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第十一届上海国际泵阀展

上海国际泵管阀展览会 FLOWTECH CHINA (SHANGHAI) 2022

202268-10日 上海 | 国家会展中心(虹桥)

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对焦化废水处理的几点认识

总结实践经验,对焦化废水处理提出自己的见解和体会。肯定预氧化工艺对后续生物处理的效果;建议加强缺氧池的搅拌,能提高处理效率;提出好氧池的控制参数;建议二沉池污泥回流可以间歇运行;指出沉淀池存在的普遍问题并提出改造意见;推荐曝气设备使用可提升旋流曝气器,无堵塞,可在线安装,在线检修;推荐高速悬浮风机替代普通离心风机,节能且噪音小。

1.焦化废水的特点和难点

焦化废水是在原煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水,其成分复杂,含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物,还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质。不同企业因原煤性质、碳化温度、炼焦工艺选择的差异,使废水水质差别较大, COD、TN浓度分别在946~7200、233~1499.53 mg/L范围内波动,其余指标分布也不均匀,浓度相差数倍至10倍。废水形成COD的物质主要含苯酚和硫氰化物、氰化物,因此也被称作酚氰废水,酚氰废水经过蒸氨塔进入处理系统,因此废水水质的变化与蒸氨塔的参数密切相关。

实践中发现,由于蒸氨塔参数控制不严,水中的氨氮变化是最常见的现象,加碱量是蒸氨塔重要的控制参数,需要准确计量加碱量才能控制好出口的氨氮浓度。酚氰废水中氨氮浓度值以及变化的幅度和生活污水相比要大得多,而氨氮又是微生物CNP营养元素的关键因素,焦化废水处理过程中普遍存在参数波动的根本原因就是氨氮浓度变化幅度大。

2.对焦化废水处理工艺级控制参数的认识

2.1预氧化对生化处理作用明显

普遍认为,焦化废水BOD/COD均值约为0.30,属可生化处理废水,但由于首段厌氧对焦化废水COD去除有限,而好氧能够去除废水中大部分有机物的性质决定了焦化废水处理过程的高耗能。大量的工程实践证明,在焦化废水处理中,厌氧池作用不大。

前几年,有人提出OHO流化床生物处理工艺。据介绍,该工艺的反应器核心是基于污泥原位分离的内循环好氧生物三相流化床;O1作为除碳和氨化单元,去除水中绝大部分的有机污染物并且转化含氮化合物为氨分子;部分剩余难降解大分子有机物进入水解池H,通过水解酸化作用提高残余有机污染物的可生化性,为O2进一步降解有机污染物创造条件;HO组合成一个高效的生物脱氮单元,通过强制硝化反硝化,实现高效脱氮。原理上似乎很理想,但是OHO流化床工艺由于反应单元结构上的原因,省去二沉池,整个工艺因缺少污泥分离回用功能而失败。O/H/O工艺至今并没有被推广。

现在焦化企业存在的处理工艺大多数是A/A/O,A/A/O/O,近几年兴起的有O/A/O,O/A/O/ A/O工艺。O/A/O/ A/O主要是针对脱TN的工艺。

O/A/O/A/O,O/A/O工艺,都是增加了预氧化,去掉了厌氧工艺,从实践来看,效果是有意义的。笔者参与改造的一家焦化企业废水处理,就是把原来的UASB改造成预氧化池,HRT=20h,曝气强度=4.56m3/( m2·h),COD去除率达到30%,硫氰化物转化为硫酸盐(亚硫酸盐),氨氮升高约10%,预氧化以后,水质对后续微卫生的毒性减小了,好氧池的去除率稳定了。同时需要注意,改造成预氧化以后,预曝气池出水有悬浮物,需要设计一个沉淀池分离絮体污泥,同时回流到预氧化池。回流的絮状污泥会在预氧化池内发挥更好的吸附作用,进一步提高COD去除率。

