AO/OAO/ Fenton 兩級生物法處理工業園區內焦化廢水

北極星水處理網訊:摘 要: 針對某市工業園區 5 000 m³ / d 焦化廢水處理出水水質難以穩定達標的問題，首次採用「前端各廠 AO 預處理—後端園區 OAO + Fenton 深度處理」的工藝模式，極大地提高了系統抗衝擊能力，保障工業園區內焦化廠熄焦用水穩定達標。工程調試運行表明，兩級生物處理模式解決了焦化廢水生物系統易衝擊問題，最終出水 COD、NH₄⁺－ N、TN 分別降至 20 ～ 30、＜ 2、＜ 10 mg /L，去除率分別高達 99% 、98% 、95% 。同時，出水 COD、NH +4 － N、TN、TP、氰化物、硫化物、揮發酚、油類均優於《煉焦化學工業汙染物排放標準》( GB 16171—2012) 直排標準，並達到膜前標準，為焦化廢水零排放奠定了基礎。

關鍵詞: 焦化廢水; 兩級生物處理; 硝化反硝化; 抗衝擊能力

焦化廢水是一種典型的有毒/難降解工業廢水，是煤在高溫乾餾、煤氣淨化和副產品回收和精製過程中產生的，除含有高濃度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等無機汙染物外，還含有酚類、吡啶、喹啉、多環芳烴( PAHs) 等有機汙染物［1 － 2］。目前，工程中焦化廢水 處 理 工 藝 主 要 有 AO［3］、AO － 接觸氧化、OAO［4］、AOAO［5］等。金濤等［6］通過工程改造表明，採用 AO 工藝處理焦化廢水，COD 和 NH₄⁺－ N 去除率分別達到 94． 7% 和 97% 。李歡等［7］採用 AOO 工藝處理焦化廢水，出水 NH₄⁺－ N 降至 5 mg /L 以下，COD 及 TN 去除效果較差。因受煤質、爐頂溫度和蒸氨工藝影響，焦化廢水水質水量極不穩定，生化處理易受衝擊，導致熄焦水無法長期穩定達標，大量有毒有害汙染物隨著熄焦過程排放到大氣環境。某焦化工業園區 5 000 m³ / d 汙水集中處理項目，首次提出「前端各廠 AO 預處理—後端園區 OAO + 深度處理」模式，具有較強的抗衝擊負荷能力，徹底解決了工業園區內 5 家焦化廠熄焦水穩定達標問題，為焦化廢水零排放奠定基礎。

1 工程概況

某市工業園區內現有 5 家焦炭生產企業，設計年產焦炭 550 × 104 t，每年排放近 200 × 104 m³ 高濃度含酚、含硫氰化物、含氮的焦化廢水。5 家焦化廠生產廢水汙水廠已建成，因水量波動及管理等問題，出水水質無法達到國家相關標準( 見表 1) ，故統一建設園區汙水處理廠。

2 工程設計方案

2. 1 設計水量和水質

工程設計規模為 5 000 m³ / d，主要用於集中處理預處理後的焦化廢水。依據《煉焦化學工業汙染物排放標準》( GB 16171—2012) 直排標準，設計進、出水水質見表 2。

2. 2 工藝流程

採用兩級處理模式，前端各廠預處理後廢水排入園區汙水處理廠進行深度處理，工藝流程如圖 1所示。各焦化廠原水經前端生化預處理，進入園區調節池，經一級好氧處理去除部分 COD 及氨氮，出水進入缺氧池反硝化脫除總氮，由調節池分流部分進入缺氧或投加適量葡萄糖提供反硝化碳源，再經二級好氧進一步脫除殘留汙染物。殘留難生物降解汙染物經原位吸附池和強化 Fenton 氧化池加以去除，為保證熄焦池水質達標，出水最後經活性炭吸附塔後回至各焦化廠熄焦。

2. 3 主要處理單元設計

2. 3. 1 前端各廠預處理系統

利用前端各焦化廠生化 AO 處理系統，主要流程為 調 節 池 ( 2000 m³ ) /AO ( 4000m³ ) /二沉池( 500 m³) ，為園區深度處理做預處理，去除廢水中抑制硝化及反硝化菌屬生長的 SCN^－ 、酚類、CN ^－等，提高整個焦化廢水處理系統的抗衝擊能力。

