焦化废水处理技术与工艺

行业现状及焦化污水特征

       焦化废水是炼焦、煤气在高温干馏、净化及副产品回收过程中，产生含有挥发酚、多环芳烃及氧、硫、氮等杂环化合物的工业废水，是一种高CODcr、高酚值、高氨氮且很难处理的一种工业有机废水。其主要来源有三个：一是剩余氨水，它是在煤干馏及煤气冷却中产生出来的废水，其水量占焦化废水总量的一半以上，是焦化废水的主要来源;二是在煤气净化过程中产生出来的废水，如煤气终冷水和粗苯分离水等;三是在焦油、粗苯等精制过程中及其它场合产生的废水。

       焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。焦化废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物，砒咯、萘、呋喃、眯唑类属于可降解类有机物。难降解的有机物主要有砒啶、咔唑、联苯、三联苯等。

      焦化废水的水质因各厂工艺流程和生产操作方式差异很大而不同。一般焦化厂的蒸氨废水水质如下：CODcr3000-3800mg/L、酚600-900mg/L、氰10mg/L、油50-70mg/L、氨氮300mg/L左右。如果CODcr按3500mg/L计，氨氮按280mg/L计，则每吨焦炭最少可产生0.65kgCODcr和0.05kg氨氮，全国机焦产量为7000万吨，则每年可产生45500吨CODcr和3500吨氨氮，如果污水不处理，将对环境造成多么大的污染。

一般原水水质及设计处理工艺

       焦化厂以煤为原料制备焦炭，需要新鲜水补充洗煤、熄焦、冷鼓、锅炉蒸汽中，会产生成分复杂、毒性大的焦化废水。

       焦化废水主要包括洗煤废水、熄焦废水、蒸氨废水、焦油加工废水、煤气终冷循环水、粗苯分离水、精苯分离水、硫铵废水及其他废水。

       焦化废水的处理一般是采用单处理技术或几种简单工艺技术的组合。具体是：

       1、熄焦废水

      处理方法：微生物处理技术等。

      2、蒸氨废水

     处理方法：好氧生化法、GAC吸附法、Fenton氧化法、粉末活性炭(PAC)吸附等。

     3、洗煤废水

     处理方法：洗煤废水浓缩-压滤、混凝沉降技术、电处理技术、微波处理技术、微生物处理技术等。

     4、化工废水

    处理方法：活性污泥法、生物强化技术、超临界水氧化等。

    另外，还有一种是从源头治理废水，使废水的产生逐步减少、最终到零，即焦化废水减量化技术。具体是：

    1、 粗苯分离水

   处理方法：负压蒸馏。这样降低苯的沸点，节省热量；但同时采用热循环油供热，减少废水产生。

    2、 熄焦废水

    处理方法：干熄焦技术。利用惰性气体代替水来熄灭红焦，减水量0.5t/吨焦炭。

    3、 硫铵废水

    处理方法：焦化厂煤气终冷工序冷凝液的回收利用。硫铵工序补充的软水最终以剩余氨水的形式存在，利用煤气终冷工序的冷凝液代替饱和器外来补充软水，可以减少焦炉煤气的剩余氨水量处置负荷。