2.2缺氧池的搅拌很重要

缺氧池的作用主要是反硝化的场所,混合液或者二沉池上清液回流到缺氧池进口,增加进水中的溶解氧(DO),DO保持在0.2-0.5mg/L比较理想。实际过程中,缺氧池的作用效果差别较大,池中有没有填料差别不大,笔者改造某企业的焦化废水设施,有并列的两组同样大小的A/O系统,缺氧池一个有填料另一个没填料,有填料的效果也不明显,主要是填料发挥作用不理想,原因是填料丝径太细,挂不上活性污泥。笔者参观过20多座焦化厂,填料塌陷是普遍现象,而影响最大的还是搅拌效果差,绝大部分缺氧池采用潜水搅拌器,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匀,也影响缺氧池反应,其实,从缺氧池表面水流状态,三角堰出水均匀程度就判断缺氧池搅拌均匀程度,建议以增大搅拌器功率,改变搅拌器的角度和位置,改善搅拌效果。如果不能停产,改造检修确实有困难,还可以采取水泵抽水,水面均匀布管的方式,可以在线安装,产生理想的搅拌效果。缺氧池的MLSS=4000-6000mg/l。如果进一步提高污泥浓度,则要更加注意搅拌均匀的问题。

硝化液或者混合液回流的比例是根据缺氧池溶解氧(DO)浓度来定的,一般DO控制在0.2-0.4mg/L,去除氨氮主要在好氧池完成,需要培养活性污泥中的硝化细菌。

2.3好氧池溶解氧适当提高

好氧池是焦化废水处理的中心环节,即使是A/O/A/O工艺,第一级好氧池也是去除COD

和NH3–N的主要场所,第二级A/O主要是去除TN。好氧池的主要参数是溶解氧(DO)和沉降比(SV30),笔者认为,焦化废水好氧池比城市污水好氧池的溶解氧控制要高一些,原因是焦化废水难生化降解,对溶解氧的需求量大,硝化细菌更脆弱一些,因此保持高的溶解氧和沉降比,才能保证出口的COD和NH3–N的去除率。实践中还证明,高溶解氧比低溶解氧耗能高一些,但是,焦化废水的高溶解氧带来的结果是剩余污泥很少,有的企业很长时间不排泥,好氧池活性污泥仍然生长正常。剩余污泥排量少,减轻了污泥处理的压力,也算是一种经济补偿。建议:好氧池末端溶解氧控制在5.0-5.5mg/L,沉降比控制在45-60%,这样对系统稳定有好处,硝化细菌的数量活性保持稳定,出水NH3-N≤3mg/l。根据笔者统计,好氧池的HRT=90-100h,水深可以设计到7-8m,MLSS=4000-6000mg/L。好氧池如果处理效果差,检查沉降比、溶解氧和回流污泥浓度,总有至少一项不在建议范围。

焦化厂的风机绝大多数是离心风机或者罗茨风机,建议好氧池的风机尽早更换为高速悬浮风机,节能很明显。一个年产60万吨焦化厂的好氧池风机功率约是160kw,按照节能20%计算,每年节约的电费约是17万元,加上维护费,约20万元,一台高速悬浮风机的价格约是60万元,投资回收期不到3年,而且风机维护量很小,噪音很小,符合环保要求。

3.对焦化废水处理设备的认识

3.1隔油设备重点是重油分离要及时

隔油设备就是重力隔油池,有标准设计,现场的隔油池基本是一个模式,有的是增加了斜板,很快就被重油压坏了,所以,隔油池就是一个小的平流沉淀池。值得注意的是,下面的泥斗排泥不及时,就会造成泥斗被重油沉积而硬化,流动性很差,排泥不能正常。因此很多的隔油池,都是一个过水渠而已,每年趁大修时间,停产排空,用蒸汽加热下面的泥斗,用人工清掏的办法,彻底恢复泥斗的作用。建议:加高隔油池高度,加强重力排泥,排泥阀改成电动控制,定时定量排泥,保证隔油除油效果。水面的隔油板一般可靠,隔油效果稳定。

