山東帕克環(huán)保工程有限公司

焦化廢水在煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過(guò)程中產(chǎn)生，含有大量芳香族、雜環(huán)類(lèi)等難降解有機(jī)物以及氨氮、氰化物、硫化物等無(wú)機(jī)污染物，對(duì)水環(huán)境安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。2012年以前，對(duì)焦化廢水普遍采用二級(jí)處理方法，即預(yù)處理除油和懸浮物，生化處理去除COD和氨氮，處理后的廢水允許達(dá)標(biāo)排放或用于濕法熄焦。2012年，國(guó)家環(huán)保部頒布了《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171—2012)，代替《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13456—1992)中對(duì)焦化廢水的相關(guān)規(guī)定。新標(biāo)準(zhǔn)不但對(duì)廢水中的COD、氨氮、懸浮物、揮發(fā)酚、氰化物等已有指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求，而且增加了總氮、總磷、硫化物等新排放指標(biāo)，并對(duì)噸焦排水量提出了明確限制，規(guī)定單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量為0.4m3/t。

　　從目前焦化行業(yè)的廢水處理現(xiàn)狀來(lái)看，絕大多數(shù)企業(yè)難以達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的污染物排放濃度要求，其中COD和總氮的處理難度尤為突出，加上噸焦排水量的嚴(yán)格限制，依靠現(xiàn)有工藝幾乎不可能達(dá)標(biāo)。另外，近年來(lái)許多焦化企業(yè)為實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用大力發(fā)展干熄焦技術(shù)，幾乎不再需要熄焦用水，這就使得原來(lái)用于濕法熄焦的焦化廢水必須尋求新的出路。

　　另一方面，焦化企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗大量以新鮮水為來(lái)源的循環(huán)冷卻水，新水指標(biāo)不足也成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。為解決焦化企業(yè)新水不夠用、廢水無(wú)處排的難題，開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定可靠的廢水深度處理回用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焦化廢水的資源化回收利用，成為當(dāng)前眾多焦化企業(yè)的迫切需求。

　　1研發(fā)進(jìn)展

　　筆者所在公司自2010年開(kāi)始研發(fā)焦化廢水深度處理回用技術(shù)，深入調(diào)研了焦化企業(yè)各股廢水的來(lái)源分布和水質(zhì)特性，分析現(xiàn)有工藝處理過(guò)程中存在的問(wèn)題，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，研究可行的預(yù)處理、生化處理和脫鹽工藝，分別在宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司焦化廠和遷安中化煤化工有限責(zé)任公司進(jìn)行了2m3/h和10m3/h的現(xiàn)場(chǎng)中試，實(shí)地考察全套深度處理回用技術(shù)的有效性、經(jīng)濟(jì)性和耐沖擊性，摸索各個(gè)工藝單元的工藝參數(shù)和控制指標(biāo)，為工程設(shè)計(jì)和調(diào)試運(yùn)行積累了第一手資料。依靠自主研發(fā)的工藝技術(shù)，在工程應(yīng)用方面做出一些探索性的嘗試，積累了一些技術(shù)應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)管理方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　2應(yīng)用案例

　　筆者選取了3個(gè)典型案例，簡(jiǎn)要介紹焦化廢水深度處理回用技術(shù)在工程應(yīng)用方面的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　2.1案例一：生化后深度處理，直接回用

　　2.1.1項(xiàng)目概況:項(xiàng)目名稱(chēng)：遷安中化煤化工有限責(zé)任公司廢水深度處理回用項(xiàng)目。設(shè)計(jì)規(guī)模：生化后的焦化廢水220m3/h;循環(huán)排污水350m3/h。原有工藝：隔油→氣浮→O/A/O→混凝沉淀。業(yè)主要求：產(chǎn)水直接回用作循環(huán)水補(bǔ)水，回收率≥80%。

　　2.1.2處理工藝:根據(jù)循環(huán)排污水水質(zhì)較好、焦化廢水水質(zhì)較差的特點(diǎn)，采用兩條工藝路線分別處理，既相互獨(dú)立又有交叉，將循環(huán)排污水處理系統(tǒng)的濃水并入焦化廢水處理系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)整體的凈水回收率。

