焦化废水提标改造工程应用

王磊，韩晋科，张红伟，刘健

焦化废水提标改造工程应用

王磊1，韩晋科2，张红伟1，刘健1

（1. 河北省焦炉煤气综合利用技术创新中心， 河北 邯郸 056500； 2. 河北中科朗博环保科技有限公司， 河北 石家庄 050011）

焦化厂随着干熄焦的投入使用，废水产生量增加，原有的处理工艺不能满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）间排标准，考虑到场地受限，充分利用现有水处理构筑物的基础上优化原有的O-A-O生化工艺，并增设定向氧化处理单元对生化出水进行深度处理，运行结果优于GB16171—2012间排标准。详细介绍了工艺改造方案及主要构筑物的设计参数与工艺特点，为其他类似焦化废水处理项目升级改造提供一定的借鉴参考。

焦化废水； 升级改造； 生化； 定向氧化

焦化废水是一种处理难度较大的工业废水，其组成成分复杂，含油量高，氨氮波动大，含有大量的挥发酚、多环芳烃、氧硫氮等杂环化合物硫氰化物和氰化物［1］。具有水质变化大、毒性大、难降解有机物含量高、氨氮浓度高等特点［2］。针对焦化废水特征及水质特点采用“物化预处理+生化处理+强化后处理”工艺较为合理［3］。物化预处理主要去除部分油、硫化物、氰化物、酚类等有毒物质［4］；生化处理系统主要利用微生物对有机物进行消耗降解，技术发展较为成熟［5］。

为满足工业冷却循环水补水的标准，实现真正意义“零排放”［6］。需对原有的O-A-O/混凝沉淀处理工艺系统进行升级改造，改造完成后满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）间排标准［7］。

1 工艺工程概况

鑫盛煤化工有限公司水处理项目处理生产酚氰废水35 m³·h-1，煤气净化、焦油粗苯精制以及生活废水量35 m³·h-1，剩余氨水经过蒸氨工段预处理后排至污水处理站。设计进出水水质见表1。

单从空姐的形象规范来看，现在对空中乘务员的要求就非常严格。南方航空湖南分公司客舱部业务室副主任禹芸告诉记者，空姐的制服要求按着装标准穿着相应制服，着装统一、干净整洁、熨烫挺括；手机不得外露于制服口袋。箱包要求干净整洁，无破损、无挂饰、摆放整齐。妆容要得体，腮红口红相得益彰；指甲颜色限透明色、肉色、淡粉色；不佩戴美瞳。短发长短整齐、左右对称、后不及领；长发发网式盘发，黑色发卡不超过4枚；刘海不遮眉，无碎发。皮鞋要干净光亮，无破损。必须佩戴手表，表面直径不超过35mm，要求时针、分针、60个刻度。着便装出入办公场所忌过于暴露，严禁穿凉拖、吊带衣等服装。

表1 设计进出水水质

原处理工艺采用O-A-O生化主题工艺进行处理，具体工艺流程如图1所示。

图1 焦化废水原处理工艺流程

2 改造前存在的问题

顺便提一句，据说慈禧送给程廷华的那块“节孝可风”的匾在文革中被查抄，用作农村合作医疗诊室的注射床，有人嫌镌刻凹凸不平的字迹磕着身体，找了个木匠刨子给刨了。

经调研发现，预处理系统隔油池长期运行导致底部重油过度积累，无法正常排出，隔油池仅作为过流装置使用；调节池在应对高浓度事故废水时丧失调节均质能力。生化池部分曝气头堵塞严重，部分填料骨架由于长期受蒸氨废水的腐蚀，填料塌陷，生化池出水指标偏高。缺氧池布水器底部布水管堵塞，布水管道水量分配不均，出水堰短流现象严重，底部局部区域甚至出现厌氧状态，导致反硝化效率较低。生化后续混凝沉淀系统受反应停留时间以及混凝药剂的影响无法满足提标改造技术要求，出水得不到保障。

将4项水资源评价指标权重均设定为0.25，加权平均后可得水资源承载指数为0.22；将3项生态条件与环境质量评价指标权重均设定为0.33，加权平均后得生态条件与环境质量承载指数为0.65。参照省内指标的平均水平，按照弱、较弱、一般、较强、强五级分类方法进行分类评价(表4)。将承载能力为强、较强和一般的判定为可载，承载能力较弱的判定为临界，承载能力为弱的判定为超载。

