焦化厂酚氰污水处理新技术应用与实践

李增强，葛平

(济钢国际工程技术有限公司，山东济南250101)

摘 要：济钢焦化厂酚氰污水处理采用气浮、陶瓷过滤器、A2／O2、电吸附脱盐模块工艺处理。当原水苯酚质量浓度≤200mg／L时，去除率高达99．9％；氰化物质量浓度≤20mg／L时，去除率在99．65％以上，CODCr的质量浓度不超过3800mg／L，NH3—N的质量浓度低于300mg／L时，去除率均在98％以上，均能达到《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456—1992)的一级标准。当原水CODCr、NH3—N浓度波动较大、特别是高于以上值时，系统的处理能力受到影响，出水水质严重恶化。另外，使用发现陶瓷过滤器和电吸附脱盐模块均有脱色作用，去除机理尚待研究。

关 键 词：微气泡气浮；A2／O2工艺；硝化；反硝化；酚氰污水处理

1 前言

焦化酚氰污水是在生产焦炭、煤气、焦油及焦化产品深加工过程中产生的，而且有机污染物成分复杂，含有多种无机和有机化合物污染物质，其中无机化合物主要含有大量氨氮类、硫化物、氰化物等；有机化合物主要有酚类，单环及多环芳香族化合物，同时也含有氮、硫、氧等杂环化合物等。有机物主要以酚类及其衍生物、苯类及其衍生物，吡啶类、苯胺类、喹啉类、吲哚类化合物等为主，约占有机物总量的80％以上[1]，属有毒有害高浓度有机废水，处理难度很大。污水中污染物浓度高，难于物化和生化降解，因焦化酚氰污水中氨氮含量高，致使生物处理净化所需的氮源过剩，碳源不足。由于污染物浓度高，使焦化酚氰污水处理后达标是很困难的。焦化酚氰污水排放量大、危害大，特别是多环及杂环芳香烃不但难以降解，通常多是“三致”性物质，不但会对环境造成严重污染，同时也直接威胁到人类的生命与健康，必须对其进行有效治理。

2 焦化酚氰污水的水量、水质和设计进出水水质指标

济钢集团公司现有焦炉9座，实现全干法熄焦以后焦化酚氰污水已没有出路。酚氰污水有机污染物浓度高，毒性大，BOD5／COD值低，一般为0．3—0．4[1]污水的可生化性差。2007年济钢决定建设焦化酚氰污水处理项目，要求处理后的出水水质指标基本达到《山东省钢铁工业污染物排放标准(DB37)》的要求，作为高炉冲渣水系统补充水。

污水的水量：日平均污水量200m3／h；污水处理设施设计的进出水水质指标见表1：

3 污水处理新工艺流程

根据济钢焦化酚氰污水的特点和山东地方标准对环保的严格要求，设计采用了微气泡气浮装置和节能陶瓷过滤新技术设备，强化预处理效果；生化处理采用A2O2工艺[2]；生化池出水采用混凝沉淀过滤池[3]；最后再经过电吸附模块羟基氧化分解难降解COD和脱盐处理[4，5]。主要工艺流程如图1。

4 工艺技术特点

自焦化厂污水收集池泵送来的酚氰污水先进入微气泡气浮装置，产生大量的5～30μm的微气泡气浮去除SS、油类及未溶解的COD类污染物，余压进入节能陶瓷过滤器过滤，强化了预处理。过滤后自流进入调节水池(事故水池)，由污水泵提升后进入厌氧池、缺氧池及二级好氧池，去除酚、氰化物、COD、NH3—N及硫化物等污染物。出水进入混凝沉淀过滤池沉淀过滤后进入中间水池。过滤后的出水虽然很清澈，但COD含量仍然超过100mg／L，而且水中的溶解性固体含量高，用泵加压后进入电吸附模块进行强氧化和脱盐处理，之后出水中的COD基本接近《山东省钢铁工业污染物排放标准(DB37)》的要求，水中的溶解性固体含量也能够满足回用标准的要求，全部回收利用。该工艺污泥产生量较少，经污泥处理系统压成泥饼晾干后送垃圾处理厂焚烧处理。