　　循環(huán)排污水經(jīng)調(diào)節(jié)、澄清、過(guò)濾處理后，采用頻繁倒極電滲析(EDR)脫鹽，產(chǎn)水進(jìn)入回用水池作為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，濃水并入焦化廢水深度處理系統(tǒng)進(jìn)行二次回收。經(jīng)過(guò)生化處理后的焦化廢水超越原有工藝的混凝沉淀單元，直接進(jìn)入焦化廢水深度處理系統(tǒng)，經(jīng)氧化、絮凝、沉淀、過(guò)濾處理后，進(jìn)入由EDR、超濾和反滲透(RO)組成的膜工藝單元，RO產(chǎn)水進(jìn)入回用水池作為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，RO濃水回流至預(yù)脫鹽EDR前端進(jìn)行二次回收，預(yù)脫鹽EDR排出的系統(tǒng)濃水輸送至首鋼遷鋼公司和礦業(yè)公司，用于轉(zhuǎn)爐燜渣和燒結(jié)拌料。系統(tǒng)排泥經(jīng)離心脫水處理后，外運(yùn)至燒結(jié)料場(chǎng)配料。至此，遷安中化公司的廢水在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了“零排放”。

　　2.1.3處理效果:水廠自2013年10月全線通水以來(lái)，已平穩(wěn)運(yùn)行超過(guò)3年，回用水水質(zhì)優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，完全達(dá)到業(yè)主規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。焦化廢水深度處理系統(tǒng)主要控制的8項(xiàng)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

　　水廠投產(chǎn)以來(lái)，循環(huán)排污水系統(tǒng)與焦化廢水系統(tǒng)的平均凈水回收率保持在84%左右，2015年4個(gè)季度的日平均進(jìn)水量、產(chǎn)水量與回收率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

　　由圖2可見(jiàn)，憑借深度處理回用水廠的穩(wěn)定運(yùn)行，遷安中化公司2015年減少向環(huán)境排放廢水405.3萬(wàn)m3，并從中回收優(yōu)質(zhì)工業(yè)水344.2萬(wàn)m3，以4元/m3的工業(yè)水價(jià)格計(jì)算，全年節(jié)省新水費(fèi)用1376.8萬(wàn)元，取得了良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　2.1.4創(chuàng)新與經(jīng)驗(yàn):(1)對(duì)于已有生化處理系統(tǒng)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠，廢水經(jīng)過(guò)深度處理，產(chǎn)水直接回用于循環(huán)水系統(tǒng)，濃水和污泥在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部消化，既擺脫了廢水無(wú)處排的困境，又實(shí)現(xiàn)了廢水資源化，部分解決了新水不夠用的難題。(2)根據(jù)循環(huán)排污水和焦化廢水的水質(zhì)水量特點(diǎn)，采用分別處理、局部交叉的工藝路線，既提高了系統(tǒng)整體的凈水回收率，又降低了工程投資和運(yùn)行費(fèi)用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異。(3)在國(guó)內(nèi)首次將電滲析應(yīng)用于焦化廢水深度處理，與反滲透耦合，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的組合脫鹽工藝，有效解決了反滲透膜易污染結(jié)垢的難題，凈水回收率高，濃水水質(zhì)水量可控，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。(4)在運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中，加強(qiáng)來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)的監(jiān)控，制定快速合理的應(yīng)急預(yù)案，優(yōu)化加藥、排泥、反洗、電流、電壓等工藝參數(shù)的控制，創(chuàng)造了自驗(yàn)收投產(chǎn)以來(lái)無(wú)一次故障停機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行記錄。

　　2.2案例二：原系統(tǒng)升級(jí)改造，間接回用

　　2.2.1項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱(chēng)：攀枝花盤(pán)江煤焦化有限公司焦化廢水處理項(xiàng)目。設(shè)計(jì)規(guī)模：蒸氨廢水120m3/h。原有工藝：隔油→氣浮→A2/O3→混凝沉淀。業(yè)主要求：委托第三方運(yùn)營(yíng)，通過(guò)局部改造提高現(xiàn)有系統(tǒng)處理效果，出水污染物排放限值達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171—2012)中4.1.5條款高爐沖渣水質(zhì)指標(biāo)要求，用于渣場(chǎng)澆渣。

