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對焦化廢水處理的幾點認識

2021-08-19 15:59:51   來源:   評論:0 點擊:   字體大小:

1.焦化廢水的特點和難點

焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和化工產品精制過程中產生的廢水,其成分復雜,含有大量的酚類、聯苯、吡啶、吲哚和喹啉等有機污染物,還含有氰、無機氟離子和氨氮等有毒有害物質。不同企業因原煤性質、碳化溫度、煉焦工藝選擇的差異,使廢水水質差別較大, COD、TN濃度分別在946~7200、233~1499.53 mg/L范圍內波動,其余指標分布也不均勻,濃度相差數倍至10倍。廢水形成COD的物質主要含苯酚和硫氰化物、氰化物,因此也被稱作酚氰廢水,酚氰廢水經過蒸氨塔進入處理系統,因此廢水水質的變化與蒸氨塔的參數密切相關。

實踐中發現,由于蒸氨塔參數控制不嚴,水中的氨氮變化是最常見的現象,加堿量是蒸氨塔重要的控制參數,需要準確計量加堿量才能控制好出口的氨氮濃度。酚氰廢水中氨氮濃度值以及變化的幅度和生活污水相比要大得多,而氨氮又是微生物CNP營養元素的關鍵因素,焦化廢水處理過程中普遍存在參數波動的根本原因就是氨氮濃度變化幅度大。

2.對焦化廢水處理工藝級控制參數的認識

2.1預氧化對生化處理作用明顯

普遍認為,焦化廢水BOD/COD均值約為0.30,屬可生化處理廢水,但由于首段厭氧對焦化廢水COD去除有限,而好氧能夠去除廢水中大部分有機物的性質決定了焦化廢水處理過程的高耗能。大量的工程實踐證明,在焦化廢水處理中,厭氧池作用不大。

前幾年,有人提出OHO流化床生物處理工藝。據介紹,該工藝的反應器核心是基于污泥原位分離的內循環好氧生物三相流化床;O1作為除碳和氨化單元,去除水中絕大部分的有機污染物并且轉化含氮化合物為氨分子;部分剩余難降解大分子有機物進入水解池H,通過水解酸化作用提高殘余有機污染物的可生化性,為O2進一步降解有機污染物創造條件;HO組合成一個高效的生物脫氮單元,通過強制硝化反硝化,實現高效脫氮。原理上似乎很理想,但是OHO流化床工藝由于反應單元結構上的原因,省去二沉池,整個工藝因缺少污泥分離回用功能而失敗。O/H/O工藝至今并沒有被推廣。

現在焦化企業存在的處理工藝大多數是A/A/O,A/A/O/O,近幾年興起的有O/A/O,O/A/O/ A/O工藝。O/A/O/ A/O主要是針對脫TN的工藝。

O/A/O/A/O,O/A/O工藝,都是增加了預氧化,去掉了厭氧工藝,從實踐來看,效果是有意義的。筆者參與改造的一家焦化企業廢水處理,就是把原來的UASB改造成預氧化池,HRT=20h,曝氣強度=4.56m3/( m2·h),COD去除率達到30%,硫氰化物轉化為硫酸鹽(亞硫酸鹽),氨氮升高約10%,預氧化以后,水質對后續微衛生的毒性減小了,好氧池的去除率穩定了。同時需要注意,改造成預氧化以后,預曝氣池出水有懸浮物,需要設計一個沉淀池分離絮體污泥,同時回流到預氧化池。回流的絮狀污泥會在預氧化池內發揮更好的吸附作用,進一步提高COD去除率。