原有后处理工艺较单一，混凝反应时间及混凝效果达不到要求，同时考虑可利用场地受限，采用占地面积较少的原位吸附—定向氧化—混凝沉淀耦合处理工艺。针对生物难降解有机污染物，通过原位定向生成纳米级表面积大、电中和能力强的低聚合态羟基化合物达到对水中有机物的高效去除。在低聚合态化合物形成过程中，对有机污染物的定向改性，进一步提高低聚态铁的吸附能力，通过对其特征官能团的破坏而改变其理化性质，从而使得难降解有机污染物因水溶性下降而从水中析出[9]。

3.3.2 中间水池（利旧）

表2 构筑物参数及运行状况

3 改造工程方案

新增原位吸附反应器2个，串联运行。通过向二沉出水投加原位吸附剂，靶向吸附混凝沉淀去除二沉池出水中的SS以及分子量较大的有机污染物；结构类型采用钢结构，内壁做防腐处理，设计尺寸×=3 m×3.5 m，搭载功率3 kW ，BLD12型减速搅拌机2台，同时配备原位吸附剂、混凝剂溶解搅拌装置和加药泵各2台，二沉出水经原位吸附混凝搅拌后进入三沉池进行沉淀分离。

根据现场工艺构筑物运行参数以及实际运行数据表现如表2所示。

3.1 预处理系统

隔油池和调节池作为利旧考虑，清理隔油池底部积存重油恢复隔油池体功能，减少重油进入生化系统影响曝气效果；对南北调节池第一廊道底部人孔进行封堵，独立第一廊道作为事故池，应对高浓度COD及高氨氮蒸氨废水对生化系统菌群的影响，避免生化系统受到冲击而导致出水超标的风险；增设事故池管道卧式离心泵2台，南北各1台，流量30 m³·h-1，功率4 kW，扬程24 m；调节池可根据指标情况灵活调配高浓度指标蒸氨来水进水量，一方面可控制进水指标过高对生化系统的影响，同时也能避免进水C/N比失衡导致的菌群丰度组成的变化。

3.2 生化系统

3.3.3 定向氧化反应器（新增）

3.3 后处理系统

总的来看，现场存在的问题主要是预处理不彻底，生化系统运行效果差，后续保障系统不健全。

3.3.1 原位吸附反应器（新增）

根据蒸氨废水来水指标特点结合现场原有构筑物设施运行情况综合考虑，主要改造内容如下：

胡四一：水是生命之源、生产之要、生态之基。新中国成立以来特别是改革开放以来，水资源开发、利用、配置、节约、保护和管理工作取得积极进展，为经济社会发展、人民安居乐业作出了重要贡献。但必须清醒地看到，人多水少、水资源时空分布不均是我国的基本国情和水情，水资源短缺、水污染严重、水生态恶化等问题十分突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。

原处理工艺混合反应池作为改造后的中间水池使用，池体底部使用穿孔管惰性气体进行搅拌，增加配套硫酸投加泵、硫酸亚铁投加泵、过氧化氢药剂投加泵、活性炭药剂投加泵各2台，惰性气体进行搅拌能够减缓亚铁的氧化，以便在后续定向氧化过程中充分反应；新增在线pH控制器1台，高报吸合3.4，低报断开3.2，精确控制硫酸添加量；新增ZXB型耐酸自吸泵3台，=40 m³·h-1，=16 m，=4 kW，药剂混合均匀的中间水池出水经耐酸自吸泵送入定向氧化反应器。

更换好氧池底部堵塞严重的曝气头， 采用Ф215 mm，工作通气量2 m³·h-1，单个曝气头服务面积0.4㎡；清理好氧池内部塌陷的填料，采用阻力小，布水布气性能好易于挂膜的聚丙烯组合填料进行更换，填料直径Ф150 mm，间距80 mm，填充高度5 m；挂膜后的生物填料上世代较长、比增值速率较小的硝化菌微生物固体可获得较长的停留时间，同时较长的微生物食物链增加污泥菌群丰度，更有利于COD、氨氮主要污染物的去除，效果明显优于传统的活性污泥法。组合填料能够有效地切削生化池内的曝气流，在一定程度上能够减少曝气量，提高氧利用率；且生化系统产泥量低，运行稳定方便管理［8］。缺氧池南北各两个廊道，原使用的旋转式布水器堵塞严重，故障频发，更换维修成本较高，难度大，结合现场实际情况，改用高效脉冲式布水器，每个廊道对角增设两套低速潜水推流搅拌器=580 mm，=7.5 kW，运行过程中通过缺氧搅拌，为缺氧区提供微氧环境，实现硝态氮及亚硝态氮高效去除。