　　2.2.2改造措施項(xiàng)目中標(biāo)后，進(jìn)行了如下改造措施：(1)氣浮池增設(shè)硫酸亞鐵加藥點(diǎn)，調(diào)節(jié)池增設(shè)風(fēng)機(jī)和穿孔曝氣管，通過(guò)反應(yīng)、曝氣去除硫化物，減輕對(duì)生化系統(tǒng)的毒害，并強(qiáng)化調(diào)節(jié)池均勻水質(zhì)的作用。(2)將原有水解酸化池和缺氧池連通，改造為帶潛水?dāng)嚢杵鞯娜毖醭兀鉀Q池底淤積污泥的問(wèn)題，保證泥水混合均勻，改善反硝化效果。(3)改變?cè)泻醚醭?ldquo;好氧-沉淀-好氧-沉淀-好氧-沉淀”交替布置的形式，拆除沉淀區(qū)斜管，增設(shè)曝氣器，延長(zhǎng)曝氣時(shí)間，強(qiáng)化好氧效果，增大好氧池出水至缺氧池的回流量，提升反硝化效率。(4)在原有混凝沉淀單元前增設(shè)Fenton氧化原理的均相催化氧化工藝，并利用原有的絮凝反應(yīng)池和機(jī)械加速澄清池，保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

　　2.2.3處理效果:項(xiàng)目自2016年4月初完成改造，經(jīng)1個(gè)月調(diào)試，出水水質(zhì)已達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并順利通過(guò)驗(yàn)收，正式進(jìn)入托管運(yùn)營(yíng)階段。最近7個(gè)月主要考核的進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)范圍如表2所示。

　　2.2.4創(chuàng)新與經(jīng)驗(yàn):(1)對(duì)于已有生化處理系統(tǒng)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠，因客觀條件限制，無(wú)法建設(shè)直接回用的深度處理系統(tǒng);將原有系統(tǒng)升級(jí)改造，使出水達(dá)標(biāo)后間接回用于洗煤、熄焦或高爐沖渣，也是短期內(nèi)解決焦化廢水處置問(wèn)題的折中方案。(2)強(qiáng)化預(yù)處理，使生化系統(tǒng)免受有毒有害物質(zhì)的沖擊，對(duì)于維持生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。(3)創(chuàng)造生化系統(tǒng)運(yùn)行的有利條件，使缺氧池和好氧池充分發(fā)揮作用，出水以Fenton氧化原理的均相催化氧化工藝把關(guān)，可以保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。(4)專(zhuān)業(yè)化的運(yùn)營(yíng)隊(duì)伍是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障。

　　2.3案例三：全流程新建系統(tǒng)，直接回用

　　2.3.1項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱(chēng)：**焦化廢水深度處理與回用項(xiàng)目。設(shè)計(jì)規(guī)模：總水量360m3/h，其中蒸氨廢水96m3/h、低濃度焦化廢水64m3/h、LNG生產(chǎn)排水40m3/h和循環(huán)排污水160m3/h。原有工藝：無(wú)。業(yè)主要求：產(chǎn)水直接回用于工業(yè)水系統(tǒng)，因?yàn)闃I(yè)主將對(duì)以各種水源制取的工業(yè)水進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，產(chǎn)水水質(zhì)要求達(dá)到以新水為水源制取工業(yè)水的標(biāo)準(zhǔn);業(yè)主對(duì)濃水的消納量有限，要求回收率≥90%。2.3.2處理工藝:根據(jù)業(yè)主對(duì)新建焦化廢水深度處理回用系統(tǒng)的要求，既要高于90%的回收率，又要優(yōu)良的產(chǎn)水水質(zhì)，這在國(guó)內(nèi)的所有焦化企業(yè)中并無(wú)先例。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，單一技術(shù)環(huán)節(jié)的突破不能解決全部問(wèn)題，必須對(duì)全流程的工藝系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化，充分發(fā)揮每個(gè)工藝單元的優(yōu)勢(shì)，才有可能取得實(shí)質(zhì)性成功。焦化廢水深度處理與回用項(xiàng)目工藝流程如圖3所示。

