酚氰廢水處理工程實踐

全康環(huán)保: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凈化后的焦爐煤氣。

在焦爐煤氣凈化過程中，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)境保護具有突出的價值與意義。

01 工藝設計進出水水質

河北某鋼鐵公司焦化廠酚氰廢水處理站設計進水量為150 m³/h，其包括：有壓廢水，其中化產(chǎn)工序蒸氨廢水70 m³/h、焦爐煤氣水封水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需滿足《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》(GB 16171―2012)中的新建企業(yè)間接排放標準要求。設計進出水水質見表 1。

02 處理工藝選擇

根據(jù)酚氰廢水的水質特征，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行處理，工藝流程如圖 1所示。

酚氰廢水處理分為3段：

(1)預處理段，由格柵、隔油沉淀池、調節(jié)池、事故池及氣浮設施組成，以去除進水中的懸浮物、油及S2-為主要目標；

(2)生化處理段，采用SDN工藝(強化硝化、反硝化的A/O工藝)與二沉池結合，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爐。

03 工藝原理與流程介紹

3.1 預處理段

無壓廢水先通過格柵機械分離大顆粒雜質，再經(jīng)泵提升與有壓廢水一起進入隔油沉淀池，分離水中的重質油，如焦油。

隔油沉淀池內設有導流筒和蒸汽加熱裝置，底部設有旋流泵，可將池底的沉淀油泥抽送至油水分離設備，分離水送調節(jié)池，油泥上配煤皮帶送焦爐煉焦。

隔油沉淀池出水自流進入調節(jié)池，均化進水水質和水量，為后續(xù)處理穩(wěn)定負荷。

調節(jié)池出水投加聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鋁(PAC)后進入加壓溶氣氣浮進一步除油、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”進入常壓環(huán)境，釋放出大量微小氣泡，其與進水充分混合接觸，并與進水中的雜質顆粒、油滴黏附，形成密度小于水的泥渣上浮至液面，由刮渣機刮入渣箱去除。含油浮渣配煤送焦爐再煉制。氣浮設施出水含油質量濃度＜2.0 mg/L，懸浮物質量濃度＜15 mg/L。

3.2 生化處理段

SDN工藝由2部分組成：缺氧反應和好氧反應。氣浮出水首先進入缺氧池，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，其以廢水中的有機物作為反硝化碳源和能源，以酚等有機物作為電子供體，將回流混合液中的NO2-和NO3-還原成氣態(tài)氮化物(N2、N2O)逸散至大氣實現(xiàn)脫氮。

廢水中的部分有機物隨著反硝化得到降解，減輕了后續(xù)好氧段COD負荷。該過程產(chǎn)生的堿度可部分彌補后續(xù)好氧硝化過程中堿度的消耗，減少好氧池的堿(Na3PO4)補充量。

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。

池內污泥負荷為0.1~0.2 kg/(kg?d)(即單位質量活性污泥在單位時間內所承受的COD質量)，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。

其余出水進入二沉池進行泥水分離，二沉池設置污泥回流，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

為進一步改善出水水質，二沉池出水進入混凝沉淀池對殘余懸浮物進行強化去除，同時進一步降低出水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)生的化學污泥的含水率在99.5%左右，先一起進入污泥濃縮池進行泥水分離，上清液回調節(jié)池；濃縮后污泥含水率在95%左右，投加聚丙烯酰胺(PAM)后送入帶式壓濾機脫水。污泥脫出水回調節(jié)池，脫水泥餅的含水率在40%~60%，其中含有大量有機物，送至煤場配煤入焦爐再煉制。

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，設置了1座2格事故水池，用于收集、存儲超標來水與不達標的產(chǎn)水，減緩廢水處理站的負荷沖擊，保持穩(wěn)定的處理與產(chǎn)水達標。

04 主要構筑物參數(shù)

酚氰廢水處理站主要構筑物參數(shù)如表 2所示。

05 系統(tǒng)調試與運行

酚氰廢水處理站建成后開始系統(tǒng)調試，經(jīng)設備調試(單機調試)、清水聯(lián)動調試后，進行負荷聯(lián)動調試，啟動生化系統(tǒng)。具體過程如下：

污泥接種前，將池內廢水量保持在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等指標進行檢測，觀察廢水生物相，以判斷悶曝進程。當廢水中各污染指標出現(xiàn)明顯下降時，進行換水，并補充營養(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)調整換水量，以保證池內活性污泥結構及生物相的穩(wěn)定。