(1)微气泡气浮装置

利用高度分散的微小气泡作为载体粘附水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固—液或液—液分离的过程。具有：溶气效率高95％、气泡粒径小3～5μm、表面负荷高10m2／m2·h等各参数均优于传统的溶气气浮。能有效去除SS、油类和未溶解性有机物。

(2)节能陶瓷过滤器

核心技术是：过滤容器的内部结构，创新的过滤材料具有巨大的表面积，逐点脉冲气水反洗技术与设备，控制技术与程序软件，去除悬浮物的整体解决方案。具有过滤阻力低0．2—0．5m、过滤周期同比延长3—5倍、反洗能耗降低80％、反洗水降低80％、滤料层不漏料不板结、过滤精度可以达到0．1μm。再进一步去除SS、油类和未溶解性有机物，为提高生化处理效果创造良好条件，事半功倍。

(3)厌氧池

水解厌氧处理是在无氧条件下，借兼性菌和专性厌氧菌对多环芳香族化合物开环变为链状化合物，链长化合物开链为链短化合物，并且对氰化物及硫化物的水解作用。因为，焦化酚氰污水中含有大量的喹啉、吡啶、异喹啉、对二甲苯、苯胺、吲哚等难降解有机化合物，通过厌氧段的处理能有效提高污水的处理效果。为防止厌氧菌流失，提高厌氧污泥浓度，池内设有蜂窝状填料固着厌氧微生物。为使污水与厌氧微生物充分接触，池内安装了厌氧生物反应器。厌氧池内溶解氧的浓度为0．2mg／L，HRT≥20h，需适当投加营养盐满足厌氧菌的新陈代谢需求。

(4)缺氧池

缺氧反应器的主要功能就是去除COD和NO3-—N。在缺氧反应器中，主要反应来自好氧池回流的NO3-—N为电子受体，以有机物碳源为电子供体，将NO3-—N还原成N2，同时降解有机物。本段大量存活的微生物为兼性菌和异养菌，为使污水与污泥二相充分接触，达到传质效果，池内安装了混合反应器。缺氧池内溶解氧的浓度为0．5mg／L，HRT≥18h，PH在6．5～8．5范围内，最佳温度25～30℃，反硝化脱氮能够为好氧硝化反应补充一半碱度；设有碳源(甲醇／葡萄糖)投加设施，运行初期按需往缺氧池内补充碳源。

(5)好氧池

在好氧曝气阶段，因进水的有机物浓度高，在生化反应的初始阶段异养菌属于优势菌种。大量的异养菌(如钟虫和轮虫)在好氧条件降解污水中的高浓度有机物，同时自身不断繁殖；当水中可降解的有机物消耗殆尽时，自养硝化菌取代异养菌成为优势菌种。好氧硝化菌在有氧的条件下将氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。

为避免出现一级好氧池起端供氧速率始终低于好氧速率的情况发生，采用多点配水的措施，采用曝气器和离心风机供氧。好氧池内溶解氧的浓度为3～5mg／L，HRT≥45h，PH在8．0～8．5范围内，最佳温度25～30℃，MLVSS浓度(Xa)为3000～4000mg／L，Xa／X=0．7，污泥回流比取(60～100)％，混合液回流比取(300～600)％，污泥龄大于20d，好氧池内需要投加投加碱液以维持PH值，因为完全氧化1g氨氮需消耗7．14g碱。

(6)沉淀过滤池

将多个陶瓷滤料的过滤单元按照一定的规律放置于二沉池内，形成同时具有沉淀与过滤功能的沉淀过滤池，依靠沉淀池进出水位差进行过滤，通过反洗风机对过滤单元逐个轮换反冲洗，沉淀池定期虹吸排泥。

