泥回流至二级缺氧首端,回流比为 100% 。

⑤ 原位吸附池和强化 Fenton 氧化池

原位吸附池主要通过投加适量净水剂,去除部分 COD 以及 SS,设计尺寸为 4 m × 8 m × 4 m,停留时间为 45 min,钢筋混凝土结构。配有 4 台搅拌机,功率为 3 kW; 溶药池尺寸为 5 m × 4 m × 6 m; 净水剂储罐容积为 15 m3,螺杆泵 3 台,功率为 1. 5 kW,流量为 2 m3 / h,1 用 2 备; 硫酸储罐容积为 10 m3,计量泵 3 台( 2 用 1 备) ,流量为 125 L / h。强化 Fenton 氧化池设计尺寸为 4 m × 8 m × 4m,停留时间为 45 min,钢筋混凝土结构。配 4 台搅拌机,功率为 3 kW; 溶药池尺寸为 5 m × 4 m × 6 m;催化剂储罐容积为 15 m3,螺杆泵 3 台( 1 用 2 备) ,功率为 1. 5 kW,流量为 2 m3 / h; 双氧水储罐容积为10 m3,计量泵 2 台( 1 用 1 备) ,流量为 125 L / h; 硫酸储罐容积为 20 m3,计量泵 3 台( 2 用 1 备) ,流量为 125 L / h; 液碱储罐容积为 15 m3,计量泵 3 台( 2用 1 备) ,流量为 125 L / h。

⑥ 原位吸附和强化 Fenton 氧化沉淀池

原位吸附及强化 Fenton 氧化沉淀池的设计尺寸及参数参照二级沉淀池。

⑦ 可再生活性炭吸附

可再生活性炭吸附塔主要强化去除水体中残留的污染物,是焦化废水处理系统最后一道保障。设计塔高为22 m,底面积为10 m2,流速为8 m / h,不锈钢结构,共 3 座。进水方式为下进上出,四周进水,防止短流。配有化工泵 4 台( 2 用 2 备) ,Q = 170

m3 / h,P = 500 kPa,N = 22. 8 kW。

⑧ 污泥浓缩池

污泥经浓缩后送往压滤机房进行脱水处理,包括生化系统剩余污泥、原位吸附池和强化 Fenton 氧化池产生的化学污泥。设计尺寸为 20 m × 5. 9 m,共 1 座,钢筋混凝土结构。配叠螺式污泥脱水机及附属设备,处理量为 20 m3 / h,出泥含水率为 80% ,共 3 台( 1 用 2 备) 。

3 调试与运行效果

为满足工业园区内 5 家焦化企业正常生产熄焦用水量,园区需在 1 个月内将处理量由最初的 1 000m3 / d 提升至 5 000 m3 / d。由于前端 5 家企业生化系统对 COD 具有一定去除能力,对氨氮及总氮脱除效果较差,焦化废水进入园区污水厂后,COD 去除负荷较低,氨氮及总氮去除负荷较高。调试过程中,园区一级好氧污泥回流比为 50% ,二级好氧污泥至缺氧回流比为 100% 。

3. 1 日处理量提升及硝化负荷分配

园区生化段 COD 去除负荷较低,主要受到硝化负荷的限制。针对焦化废水硝化负荷的工程数据较为缺乏的问题,水量提升前,经批量试验评价园区一段、二段的污泥硝化负荷分别为 15. 98、21. 24kgNH 4+ - N / h。调试后,处理量为 4 000 m3 / d 时,一段、二段污泥硝化负荷分别提升至 35. 33、33. 35kgNH4+- N / h。以试验数据为基础,指导工程中硝化负荷的提升,结果见图 2、3,可见该方法可以快速提升水量以及硝化负荷且保持硝化效果稳定。

3. 2 COD、NH 4+ - N 去除效果

系统对 COD、NH4+ - N 的去除效果分别见图 4、5。如图 4 所示,强化 Fenton 出水 COD 已降至 60 ~70 mg /L,去除率达 97% 以上,再经活性炭出水后COD 低至 20 ~ 30 mg /L,去除率高达 99% 。如图 5所示,园区二段二沉池出水氨氮长期保证在 6 mg /L以下,活性炭出水稳定在 2 mg /L 以下,去除率达98% 。园区污水厂回水至各焦化厂熄焦用水 COD、NH 4+ - N 可以满足熄焦池水标准,降低熄焦过程中产生的挥发性有机物,提高焦炭品端 5 家污水厂遇到多次冲击,前端响,但园区污水厂依旧稳定运行。

3. 3 反硝化总氮去除效果

总氮去除效果见图 6。

硝化调试完成后,水量主要进入一段好氧池,如图 5 所示,NH 4+ - N 在一段好氧基本降解完成,在二段缺氧池进行反硝化,无需增加硝化液回流管线。生物脱氮过程中,COD ∶ TN = 4 ~ 6 无需外加碳源,但本工程碳源不足,需要投加一定碳源。如图 6 所示,脱氮稳定后,园区二沉池出水总氮在 30 mg /L 以下,基本稳定在 20 mg /L,最终活性炭出水总氮在 10mg /L 以下,脱氮效率在 95% 以上。

3. 4 最终出水水质

调试完成后,随机抽取 3 天园区最终出水水质,平均值如表 3 所示。从表 3 中数据可以看出,园区出水水质均远低于《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 直排标准,且满足工程设计标准。

4 结语

工业园区内焦化废水“前端各厂预处理—后端园区深度处理”两级处理出水指标均满足《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) ,处理效果稳定良好,奠定了焦化废水零排放基础。

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