2.2缺氧池的攪拌很重要

缺氧池的作用主要是反硝化的場所,混合液或者二沉池上清液回流到缺氧池進口,增加進水中的溶解氧(DO),DO保持在0.2-0.5mg/L比較理想。實際過程中,缺氧池的作用效果差別較大,池中有沒有填料差別不大,筆者改造某企業的焦化廢水設施,有并列的兩組同樣大小的A/O系統,缺氧池一個有填料另一個沒填料,有填料的效果也不明顯,主要是填料發揮作用不理想,原因是填料絲徑太細,掛不上活性污泥。筆者參觀過20多座焦化廠,填料塌陷是普遍現象,而影響最大的還是攪拌效果差,絕大部分缺氧池采用潛水攪拌器,究竟作用如何,很少有人去研究分析,缺氧池出水堰水流不均勻,也影響缺氧池反應,其實,從缺氧池表面水流狀態,三角堰出水均勻程度就判斷缺氧池攪拌均勻程度,建議以增大攪拌器功率,改變攪拌器的角度和位置,改善攪拌效果。如果不能停產,改造檢修確實有困難,還可以采取水泵抽水,水面均勻布管的方式,可以在線安裝,產生理想的攪拌效果。缺氧池的MLSS=4000-6000mg/l。如果進一步提高污泥濃度,則要更加注意攪拌均勻的問題。

硝化液或者混合液回流的比例是根據缺氧池溶解氧(DO)濃度來定的,一般DO控制在0.2-0.4mg/L,去除氨氮主要在好氧池完成,需要培養活性污泥中的硝化細菌。

2.3好氧池溶解氧適當提高

好氧池是焦化廢水處理的中心環節,即使是A/O/A/O工藝,第一級好氧池也是去除COD

和NH3–N的主要場所,第二級A/O主要是去除TN。好氧池的主要參數是溶解氧(DO)和沉降比(SV30),筆者認為,焦化廢水好氧池比城市污水好氧池的溶解氧控制要高一些,原因是焦化廢水難生化降解,對溶解氧的需求量大,硝化細菌更脆弱一些,因此保持高的溶解氧和沉降比,才能保證出口的COD和NH3–N的去除率。實踐中還證明,高溶解氧比低溶解氧耗能高一些,但是,焦化廢水的高溶解氧帶來的結果是剩余污泥很少,有的企業很長時間不排泥,好氧池活性污泥仍然生長正常。剩余污泥排量少,減輕了污泥處理的壓力,也算是一種經濟補償。建議:好氧池末端溶解氧控制在5.0-5.5mg/L,沉降比控制在45-60%,這樣對系統穩定有好處,硝化細菌的數量活性保持穩定,出水NH3-N≤3mg/l。根據筆者統計,好氧池的HRT=90-100h,水深可以設計到7-8m,MLSS=4000-6000mg/L。好氧池如果處理效果差,檢查沉降比、溶解氧和回流污泥濃度,總有至少一項不在建議范圍。

焦化廠的風機絕大多數是離心風機或者羅茨風機,建議好氧池的風機盡早更換為高速懸浮風機,節能很明顯。一個年產60萬噸焦化廠的好氧池風機功率約是160kw,按照節能20%計算,每年節約的電費約是17萬元,加上維護費,約20萬元,一臺高速懸浮風機的價格約是60萬元,投資回收期不到3年,而且風機維護量很小,噪音很小,符合環保要求。

3.對焦化廢水處理設備的認識

3.1隔油設備重點是重油分離要及時

隔油設備就是重力隔油池,有標準設計,現場的隔油池基本是一個模式,有的是增加了斜板,很快就被重油壓壞了,所以,隔油池就是一個小的平流沉淀池。值得注意的是,下面的泥斗排泥不及時,就會造成泥斗被重油沉積而硬化,流動性很差,排泥不能正常。因此很多的隔油池,都是一個過水渠而已,每年趁大修時間,停產排空,用蒸汽加熱下面的泥斗,用人工清掏的辦法,徹底恢復泥斗的作用。建議:加高隔油池高度,加強重力排泥,排泥閥改成電動控制,定時定量排泥,保證隔油除油效果。水面的隔油板一般可靠,隔油效果穩定。

