焦化酚氰废水工艺改进及综合利用

2020-02-19唐鹏来威李亚娜赵鸿武周兴于朋

鞍钢技术 2020年1期

唐鹏，来威，李亚娜，赵鸿武，周兴，于朋

（鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳122000）

鞍钢集团朝阳钢铁有限公司（以下简称朝阳钢铁）焦化厂年产焦炭100万t，采用2×50孔JN 60-6型顶装焦炉，配套煤气产量48 000 m3/h的煤气净化处理工序。酚氰废水处理工艺流程为：剩余氨水经气浮除油器处理后，进入陶瓷过滤器进一步除油，然后进入蒸氨塔蒸氨，经蒸氨处理后送往酚氰废水工序，废水经处理后用于高炉冲渣。酚氰废水处理工序采用的是A/A/O生物脱酚脱氮工艺，设计处理能力为55 m3/h。该工艺投产后运行良好，但随着进水指标变化、设备问题及北方季节性影响等因素的出现，好氧池污泥活性降低，处理后废水指标偶尔出现波动，如果处理不及时，使不合格水质用于高炉冲渣，将带来环保风险。本文分析了朝阳钢铁焦化酚氰废水工艺存在的问题，提出了相应的解决措施，实施后效果良好。

1 存在问题

1.1 蒸氨塔蒸汽耗量高及蒸氨指标波动大

原有蒸氨塔为浮阀蒸氨塔，直径DN1400，采用直接蒸汽蒸氨，设计处理能力为30 m3/h，实际运行最高处理22 m3/h。蒸氨塔每运行2个月就需清扫1次，蒸氨后氨氮指标波动较大，蒸汽及液碱耗量偏高，不仅造成能源浪费，也直接影响了酚氰废水工序的稳定运行。

1.2 好氧池曝气不均

好氧池硝化过程需要消耗大量的氧，理论上每1 mg NH3-N需4.57 mg O2，正常维持曝气池的溶解氧在2～4 mg／L。好氧池内的硝化菌是高度好氧菌，溶解氧低时（1～2 mg／L）不会发生硝化作用，提高溶解氧的能力，使溶解氧增至3～6 mg／L，硝化作用明显[1]。朝阳钢铁酚氰废水好氧池共分4格，每格918 m3，共有曝气头1 892个，采用塑料微孔曝气器铺设在池底。此系统运行7年后，共有40余处曝气头脱落，导致池内曝气严重不均。曝气头脱落部位曝气过度，未脱落部位曝气不足。

1.3 臭氧催化氧化系统效率低

由于酚氰废水经混凝沉淀池处理后直接进入臭氧催化氧化塔，废水中部分悬浮物会进入催化塔，堵塞催化塔底部曝气头，增加了催化塔阻力，因此将催化塔内折流板拆除，减少了气水接触的反应时间，导致催化效率降低。

1.4 脱硫液富余

蒸氨塔顶产生的氨气经冷凝成液态氨水后，直接进入负压HPF脱硫塔，脱硫废液经提副盐工序处理后回到脱硫系统，长期循环，脱硫液富余。因脱硫液中含有大量氰化物和COD等物质，如果将脱硫液直接排往酚氰废水，将导致污泥大量死亡。为保证脱硫效果，将提副盐工序处理后的富余脱硫液送往煤塔用于喷煤处理，但由于脱硫液腐蚀性较强，喷煤不仅腐蚀设备，而且造成焦炉炭化室炉墙石墨脱落。

1.5 地下水直接排放

焦化地下水系统水质复杂，各泵冷却水、生产排水、循环排污水、雨排水等约为25 m3/h，均通过地下水管道外排，不仅水资源浪费，而且一旦设备出现泄露，发现不及时，污染物进入外排水管道，可能导致外排水指标超标，有环保风险。

2 改进措施

2.1 应用斜孔塔盘

由于原有蒸氨塔存在蒸汽耗量高和蒸氨指标波动大等问题，打开蒸氨塔进行检查，发现塔盘焦油堵塞严重。为解决此问题，利用原有蒸氨塔筒体，将塔内部浮阀塔盘、加强圈、降液板、横梁等塔内件拆除，在塔内部安装斜孔塔盘及相应塔内件，斜孔塔盘采用316L材质，以30°斜角在塔盘开孔，斜孔塔盘汽液传质死区少，开孔率可达85%以上，不易堵塞，同时增加了降液区，提高了处理能力。斜孔塔盘设备安装图如图1所示。

斜孔蒸氨塔改造后，两年内塔盘未出现堵塞情况。改造前后蒸氨指标如表1所示。由表1可以看出，蒸氨塔盘改造后蒸氨效率提高，处理能力提高。蒸氨后氨氮平均降低105 mg/L，且波动范围减小；蒸汽利用效率提高，蒸汽耗量平均减少90 kg/t水。