南北两系各增设2个定向氧化反应器，内壁做防腐处理，串联运行，其中1#定向氧化反应器设计直径为5 m，=5.5 m，停留时间为3 h，2#定向氧化反应器设计直径为3.5 m，=5.5 m, 停留时间1.5 h，反应器底部中心桶设置穿孔管布水系统，反应器中心桶底部及外部设置穿孔管曝气器。在1#定向氧化罐中过氧化氢与亚铁离子产生氧化能力极强的羟基自由基对焦化废水中难降解有机污染物结构，实现氧化分解有机物降低出水色度[10]。随着氧化罐反应时间的延长，释放羟基自由基的同时，亚铁离子氧化生成三价铁离子进行水解反应生成吸附能力较强的低聚合度多核羟基络合物对难降解有机物进行吸附。

定向氧化反应器出水进入混凝反应池，新增钢结构罐体2个，尺寸设计尺寸×=3 m×3.5 m，配套功率为3 kW ，BLD12型减速搅拌机2台；氢氧化钠投加泵2台，=500 L·h-1，=0.37 kW，出口压力0.5 MPa；PAM投加泵2台，=500 L·h-1，=0.55 kW，出口压力0.5 MPa；投加氢氧化钠搅拌将pH调制中性，投加PAM混凝搅拌，出水流入四沉池进行沉淀，出水回用排至零排放进行膜处理。改造后废水处理工艺流见图2。

图2 改造后焦化废水处理工艺流程图

4 运行效果分析

改造前后水进出水水质监测数据对比分析见表3。

2.4 不同肥料增效剂对玉米农艺性状的影响 从表3可以看出，各处理穗长在16.70～18.45 cm，各处理间差异不显著，但施肥处理穗长长于不施肥处理，施用增效剂的处理长于常规施肥的穗长，前3位的穗长处理⑨、处理⑩、处理⑥分别比常规处理增加0.87、0.85、0.82 cm。各处理穗粗在4.9～5.2 cm，各处理间差异不显著，但多数施肥处理穗粗长于不施肥处理，前2位的穗粗处理⑨、处理⑩较不施肥处理分别增加0.3、0.3 cm。各处理突尖在0.9～2.0 cm，各处理间差异显著或极显著，但多数施肥处理突尖短于不施肥处理，前2位的突尖处理⑨、处理⑩较不施肥处理分别减少1.1、1.1 cm。

地铁区间围岩主要是卵石-圆砾层，厚约23 m，高铁盾构隧道上方主要是黏土和杂填土，上方是卵石-圆砾层，围岩采用服从Mohr-Coulomb屈服准则的弹塑性模型，物理力学指标见表1，在FLAC3D中采用Fish语言按照分层赋予网格参数。深孔注浆效果通过提高围岩变形模型和黏聚力等值实现。

表3 改造前后水进出水水质监测数据对比分析

5 结论

本次提标改造充分利用原有池体构筑物以及处理设施，新增处理单元以钢结构为主，改造工期短。O-A-O生化主体处理工艺与高级定向氧化后处理工艺相结合，经混凝沉淀后出水完全满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）的间接排放标准。最终出水指标的降低保证了零排放膜处理的正常运行。废水的回收处理与综合利用满足国家节能减排政策，具有较高的环境和社会效益，同时为其他类似焦化废水处理项目提标改造具有一定的示范意义。

[1]HJ 2306—2018,炼焦化学工业污染防治可行技术指南[S]. 北京：中国环境出版社，2018.

[2]杨文焕，郝梦影，董炎，等. 焦化废水处理中含氮化合物转化与菌群结构关系[J]. 水处理技术, 2020, 46(12):120-124.

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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，河北省邯郸市人，工程师，2007年毕业于河北广播电视大学工商企业管理专业，研究方向：水污染控制技术。

X703.1

A

1004-0935（2021）10-1499-04