3.2氣浮設備對除油作用明顯

氣浮設備一般焦化廢水處理站都有的,有的氣浮設備閑置多年不用。筆者認為,氣浮設備是有必要的,主要用來除油,如果蒸氨塔前有可靠的除油措施,能保證水中含油量低于100mg/L,則可以在焦化廢水處理站不設氣浮池,氣浮設備的作用主要是用來除油,可以不加藥劑,就利用溶氣氣浮的原理直接除油,效果也能滿足生產要求。有的廢水中前期處理效果差,廢水中含油量較大,鏈條刮泥機刮出來的浮渣流動性很差,需要用螺旋輸送機排除浮渣。

筆者曾經將調節池的底部曝氣管間斷供風,也能起到浮油的作用。但是從水中分離出浮油,需要設計一個浮動排油槽。

3.3建議曝氣設備改成可提升曝氣頭

曝氣設備是焦化廢水處理的重要工具,現場好氧池大多數的設計采用微孔曝氣器,池底布置,水深5m。微孔曝氣器有兩大弊病,一是安裝在池底,安裝檢修不方便,一旦更換或檢修就要清空池子。二是微孔曝氣器堵塞是不可避免的,曝氣管采用的ABS管材也是容易老化,斷裂是經常的。這幾年微孔曝氣器正在被其它先進的曝氣設備所代替,例如旋流曝氣器,H型曝氣管。筆者建議,采用旋流曝氣器改造現有曝氣設備很方便。曝氣頭的材質為復合塑料,耐腐蝕耐高溫老化,單頭服務面積4m2,供風量0.25-0.35m3/min,支管直徑DN20,入水部分采用不銹鋼材質,因為供風支管和曝氣頭是一對一安裝,所以,日常運行過程中可以隨意調整風量,也可以很直觀的根據水面波紋判斷曝氣頭運轉是否正常。根據筆者改造的工程實例檢測,同一座好氧池,微孔曝氣頭改成旋流曝氣頭,總節約風量在20%以上,造價約500元/m2,焦化廢水處理站的風機風量在夏天經常表現為風量不足,采用旋流曝氣頭正好可以避免這個問題。改造成旋流曝氣器可以不動原來的系統,不用停水,就可以完成在線安裝在線檢修。

3.4沉淀設備是污水處理的樞紐環節

沉淀池是廢水處理中的樞紐和中心環節,好氧池活性污泥回流要靠沉淀池分離出來的高濃度污泥,如果沉淀池處理效果差,則會造成一正一負的雙重作用。首先,分離不好使污泥流失,活性污泥流失對焦化廢水處理的影響是很明顯的,因為好氧池本身每天產出來的剩余污泥量就很少,一旦流失,好氧池的污泥沉降比就會下降。偶爾沉淀池跑渾明顯,短時間就會使沉降比降到20%以下,去除率下降,出水COD升高,隨之氨氮也跟著升高。同時,出水懸浮物高,也或造成COD數值高。甚至超出排放標準。其次,沉淀分離效果差影響回流污泥濃度,回流污泥濃度低,好氧池的活性污泥濃度就下降,污泥沉降比也跟著下降。現場很多次發現,沉淀池異常時,回流污泥濃度沉降比在60%,正常的數值在90%以上。有時候為了達到回流污泥沉降比,可以間歇回流,因為連續回流保證不了污泥濃度。有很多二沉池水面漂泥,原因就是排泥不徹底,池內泥面上升,把刮泥刀埋沒,泥面沒有水位差,刮泥桁架不能把所有污泥集中到泥坑,池底污泥腐敗上浮。

現場調研發現,輻流式的二沉池三角堰出水不均勻,從中心筒進水分配到圓周,應該是360度均勻的,由于三角堰不平,導致水走短路,圓周上收集槽不能均勻收水,有的二沉池圓周上只有1/6三角堰出水,5/6的三角堰不出水。焦化廢水二沉池三角堰配水量和市政污水二沉池相比本來就很小,一旦水走短路,偏流很明顯,分離效果很差。筆者在現場多次找平圓周三角堰的水平高差,對降低出水懸浮物收到明顯的效果。

