焦化废水全流程工艺设计与调试

杨志超

（北京中科圣泰环境科技有限公司，北京 102211）

0 引言

焦化废水排放量大，成分复杂，焦化污水的水量、水质因焦化生产的规模、采用的煤气净化工艺以及对化工产品加工的深度不一而有所不同[1]，但通常含有高浓度的酚、氰化物、硫氰化物和氨氮，同时还含有难以生物降解的油类、吡啶等杂环化合物和联苯、萘等多环芳香化合物（PAHs）[2]，焦化废水的治理一直是行业中的重点、难点，如何有效的进行焦化废水达标排放及回用工作是未来重点。

某国内大型钢铁企业焦化废水处理系统采用传统活性污泥处理工艺，由于国家环保要求的提高，原工艺出水水质无法满足排放要求，2018年该企业对焦化废水处理设施进行升级改造，新建系统原水处理能力为150m3/h，采用预处理-A/O-混凝沉淀-生物滤池-臭氧催化氧化的组合工艺，项目建成并调试完成后，出水水质满足《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012表2直排标准要求，达到了预期处理目标。

1 水质及工艺流程

1.1 设计进、出水水质

主要设计进、出水水质见下表1。

表1 蒸氨废水处理设计进、出水水质表，mg/L

1.2 工艺流程及简介

项目采用预处理-A/O-混凝沉淀-生物滤池-臭氧催化氧化的组合工艺，该工艺流程全面，整体稳定可靠，具有良好的适用性和较强的抗冲击能力，解决了传统工艺水质不易达标，出水频繁波动等问题，同时，深度处理部分响应国家环保要求，考虑了总氮及有机物的深度脱除，可实现焦化废水的稳定达标。

组合工艺分为预处理单元、生化处理单元及深度处理单元三部分，工艺流程见下图1。

图1 焦化废水处理工艺流程图

2 主要构筑物及设备

2.1 预处理单元

2.1.1 重力除油池

重力除油采用三斗式平流除油池，重油池内设有蒸汽盘管，防止重油凝结。

重力除油池水平流速宜小于2mm/s，上升流速宜小于0.05cm/s。

2.1.2 气浮除油池

气浮采用部分污水回流加压溶气气浮，通过空气压缩机，将空气加压溶于水中，形成溶气水，然后通过释放器聚然减压，快速释放，产生大量微细气泡，使水的分散微细油粒和悬浮物，形成絮体漂浮物浮出水面，进而从污水中分离出来。

2.1.3 调节池与事故池

废水在调节池进行水质均和，保证后续单元进水的稳定性，同时应设置事故池，对于异常进水进行临时储存。

调节池HRT宜大于20h，事故池HRT宜大于12h。

2.2 生化处理单元

2.2.1 缺氧池反硝化菌利用回流液中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮进行反硝化反应，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮经过反硝化反应变成氮气而得到去除。

缺氧池HRT宜为20~40h，填料层污泥浓度不低于2000mg/L MLVSS，反硝化速率0.04~0.12mg NO3-N /mg MLVSS·d，硝化液回流宜为200~500%。