3.2气浮设备对除油作用明显

气浮设备一般焦化废水处理站都有的,有的气浮设备闲置多年不用。笔者认为,气浮设备是有必要的,主要用来除油,如果蒸氨塔前有可靠的除油措施,能保证水中含油量低于100mg/L,则可以在焦化废水处理站不设气浮池,气浮设备的作用主要是用来除油,可以不加药剂,就利用溶气气浮的原理直接除油,效果也能满足生产要求。有的废水中前期处理效果差,废水中含油量较大,链条刮泥机刮出来的浮渣流动性很差,需要用螺旋输送机排除浮渣。

笔者曾经将调节池的底部曝气管间断供风,也能起到浮油的作用。但是从水中分离出浮油,需要设计一个浮动排油槽。

3.3建议曝气设备改成可提升曝气头

曝气设备是焦化废水处理的重要工具,现场好氧池大多数的设计采用微孔曝气器,池底布置,水深5m。微孔曝气器有两大弊病,一是安装在池底,安装检修不方便,一旦更换或检修就要清空池子。二是微孔曝气器堵塞是不可避免的,曝气管采用的ABS管材也是容易老化,断裂是经常的。这几年微孔曝气器正在被其它先进的曝气设备所代替,例如旋流曝气器,H型曝气管。笔者建议,采用旋流曝气器改造现有曝气设备很方便。曝气头的材质为复合塑料,耐腐蚀耐高温老化,单头服务面积4m2,供风量0.25-0.35m3/min,支管直径DN20,入水部分采用不锈钢材质,因为供风支管和曝气头是一对一安装,所以,日常运行过程中可以随意调整风量,也可以很直观的根据水面波纹判断曝气头运转是否正常。根据笔者改造的工程实例检测,同一座好氧池,微孔曝气头改成旋流曝气头,总节约风量在20%以上,造价约500元/m2,焦化废水处理站的风机风量在夏天经常表现为风量不足,采用旋流曝气头正好可以避免这个问题。改造成旋流曝气器可以不动原来的系统,不用停水,就可以完成在线安装在线检修。

3.4沉淀设备是污水处理的枢纽环节

沉淀池是废水处理中的枢纽和中心环节,好氧池活性污泥回流要靠沉淀池分离出来的高浓度污泥,如果沉淀池处理效果差,则会造成一正一负的双重作用。首先,分离不好使污泥流失,活性污泥流失对焦化废水处理的影响是很明显的,因为好氧池本身每天产出来的剩余污泥量就很少,一旦流失,好氧池的污泥沉降比就会下降。偶尔沉淀池跑浑明显,短时间就会使沉降比降到20%以下,去除率下降,出水COD升高,随之氨氮也跟着升高。同时,出水悬浮物高,也或造成COD数值高。甚至超出排放标准。其次,沉淀分离效果差影响回流污泥浓度,回流污泥浓度低,好氧池的活性污泥浓度就下降,污泥沉降比也跟着下降。现场很多次发现,沉淀池异常时,回流污泥浓度沉降比在60%,正常的数值在90%以上。有时候为了达到回流污泥沉降比,可以间歇回流,因为连续回流保证不了污泥浓度。有很多二沉池水面漂泥,原因就是排泥不彻底,池内泥面上升,把刮泥刀埋没,泥面没有水位差,刮泥桁架不能把所有污泥集中到泥坑,池底污泥腐败上浮。

现场调研发现,辐流式的二沉池三角堰出水不均匀,从中心筒进水分配到圆周,应该是360度均匀的,由于三角堰不平,导致水走短路,圆周上收集槽不能均匀收水,有的二沉池圆周上只有1/6三角堰出水,5/6的三角堰不出水。焦化废水二沉池三角堰配水量和市政污水二沉池相比本来就很小,一旦水走短路,偏流很明显,分离效果很差。笔者在现场多次找平圆周三角堰的水平高差,对降低出水悬浮物收到明显的效果。