图1 斜孔塔盘设备安装图Fig.1 Equipment Installation Diagram for Inclined-hole Tower Tray

表1 改造前后蒸氨指标Table 1 Ammonia Stripping Indexes before and after Upgrading

2.2 应用可提升式曝气器

由于原有曝气头铺设在好氧池底，更换时需停止好氧池的运行，清除池底污泥，不仅工作难度较大，而且对污泥造成较大冲击，影响废水外排指标。将原有底部曝气头更换为可提升式曝气器，方案原理为：利用原有曝气主管，接新曝气管道布置于水池上方，曝气时空气由布气管进入导气管导气槽，在曝气膜管与支撑体间形成环形气室，使曝气膜管鼓起，空气通过膜管上可张微孔向水体曝气。管式曝气器采用三元乙丙橡胶（EPDM），气孔密度为34 000个/套。曝气器设备图如图2所示。

图2 曝气器设备图Fig.2 Diagram of Aerator

好氧池内曝气器的安装密度为每2 m2安装1个，根据好氧池不同位置对氧气的需求量不同进行调整。安装及检修时，将曝气器快速接头打开，把连接管及曝气器从曝气池上方取下即可维修更换。曝气器安装图如图3所示。

安装后好氧池溶解氧控制在2～6 mg/L，好氧池曝气均匀，而且可根据好氧池前后端对氧气需求量不同进行调节。改造后，好氧鼓风机电流降低5 A，漏气率降低，污泥活性提高，曝气不均问题得到解决。

图3 曝气器安装图Fig.3 Installation Diagram for Aerator

2.3 改造臭氧催化氧化系统

（1）增加过滤器。为解决混凝池出水悬浮物偏高的问题，在混凝池与催化塔之间增加多介质过滤器及转盘过滤器。多介质过滤器由卵石、石英砂、活性炭及纤维球多层组成。转盘过滤器包括扇形器滤盘，电机带动转盘旋转，滤盘中间为集水筒。过滤期间，过滤转盘处于静态，有利于污泥的池底沉积。清洗期间，过滤转盘以1 r/min的速度旋转并排污。增加2台过滤器后，混凝池悬浮物由70 mg/L降低至10 mg/L，减少了催化塔堵塞。

（2）完善臭氧发生系统。升级臭氧发生器PLC系统，更换损坏的搪瓷管，增加空调降温。改造后氧气转化率达83%以上，氧气及电耗下降。

（3）催化塔改造。在原有臭氧微孔曝气头基础上，增加10处0.5 mm曝气孔，防止曝气头堵塞，减少催化塔阻力。在催化塔内重新安装波纹板，放置催化剂、金属鲍尔环、纤维球，将催化塔由上进水改为下进水。改造后，增加了气液接触停留时间，催化塔出水颜色发白，提高了催化氧化塔处理效果。

2.4 处理富余脱硫液

由于蒸氨塔顶分缩器结垢堵塞严重，达不到温差3℃的工艺要求，因此将原有分缩器拆除，清洗、更换后温差可达6℃以上,分缩器与塔顶温差的提高增加了浓氨水回流，提高了氨水浓度，从源头上减少了进入脱硫塔的氨水量。脱硫液经提副盐处理后，有毒物质大量减少，将5～10 m3提盐后的富余脱硫清液均匀进入蒸氨系统，经蒸氨处理后再送往酚氰废水工序。

此方案虽会使蒸氨废水中氰含量增加5 mg/L左右，但可解决脱硫液富余问题，但脱硫液供给废水量不应过多，否则会对污泥活性及出水指标造成影响。

2.5 生产排污水回用，废水综合利用

（1）为解决生产排水无序排放问题，将焦化地下水井总出口堵住，将生产排水、硫铵区域排水、储槽蒸汽加热凝结水及雨排水共约10 m3/h回收至100 m3的综合水池，安装潜水泵及液位连锁装置进行回收利用。在综合水池安装自吸泵，出水管道铺设至好氧池入口及调节池入口，如果回收水质较好，则直接进入好氧池；如果回收的水质偏差，则进入酚氰废水调节池处理。

（2）将晾水架循环水排污、低温水排污、制冷机蒸汽凝结水回收至30 m3的蓄水池，安装自吸泵，出水管道铺设至好氧池消泡水管道入口，利用循环排污水对好氧池消泡稀释。此方案不仅不用外排循环排污水，减少稀释水用量，而且可使循环水中的碱度及部分营养物质得到利用。

通过上述方案，酚氰废水系统不再使用工业新水消泡，可减少新水耗量25 m3/h，不仅节约新水资源，而且将生产排水、雨排水、循环排污水全部回用，从根本上杜绝了污染物质外排的可能性。