2.2.2 好氧池

好氧反应分为碳氧化段、硝化段，碳化反应首先将有机物、氰化物、硫氰化物等有机物进行好氧降解，通过硝化反应，氨态氮转化为硝酸盐氮，通过工艺回流到缺氧池。

好氧池HRT宜为50~80h，污泥浓度不低于3000mg/L MLVSS，污泥负荷0.05~0.2 kg BOD/kg MLSS·d[3]。

2.2.3 二沉池

二沉池上清液部分回流至缺氧布水器。沉降到底部的活性污泥由中心传动刮泥机刮到集泥斗、经回流污泥泵加压后送至好氧池，以此保持好氧池内的污泥浓度。

辐流式二沉池表面负荷宜为0.5-1.5m3/m2·h；斜板式沉淀池宜为3-5m3/m2·h。

2.3 深度处理单元

2.3.1 混凝反应及沉淀池

包括混合单元、反应单元和沉淀系统。

混合时间约为1min，反应时间宜为10~30min，表面负荷0.5-1.5m3/m2·h。

2.3.2 反硝化滤池

经过生化处理装置后的废水，含有大量的硝态氮，在反硝化滤池滤料生物膜作用下进行反硝化脱氮反应，达到脱总氮的效果。

表面水力负荷宜为6~10m3/[m2·h]，空床停留时间20~40min。

2.3.3 砂滤池

利用砂滤池进一步去除悬浮物砂滤池主要过滤废水中的悬浮物。

表面水力负荷宜为3~6m3/[m2·h]，空床停留时间：20~40min。

2.3.4 臭氧催化氧化装置

经过臭氧催化氧化反应器后，废水中无法通过生物降解的有机物被降解为小分子或直接矿化后，进入后续处理单元，多余的O3可自行分解为O2[4]。

臭氧催化氧化装置HRT宜为0.5~1h。

2.3.5 曝气生物滤池

废水中残余有机物被曝气生物滤池固载的好氧菌氧化分解，同时剩余低浓度氨氮发生硝化反应得到去除。

表面水力负荷宜为5-8m3/[m2·h]；BOD负荷宜为0.5~1kg BOD/m3·d；

空床停留时间宜为30～60min。

3 调试与运行

该焦化废水处理站建成后，2018年3月进入调试阶段，同年9月份完成系统调试，整个调试过程可分为如下几个阶段：

3.1 清水试车

检查池体及砌体渗漏和耐压情况，同时检查全工艺流程水路是否畅通，包括水泵、电力系统运行、仪表校准、阀门（气、手动）操作情况、曝气系统等。

3.2 生化系统调试

3.2.1 好氧池污泥接种

首先对好氧内注入蒸氨废水与稀释水，通过调配比例，宜控制COD不大于1000mg/L，氨氮不大于100mg/L，然后选择与本系统性质相近的污泥进行投加，一次投加量宜为池容的1/4~1/5，污泥接种后MLSS宜为1～2g/L。

3.2.2 好氧池闷曝及菌种驯化

污泥接种后，开启风机进行闷曝，焦化废水水质宜控制为BOD5:N:P=100:5:1，磷元素通过磷酸盐药剂补充，经过一段时间的闷曝后，系统各项理化指标会明显降低，污泥浓度逐渐升高。

3.2.3 好氧负荷提升及缺氧池启动

当好氧池SV30稳定大于20%，MLSS稳定大于2g/L后，进入蒸氨废水，并逐渐提升负荷，出水自流进入二沉池，污泥回流至好氧池补充污泥浓度，上清液回流至缺氧池，开始缺氧系统启动。

调试期间，本系统好氧池COD及氨氮容积负荷情况如下图2所示。

图2 好氧池COD及氨氮容积负荷变化趋势图

由图2看出：

随着调试过程中水量的逐渐提升，系统COD及氨氮容积负荷呈递增趋势，表明好氧池菌群活跃，能够充分利用进水底物，既满足了自身增殖，同时对水中有机物进行了有效分解。

COD容积负荷为0.1~0.5kg COD/m3·d，氨氮容积负荷为0.01~0.02kg。

3.2.4 提升至满负荷及稳定运行

当好氧池、二沉池、缺氧池完全联动后，逐渐增加焦化废水原水进水量，循序渐进，直至满负荷，单次提升量宜为总进水量的10～20%。

系统满负荷后，记录污泥情况如下表2所示。

表2 污泥参数一览表

由表2可以看出：系统提升至满负荷后，污泥情况良好，各项污泥指标参数范围适中，其中污泥负荷偏低，说明系统处理能力仍有余量。

3.3 深度处理单元调试

3.3.1 混凝系统调试

首先取二沉池出水进行混凝烧杯试验，混凝药剂采用聚合硫酸铁，可配合阴离子聚丙烯酰胺使用，摸索到最佳加药量后应用到工程现场，并根据实际运行效果调整。

3.3.2 反硝化生物滤池调试

总氮去除宜控制TN：BOD≈1:5，药剂选择以甲醇、乙酸钠等短链小分子碳源为宜。

3.3.3 臭氧催化氧化单元调试

通过调整臭氧发生器，选择较优的氧气量及浓度，直至系统COD及色度达到要求，同时控制尾气排放。

调试期间，记录反硝化滤池及臭氧催化氧化单元数据变化情况见下图3。

图3 反硝化滤池与臭氧催化氧化单元调试效果

由图3可以看出：

（1）由于生化A/O系统调试良好，为反硝化生物滤池的启动创造了良好的条件，碳源投加后，反硝化细菌增殖较快，启动一周后硝酸盐氮明显降低，稳定运行后，降低至20mg/L以下。

（2）臭氧催化氧化单元开启后迅速完成了调试，稳定运行后，出水COD为60mg/L左右，优于国家排放标准的要求。

3.3.4 曝气生物滤池调试

经过臭氧催化氧化处理后，废水中部分难降解有机物转化为易降解，为曝气生物滤池的启动创造了条件，可适当投加菌种，开启风机闷曝启动，运行稳定后，系统出水有机物可进一步降低。

4 结语

（1）实践证明，焦化废水预处理-A/O-混凝-生物滤池-臭氧催化氧化组合工艺可行，出水水质达到了《炼焦化学工业污染物排放标准》GB16171-2012表2直排标准要求。

（2）焦化废水作为工业废水中的处理难点，需要从设计开始抓起，选择合理的工艺参数及设备是工艺成败的关键。

（3）要重视焦化废水的调试及运行管理工作，从数据积累中掌握运行规律，分析系统运行参数，以科学的角度指导生产。