2. 3. 2 園區深度處理系統

① 調節池及事故池

調節池主要對 5 家焦化廠預處理後的廢水進行收集，並調節水質水量。設計尺寸為 40 m × 30 m ×6． 5 m，有效容積為 7 000 m³，鋼筋混凝土結構，共 1座。配有提升泵3 臺( 1 用2 備) ，Q = 300 m³ / h，P =210 kPa，N = 22 kW。另設有事故池 1 座，尺寸為 45m × 37 m × 6． 5 m，有效容積為 1 000 m³。

② 一級好氧池和一級沉澱池

一級好氧池共 2 座，設計尺寸為 35 m × 12 m ×6． 5 m，有效容積為 5 000 m³，鋼筋混凝土結構，推流式運行，水力停留時間為 24 h，配有可提升式矽橡膠膜微孔曝氣管。配羅茨鼓風機，Q = 30 m3 /min，P =6． 5 kPa，N = 45 kW，2 用 1 備。

一級沉澱池 1 座，設計尺寸為 20 m × 4． 1 m，有效容積為 800 m³，表面負荷為 0． 83 m³ /( m²·h) ，配備有中心傳動刮泥機，直徑為 20 m，線速度為 3m /min，減速機功率為 0． 75 kW; 配汙泥回流泵，Q =300 m³ / h，P = 210 kPa，N = 22 kW，1 用 2 備，汙泥回流至好氧首端，回流比為 50% 。

③ 二級缺氧池和二級好氧池

二級缺氧池 1 座，主要進行反硝化脫氮，設計尺寸為 20 m × 17 m × 6． 5 m，有效池容為 4 000 m³，停留時間為 20 h，鋼筋混凝土結構，配有水下攪拌器 4套，功率為 7． 5 kW。配有碳源儲罐以及碳源投加計量泵 2 臺( 1 用 1 備) ，向缺氧池投加適量碳源。

二級好氧池 1 座，設計尺寸為 20 m × 13 m ×6． 5 m，有效池容為 3 000 m³，停留時間約 14 h，鋼筋混凝土結構，配有可提升式矽橡膠膜微孔曝氣管，曝氣與一級好氧曝氣由鼓風機房共同提供。

④ 二級沉澱池

二級沉澱池 1 座，設計尺寸為 20 m × 4． 1 m，有效容積為 800 m³，表面負荷為 1． 04 m3 /( m²·h) ，配備有中心傳動刮泥機，直徑為 20 m，線速度為 3m /min，減速機功率為 0． 75 kW; 配汙泥回流泵，Q =300 m³ / h，P = 210 kPa，N = 22 kW，1 用 2 備，汙泥回流至二級缺氧首端，回流比為 100% 。

⑤ 原位吸附池和強化 Fenton 氧化池

原位吸附池主要通過投加適量淨水劑，去除部分 COD 以及 SS，設計尺寸為 4 m × 8 m × 4 m，停留時間為 45 min，鋼筋混凝土結構。配有 4 臺攪拌機，功率為 3 kW; 溶藥池尺寸為 5 m × 4 m × 6 m; 淨水劑儲罐容積為 15 m³，螺杆泵 3 臺，功率為 1． 5 kW，流量為 2 m3 / h，1 用 2 備; 硫酸儲罐容積為 10 m³，計量泵 3 臺( 2 用 1 備) ，流量為 125 L / h。強化 Fenton 氧化池設計尺寸為 4 m × 8 m × 4m，停留時間為 45 min，鋼筋混凝土結構。配 4 臺攪拌機，功率為 3 kW; 溶藥池尺寸為 5 m × 4 m × 6 m;催化劑儲罐容積為 15 m³，螺杆泵 3 臺( 1 用 2 備) ，功率為 1． 5 kW，流量為 2 m³ / h; 雙氧水儲罐容積為10 m³，計量泵 2 臺( 1 用 1 備) ，流量為 125 L / h; 硫酸儲罐容積為 20 m³，計量泵 3 臺( 2 用 1 備) ，流量為 125 L / h; 液鹼儲罐容積為 15 m³，計量泵 3 臺( 2用 1 備) ，流量為 125 L / h。