沉淀过滤池设计参数：滤速10～15m／h，过滤精度100／μm，仅依靠进出水位差实现过滤，反冲采用曝气池压缩空气，反洗水量仅为传统过滤池的10～15％；非溶解性COD去除率40～50％，表面负荷5～10m3／m2·h，反洗周期≥72h，进水SS≤100mg／L，出水SS≤5mg／L，运行费用≤0．01元／m3·水。

(7)电吸附脱盐模块

工作原理：原水在阴、阳极之间流动时受到电场的作用，水中带电粒子分别向电性相反的电极迁移，被该电极吸附并储存在双电层内。同时，随着电极吸附带电粒子的增多，带电粒子在电极表面富集浓缩，从而使水中的溶解盐类、胶体颗粒及其带电物质滞留在电极表面，实现溶解盐离子与水的分离，获得净化／淡化的出水。当阴阳极交换，电极板上浓缩的离子用反洗水冲走，成为浓盐水。

技术特点：极板之间的宽度在毫米级，电压取2～4V，电极板使用寿命长(>5年)，不添加任何药剂，浓水中COD含量比进水低～50％。在电极加电时，能够吸附水中的带电的有机物和还原性离子，同时在电极上产生带有强氧化性的羟基自由基，能够将部分有机物分解为小分子有机物，并将部分小分子有机物分解为无机组分，从而达到降低COD的目的。济钢焦化酚氰污水中电导率很高为3600μS／cm，产水平均电导率660μS／cm，电导率平均去除率为81．7％。

(8)污泥处理系统

来自接触氧化池、二次沉淀池的污泥进入二座钢筋混凝土结构的污泥浓缩池，浓缩后的污泥(含水率为99．2％左右)由污泥泵送至污泥脱水机(离心脱水机)进一步脱水，脱水后的泥饼(含水率为≤85％块状)外送济南市垃圾焚烧厂综合处治。

5 运行效果

济钢焦化酚氰污水实际进水量195m3／h，各项出水水质指标基本达到设计值，污水化验分析结果显示，污水经A2O2生化系统处理后，经混凝沉淀过滤池处理后出水基本达到《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456—1992)中一级排放限值要求。沉淀过滤池出水再经电吸附模块脱盐及羟基氧化处理出水水质指标基本达到《山东省钢铁工业污染物排放标准(DB37)》的要求，作为高炉冲渣水系统补充水。表2是2010年5月份的平均检测数据。

6 结语

济钢焦化厂酚氰污水处理采用气浮、陶瓷过滤器、A2／O2电吸附脱盐模块工艺处理，对苯酚、氰化物、CODCr、氨氮均有良好的去除效果。当CODCr的质量浓度不超过3800mg／L，NH3—N的质量浓度低于300mg／L时，去除率均在98％以上，达到了《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456—1992)的一级标准。生产运行效果证明：该工艺设计合理，新工艺新技术应用效果良好，保证了系统运行及处理效果稳定，且剩余污泥量少，在焦化污水处理工程中推广应用的前景广阔。

参 考 文 献：

[1]   单明军，吕艳丽，等．焦化废水处理技术[M]．北京：化学工业出版社，2007

[2]   潘磊，杨云龙，等．生物膜法A2／O2工艺处理焦化废水的试验研究[J]．辽宁化工，2010，39(04)：379—380

[3]   马海军，张浩勤，等．无机陶瓷膜用于焦化废水除油的中试研究[J]．中国给水排水，2007，21(11)：67—69

[4]   孙晓慰，朱国富，等．电吸附水处理技术(EST)的原理及构成[J]．工业用水及废水，2002，33(04)：18—20

[5]   陈静，李玉道，等．曝气生物滤池—多介质过滤—电吸附工艺处理炼油污水[J]．石化技术与应用，2008，26(02)：184—188