從設計方面分析,沉淀池設計參數存在不統一,憑經驗,雖然池型都是小型輻流式沉淀池,但是具體結構設計隨意性很大。見表1-6。

3.4.1沉淀池的設計規范

《室外排水設計規范》(GB50017-2014)關于沉淀池的設計參數。

1.png

《焦化廢水處理技術規范》(HJ2022-2012)

2.png

《煉焦化學工業污染防治可行技術指南》(HJ2306-2018)

a)一級生物脫單處理技術

“……二沉池表面水力負荷一般為1.0-1.5m3/m2·h(活性污泥法)或1.5-2.0m3/m2·h(生物膜法),沉淀池時間一般為2.0--4.0h(活性污泥法)或1.5-4.0h(生物膜法);……”

把上面的一段文字整理列表如下:

3.png

從《技術指南》的條文來看,指標有所調整,但是參數的上限仍然沒有突破。

3.4.2設計的實際參數

而實際上,某焦化集團的焦化廢水處理站關于二沉池的設計參數,卻是另一個參數。

4.png

對照規范數據和實際數據看出,設計不按照規范來選擇,而是根據焦化廢水的特點設計的,而且設計的隨意性很大。沉淀池設計參數偏離規范數據,表面水力負荷太低,停留時間太長,另據分析,二沉池漂泥也是因為停留時間太長,廢水在二沉池內完成了反硝化過程,氮氣逸出,帶著污泥上浮至水面。

筆者調研了某鋼廠焦化廠、某某焦化廠廢水處理站的沉淀池數據。

5.png

筆者發明了一種新型高效沉淀池,沉淀原理應用了新的混凝理論,高效沉淀池內又高又厚的污泥懸浮層為提高分離效率發揮了作用。顯著的高徑比提高了底流固含,排泥濃度可以達到5%以上。填料層的設計增加了上流阻力,提高了水流的斷面均勻性,又相當于增加了空間絮體濃度,增加了顆粒碰撞機會,進一步攔截細小的絮體。高效沉淀池的這些特點,使其具備了在固液分離場合具有獨特的作用,擴大了適用范圍。

在焦化廢水處理中應用的結果證實,高效沉淀池可以代替傳統的幅流式沉淀池,具有占地小,出水水質好,效率高的特點,可以更廣泛的使用。高效沉淀池的設計參數明顯優于普通輻流池的實際參數,而且,實際運行數據又符合有關技術規范的數據。

3.4.3高效沉淀池設計參數

6.png

無論從設計參數還是現場測試結果來看,在焦化廢水處理工藝中,高效沉淀池都是可以選擇的。

4.結論

1.焦化廢水預處理很重要。厭氧池的作用不大,建議改造成預氧化池,氧化硫氰化物,減少對后續生化處理的毒性作用。預氧化池后設計初沉池,初沉池污泥回流更進一步提高COD去除率。

2.缺氧池攪拌最重要,有無填料并不重要。硝化液(混合液)回流量靠缺氧池的溶解氧濃度控制。潛水攪拌器普遍攪拌不太均勻,建議對在役的缺氧池增加攪拌器。

3.好氧池維持比較高的溶解氧,比較高的污泥沉降比,保持高濃度的活性污泥,有利于去除氨氮,絕大部分的污染物氧化分解要在好氧池完成。

4.曝氣設備建議設計或者改造成旋流曝氣器,在線安裝在線檢修,節約風量,方便運行控制。

5.沉淀池是生化處理的中心環節,混合液攜帶活性污泥要在二沉池完成固液分離,分離效果直接影響到污泥回流,二沉池的水力流態要重視。高效沉淀池可以有效完成混合液固液分離過程,穩定出水指標,保持污泥回流濃度。占地少,效率高,施工工期短,是焦化廢水處理工藝提標改造的一種選擇。


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