⑥ 原位吸附和強化 Fenton 氧化沉澱池

原位吸附及強化 Fenton 氧化沉澱池的設計尺寸及參數參照二級沉澱池。

⑦ 可再生活性炭吸附塔

可再生活性炭吸附塔主要強化去除水體中殘留的汙染物，是焦化廢水處理系統最後一道保障。設計塔高為22 m，底面積為10 m²，流速為8 m / h，不鏽鋼結構，共 3 座。進水方式為下進上出，四周進水，防止短流。配有化工泵 4 臺( 2 用 2 備) ，Q = 170

m³ / h，P = 500 kPa，N = 22． 8 kW。

⑧ 汙泥濃縮池

汙泥經濃縮後送往壓濾機房進行脫水處理，包括生化系統剩餘汙泥、原位吸附池和強化 Fenton 氧化池產生的化學汙泥。設計尺寸為 20 m × 5． 9 m，共 1 座，鋼筋混凝土結構。配疊螺式汙泥脫水機及附屬設備，處理量為 20 m³ / h，出泥含水率為 80% ，共 3 臺( 1 用 2 備) 。

3 調試與運行效果

為滿足工業園區內 5 家焦化企業正常生產熄焦用水量，園區需在 1 個月內將處理量由最初的 1 000m³ / d 提升至 5 000 m³ / d。由於前端 5 家企業生化系統對 COD 具有一定去除能力，對氨氮及總氮脫除效果較差，焦化廢水進入園區汙水廠後，COD 去除負荷較低，氨氮及總氮去除負荷較高。調試過程中，園區一級好氧汙泥回流比為 50% ，二級好氧汙泥至缺氧回流比為 100% 。

3. 1 日處理量提升及硝化負荷分配

園區生化段 COD 去除負荷較低，主要受到硝化負荷的限制。針對焦化廢水硝化負荷的工程數據較為缺乏的問題，水量提升前，經批量試驗評價園區一段、二段的汙泥硝化負荷分別為 15． 98、21． 24kgNH ₄⁺ － N / h。調試後，處理量為 4 000 m³ / d 時，一段、二段汙泥硝化負荷分別提升至 35． 33、33． 35kgNH₄⁺－ N / h。以試驗數據為基礎，指導工程中硝化負荷的提升，結果見圖 2、3，可見該方法可以快速提升水量以及硝化負荷且保持硝化效果穩定。

3. 2 COD、NH ₄⁺ － N 去除效果

系統對 COD、NH₄⁺ － N 的去除效果分別見圖 4、5。如圖 4 所示，強化 Fenton 出水 COD 已降至 60 ～70 mg /L，去除率達 97% 以上，再經活性炭出水後COD 低至 20 ～ 30 mg /L，去除率高達 99% 。如圖 5所示，園區二段二沉池出水氨氮長期保證在 6 mg /L以下，活性炭出水穩定在 2 mg /L 以下，去除率達98% 。園區汙水廠回水至各焦化廠熄焦用水 COD、NH ₄⁺ － N 可以滿足熄焦池水標準，降低熄焦過程中產生的揮發性有機物，提高焦炭品端 5 家汙水廠遇到多次衝擊，前端響，但園區汙水廠依舊穩定運行。

3. 3 反硝化總氮去除效果

總氮去除效果見圖 6。

硝化調試完成後，水量主要進入一段好氧池，如圖 5 所示，NH ₄⁺ － N 在一段好氧基本降解完成，在二段缺氧池進行反硝化，無需增加硝化液回流管線。生物脫氮過程中，COD ∶ TN = 4 ～ 6 無需外加碳源，但本工程碳源不足，需要投加一定碳源。如圖 6 所示，脫氮穩定後，園區二沉池出水總氮在 30 mg /L 以下，基本穩定在 20 mg /L，最終活性炭出水總氮在 10mg /L 以下，脫氮效率在 95% 以上。

3. 4 最終出水水質

調試完成後，隨機抽取 3 天園區最終出水水質，平均值如表 3 所示。從表 3 中數據可以看出，園區出水水質均遠低於《煉焦化學工業汙染物排放標準》( GB 16171—2012) 直排標準，且滿足工程設計標準。

4 結語

工業園區內焦化廢水「前端各廠預處理—後端園區深度處理」兩級處理出水指標均滿足《煉焦化學工業汙染物排放標準》( GB 16171—2012) ，處理效果穩定良好，奠定了焦化廢水零排放基礎。

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