當污泥活性恢復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，進入低負荷聯(lián)動馴化階段。

低負荷聯(lián)動馴化期間出水水質不穩(wěn)定，廢水中營養(yǎng)物質相對充分，微生物迅速增殖。在初期，進水負荷控制為設計負荷的20%，連續(xù)運行。當微生物適應性良好，COD去除率穩(wěn)定高于50%時，可逐步提高進水負荷。

提負荷馴化過程中活性污泥量連續(xù)增長，COD去除率穩(wěn)定。提負荷階段，根據(jù)具體情況，將生產(chǎn)負荷按階段提高到100%。

廢水處理系統(tǒng)達到設計負荷運行時，活性污泥菌膠團成熟，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)和馴化結束，全系統(tǒng)可正常運行。

06 問題與討論

(1) 實際運行中，廢水水量一般在50 m³/h左右，但在廢水處理站投運初期，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，水量增加導致了處理負荷的顯著波動，帶來產(chǎn)水超標風險。

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)出水水質檢測結果緩慢提高處理水量，消納事故水池中的存水；二是來水全部進系統(tǒng)處理，產(chǎn)水超標后將超標水送回事故水池，重復處理，直至出水達標。為避免超量進水對生物系統(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水，廢水站每24 h增加3~5 m3進水，增加水質檢測頻次，特別是排泥量的調整，以保證系統(tǒng)的負荷平衡。經(jīng)過上述措施，廢水站出水逐步穩(wěn)定達標。

(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水水質波動的影響顯著，其中以蒸氨廢水水質波動最為突出。實際運行中調節(jié)池進水COD最高達到6 500 mg/L、氨氮最高達200 mg/L，超出了廢水站的設計進水水質。針對此情況，廢水處理站及時降低進水水量，將多余廢水適量引入事故池，同時盡快調整上游配煤與回收的工藝參數(shù)，在增加水質檢測頻次、穩(wěn)定進水水質基礎上，逐步恢復正常的處理水量，并消納富余廢水，以實現(xiàn)在進水水質波動情況下的出水穩(wěn)定達標。

(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。在污泥管路停運前后進行徹底沖洗清理，以保證管路不堵塞。

(4) 廢水站運行初期，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入二沉池，在二沉池表面形成浮渣，影響了二沉池出水水質。為控制好氧池泡沫，調整消泡水的噴灑面積，適當投配消泡劑，同時調整氣浮的運行，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 運行效果與經(jīng)濟分析

酚氰廢水處理站正常投運后，出水水質穩(wěn)定達標，其出水水質如表 3所示。

酚氰廢水處理站處理系統(tǒng)總裝機功率1 300 kW，運行功率約900~1 000 kW。水處理成本主要包括：運行耗電費3.5元/m³，水/蒸汽消耗費1.0元/m3，藥劑消耗費1.5元/m³，設備維護費1.0元/m³，水質化驗檢測費0.5元/m³，以及包括人工等其他雜費1.5元/m³，合計噸水處理成本約9.0元/m³。

08 建議與結論

(1) 酚氰廢水水質、水量的波動與上游煤氣精制工序的運行狀態(tài)密切相關，穩(wěn)定上游工序運行狀態(tài)、穩(wěn)定來水水質及水量是廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行與產(chǎn)水達標的先決條件。

(2) 本項目在設計規(guī)范內盡量增大水處理構筑物的容積，以保證水力停留時間的相對富余；同時在異常狀況下，及時投運事故池，避免系統(tǒng)超標超量進水，這對于酚氰廢水的長期穩(wěn)定、高效處理十分有利。

(3) 廢水處理站的運行調控需要及時準確的水質檢測數(shù)據(jù)，因此必須重視對各工藝段進出水水質的檢測，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運行。

(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，在此基礎上通過改變污泥回流比和剩余污泥的排放量，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，并隨著經(jīng)驗的積累，在季節(jié)、工況發(fā)生改變時，仍能實現(xiàn)出水水質的穩(wěn)定達標。

(5) 工藝流程中各環(huán)節(jié)的設計處理負荷不同，應根據(jù)實際生產(chǎn)運行情況進行負荷調整，在達標排水的基礎上優(yōu)化工藝運行，降低運行成本。