    4、 蒸氨废水

   处理方法：导热油蒸氨技术。利用270℃左右的导热油，把蒸氨塔排出的部分废水加热成蒸汽，进行蒸氨，代替直接蒸汽蒸氨，减水量0.3t/吨焦炭。

处理简介及工艺流程

  1.1水量及水质分析

      焦化废水和甲醇废水污染物种类繁多，成分复杂，从废水水质来看，处理难度较大的是焦化废水，其特点是：

      1、水量比较稳定，水质则因煤质不同、产品不同及加工艺不同而异；

      2、废水中有机物质多，多环芳烃多，大分子物质多。有机物质中酚、苯类、有机氮类、萘等。无机物中浓度比较高的物质有：NH3-N、SCN-等；

      3、废水中COD较高，可生化性差，属可生化较难降解废水；

      4、焦化废水中氨氮含量较高。如不增设脱氮处理，难于达到排放要求。

 1.2污水处理工艺流程选择

 1.2.1选择思路

    根据上述进出水水量水质情况，我方考虑污水处理工艺的选择必须依照如下思路：

   （1）根据本工程污水的水量和水质，总体思路采用较成熟可靠的处理工艺；

   （2）采用有效的预处理措施，提高废水的可生化性，降低运行成本。

   （3）工艺流程简捷、工程造价低、运行经济、便于管理。

  1.2.2工艺流程选择

      从废水水质指标来看，此废水宜采用“物化+生化+物化”的处理工艺。物化处理的主要任务是去除氰化物、硫化物和油类，保障生化处理的正常进行；生化处理的主要任务是降解废水中的可生化降解物质，并进行脱氮；生化出水再进行物化处理，进一步去除废水中污染物质，确保达标排放。

     但物化和生化处理工艺种类较多，各有特点，如何因地制宜选择成熟、可靠、合理的处理工艺，合理布置，降低投资和处理费用，是本项目的关键。

     A、预处理工艺

     预处理包括重力除油、浮选除油、水质均化、事故调节及分离油的处理与处置等。污水先经重力除油除去重油，再经浮选除去轻油，蒸氨污水因在蒸氨前进行了过滤，故直接送气浮池。浮选除油采用部分水溶气法，并投加化学药剂，气浮池安装释放器。脱除了乳化油及浮渣后调节池出水进调节池，进行下一步处理。

     B、生化工艺

     生化法可分为普通活性污泥法、A/O法、A2/O、SBR法，以及它们的各种变体。其中（1）普通活性污泥法在过去采用较普遍，但是由于焦化废水的可生化性差，难以使COD及氨氮达标。即使延长废水在好氧池中的停留时间，也不可能使氨氮达到一级标准。（2）A/O法对氨氮有很好的去除效果，但由于焦化废水的COD较高，可生化性差，难以使COD达标。（3）SBR法操作复杂，针对性不强，同时去除COD和氨氮的效果不好。（4）A2/O法既可以先改善废水的可生化性，又可以高效地去除氨氮，因此，它非常适合处理焦化废水，为焦化废水的首选方案。

      同时，为了提高COD及氨氮的去除率，处理焦化废水时在A2/O后加接触氧化法或二级氧化法，即A2/O2。

     1.3推荐的工艺流程

     根据以上分析比选，选定该以A2/O2的生化方案为核心的处理工艺，辅之以隔油、气浮预处理设施和混凝沉淀后处理设施，确保出水达标排放。

     1.4工艺流程图框

     1.5工艺流程简述

    格栅安装于废水处理系统的进水口，用于截除水体中粗大漂浮物和树枝、杂草和碎木、塑料制品废弃物和生活垃圾等杂质，达到保护机泵安全运行、减轻后续工艺负荷的目的。污水经格栅自流入集水池，在集水池内设置提升泵，定期将废水提升至后续处理工序。同时设置事故池，当水中氨氮含量超过正常允许范围可能对后续的生物处理造成危害时，先将废水送到事故池存放，待正常后，将事故池废水少量按一定比例混到正常工况排出的废水中，缓慢处理，以保证厌、好氧工序的正常运行。

    集水池废水提升至隔油池进行处理，轻油上浮排入集油桶中，重油靠静压排入池外集油桶。隔油池出水自流入气浮装置，先经加药絮凝反应后，在气浮装置内可将轻油有效的去除，一部分COD、BOD也得到去除，保证了后面生化处理的正常进行。

   气浮池出水自流入调节池，调节池设计足够长的停留时间，以保证足够大的有效容积，并辅之以空气搅拌装置，使废水均质均量，便于生物处理的稳定。

   调节池废水提升至A2/02段，进行生化反应，降解废水中的有机物和氨氮。A2/02工艺原理简介

   A2/02工艺的前身是A2/0工艺，它是在A2/0工艺的后面加二级好氧法，以进一步提高有机物的去除率和氨氮的硝化率。A2/0是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。A2/0工艺核心是在厌氧-好氧工艺（A/O）中间加一缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端。该工艺同时具有脱氮除磷的目的。