从设计方面分析,沉淀池设计参数存在不统一,凭经验,虽然池型都是小型辐流式沉淀池,但是具体结构设计随意性很大。见表1-6。

3.4.1沉淀池的设计规范

《室外排水设计规范》(GB50017-2014)关于沉淀池的设计参数。

《焦化废水处理技术规范》(HJ2022-2012)

《炼焦化学工业污染防治可行技术指南》(HJ2306-2018)

a)一级生物脱单处理技术

“……二沉池表面水力负荷一般为1.0-1.5m3/m2·h(活性污泥法)或1.5-2.0m3/m2·h(生物膜法),沉淀池时间一般为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:

从《技术指南》的条文来看,指标有所调整,但是参数的上限仍然没有突破。

3.4.2设计的实际参数

而实际上,某焦化集团的焦化废水处理站关于二沉池的设计参数,却是另一个参数。



对照规范数据和实际数据看出,设计不按照规范来选择,而是根据焦化废水的特点设计的,而且设计的随意性很大。沉淀池设计参数偏离规范数据,表面水力负荷太低,停留时间太长,另据分析,二沉池漂泥也是因为停留时间太长,废水在二沉池内完成了反硝化过程,氮气逸出,带着污泥上浮至水面。

笔者调研了某钢厂焦化厂、某某焦化厂废水处理站的沉淀池数据。

笔者发明了一种新型高效沉淀池,沉淀原理应用了新的混凝理论,高效沉淀池内又高又厚的污泥悬浮层为提高分离效率发挥了作用。显著的高径比提高了底流固含,排泥浓度可以达到5%以上。填料层的设计增加了上流阻力,提高了水流的断面均匀性,又相当于增加了空间絮体浓度,增加了颗粒碰撞机会,进一步拦截细小的絮体。高效沉淀池的这些特点,使其具备了在固液分离场合具有独特的作用,扩大了适用范围。

在焦化废水处理中应用的结果证实,高效沉淀池可以代替传统的幅流式沉淀池,具有占地小,出水水质好,效率高的特点,可以更广泛的使用。高效沉淀池的设计参数明显优于普通辐流池的实际参数,而且,实际运行数据又符合有关技术规范的数据。

3.4.3高效沉淀池设计参数

无论从设计参数还是现场测试结果来看,在焦化废水处理工艺中,高效沉淀池都是可以选择的。

4.结论

1.焦化废水预处理很重要。厌氧池的作用不大,建议改造成预氧化池,氧化硫氰化物,减少对后续生化处理的毒性作用。预氧化池后设计初沉池,初沉池污泥回流更进一步提高COD去除率。

2.缺氧池搅拌最重要,有无填料并不重要。硝化液(混合液)回流量靠缺氧池的溶解氧浓度控制。潜水搅拌器普遍搅拌不太均匀,建议对在役的缺氧池增加搅拌器。

3.好氧池维持比较高的溶解氧,比较高的污泥沉降比,保持高浓度的活性污泥,有利于去除氨氮,绝大部分的污染物氧化分解要在好氧池完成。

4.曝气设备建议设计或者改造成旋流曝气器,在线安装在线检修,节约风量,方便运行控制。

5.沉淀池是生化处理的中心环节,混合液携带活性污泥要在二沉池完成固液分离,分离效果直接影响到污泥回流,二沉池的水力流态要重视。高效沉淀池可以有效完成混合液固液分离过程,稳定出水指标,保持污泥回流浓度。占地少,效率高,施工工期短,是焦化废水处理工艺提标改造的一种选择。

作者:余承烈,李新红,韩温堂,丁颖卓,李鹏,周鹏,李晨曦,刘晨斌

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