   厌氧段（A段）：

   废水首先进入厌氧池，废水中难以降解的芳香族有机物在厌氧段开环变为链状化合物，链长化合物开链为链短化合物。由于焦化废水中含有大量的喹啉、吡啶和异喹啉等难降解的化合物，设置厌氧段的目的主要是借用厌氧生物对多环类化合物的变构或解链作用，把好氧和兼氧生物难降解的某些物质转化为易降解的物质。

   缺氧段（A段）：

   经过厌氧反应的废水进入缺氧池中，同时还有一部分通过好氧处理的硝化液（混合液）回流至缺氧池，在缺氧池内进行反硝化。反硝化菌氧化有机物的同时，将混合液中的亚硝态氮和硝态氮还原为氮气而除去。

   好氧段（O段）：

  在好氧池中，有机物被微生物生化降解，去除率较高。同时，废水中的氨氮被硝化菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。通过硝化后另一部分混合液经二沉池进行固液分离，清液进一步处理后排放，污泥部分回流到厌氧池。

  接触氧化（O段）：

  为了提高COD及氨氮的去除率，处理焦化废水时在A2/0法后加接触氧化法或二级氧化法，称为A2/02。

  接触氧化池出水SS较高，经加药絮凝反应沉淀后可达标排放。

 1.6污泥处理工艺方案选择

  1.6.1污泥性质分析

     本污水处理过程中产生的污泥主要为生化污泥和化学污泥。

  1.6.2污泥处理工艺方案的比较

     污泥是污水处理过程的产物，是整个污水处理站的重要组成部分，处理目的在于降低污泥含水率，减少污泥体积，达到性质稳定，并为进一步处置创造条件。

  1.6.3污泥处理总体流程选择

    污泥处理的一般流程为：浓缩→消化→脱水→干化→处置。

    考虑到若采用消化处理，需增加消化池、加热系统、搅拌、沼气处理等一系列构筑物及设备，投资增加，经济效益差。因此本设计不考虑污泥的消化处理。

  1.6.4污泥脱水方式的选择

   目前国内污泥脱水装置主要有以下几种形式：

 ◎ 真空过滤

   真空过滤脱水机可以连续处理，自动控制，但其附属设备多，过滤滤布需定期反冲清洗，操作工序复杂，滤布亦容易堵塞，脱水后污泥含水率高，一般仅用于消化污泥脱水，故本工程不宜采用。

 ◎ 板框压滤

   板框压滤脱水效果好，经脱水后污泥含水率较低，只能间歇操作。板框压滤设备费用高，运行管理复杂。

 ◎ 污泥干化池

   严格来说，污泥干化池应叫作污泥过滤场，因本污水处理站产生的污泥粘度大，与水不容易分离。另外污泥干化池占地面积大，泥水分离效率较低，污泥清理不方便，故在本工艺设计中不予采纳。

 ◎ 带式压滤

   带式压滤机是目前较为广泛使用的污水脱水设备，污泥处理具有效果稳定等特点。

 ◎ 离心脱水机可连续封闭运行，比较卫生，但是单机电机功率大。

  1.6.5污泥处理与处置方案的确定

      综合上述分析，本工程污泥脱水采用污泥浓缩池浓缩和带式压滤机脱水相结合的方案。沉淀池剩余污泥全部排入污泥浓缩池，上清液回流至调节池，浓缩后的污泥由污泥泵提送至带式压滤机脱水，脱水后污泥含水率为75%～80%左右，泥饼外运，滤液回流至调节池。

 2，工艺特点

  1、该系统抗冲击负荷能力强，运行稳定。

  2、该工艺适用于有机物浓度高、废水的可生化性差、同时需脱氮的工业废水。

  3、该工艺在厌氧段不仅可以在运行成本比好氧法相对较低的情况下去除水中的有机物，还可以大大改善废水的可生化性，为后续的处理做准备。

  4、厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮的功能。

  5、在厌氧、缺氧、好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，不会发生污泥膨胀现象。

  6、运行成本相对较低。

  7、缺点是为使硝化液循环，需设硝化液循环系统。