　　(1)預(yù)處理。4股廢水在進(jìn)入生化系統(tǒng)前，先分別進(jìn)行預(yù)處理，低濃度焦化廢水和LNG生產(chǎn)排水采用氣浮除油，循環(huán)排污水采用化學(xué)軟化，蒸氨廢水采用結(jié)晶除氟。其中，蒸氨廢水的氟離子含量高，在深度處理的脫鹽系統(tǒng)中易形成氟化鈣沉淀，難以化學(xué)清洗，在已往的工藝設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視。項(xiàng)目采用結(jié)晶除氟反應(yīng)器，加入除氟劑，劇烈攪拌，廢水中的氟離子形成晶體沉淀得以去除，有效降低了后續(xù)脫鹽系統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。(2)生化處理。采用SSND(間歇式同步硝化反硝化工藝)和DBMP(反硝化協(xié)同生物倍增工藝)兩種工藝前后串聯(lián)，作為兩級(jí)生化處理系統(tǒng)。間歇式運(yùn)行、變頻控制曝氣量，適應(yīng)焦化廢水水質(zhì)波動(dòng)大的特點(diǎn)，抗沖擊能力強(qiáng)。僅憑生化處理，可使COD降低到150mg/L以下。(3)深度處理。采用Fenton氧化原理的均相催化氧化工藝和錳砂、多介質(zhì)兩級(jí)過(guò)濾，使出水COD≤50mg/L，濁度≤1NTU。(4)脫鹽處理。經(jīng)過(guò)前期的各級(jí)處理，脫鹽工藝可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)水直接回用于工業(yè)水系統(tǒng)，濃水進(jìn)入濃縮處理系統(tǒng)。(5)濃縮處理。采用濃縮型電滲析對(duì)反滲透濃水進(jìn)行再濃縮，提高凈水回收率，最大限度地減少濃水產(chǎn)生量，超濃水用于煤場(chǎng)噴灑和燒結(jié)拌料。

　　2.3.3處理效果系統(tǒng)自2016年6月全線通水，已平穩(wěn)運(yùn)行6個(gè)多月，回用水水質(zhì)完全達(dá)到業(yè)主規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。焦化廢水深度處理系統(tǒng)主要控制的9項(xiàng)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

　　系統(tǒng)投用以來(lái)，廢水進(jìn)水量逐漸接近設(shè)計(jì)值，2016年6月~11月這6個(gè)月的日平均進(jìn)水量、產(chǎn)水量與回收率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月以來(lái)，月平均凈水回收率為92.3%~94.0%，完全達(dá)到了業(yè)主的回收率要求。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，廢水零外排，減輕了環(huán)保壓力，從廢水中回收90%以上的優(yōu)質(zhì)工業(yè)水，降低了新水用量和取水費(fèi)用，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　2.3.4創(chuàng)新與經(jīng)驗(yàn):(1)工程為新建項(xiàng)目，有條件在設(shè)計(jì)階段對(duì)全套焦化廢水處理工藝進(jìn)行整體優(yōu)化，在保證產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)工業(yè)水的前提下，在國(guó)內(nèi)的焦化企業(yè)中首次實(shí)現(xiàn)了回收率大于90%的示范性工程應(yīng)用效果，對(duì)于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠和獨(dú)立焦化廠的廢水處理和處置均有借鑒意義。(2)通過(guò)除油、除氟和軟化等預(yù)處理措施，既使生化系統(tǒng)免受沖擊，又保護(hù)了后續(xù)的脫鹽處理單元，從全局意義上強(qiáng)化了預(yù)處理的作用。(3)采用兩級(jí)生化工藝處理焦化廢水，在高污泥濃度、低溶解氧條件下運(yùn)行，多點(diǎn)進(jìn)水、間歇操作、變頻控制，靈活應(yīng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)，抗沖擊能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，節(jié)能降耗。(4)首次采用濃縮型電滲析處理反滲透濃水，構(gòu)成新型組合脫鹽工藝，更有利于提高系統(tǒng)回收率。(5)如此復(fù)雜的廢水處理系統(tǒng)，專(zhuān)業(yè)化的運(yùn)營(yíng)管理至關(guān)重要，各工藝單元逐級(jí)優(yōu)化、環(huán)環(huán)相控，將各單元的技術(shù)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，從而保證系統(tǒng)整體的效率和效益。

　　3結(jié)論與展望

　　針對(duì)焦化行業(yè)實(shí)際需求開(kāi)發(fā)的廢水深度處理回用技術(shù)，根據(jù)不同企業(yè)的廢水特征、現(xiàn)有工藝和回用途徑，采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的組合工藝，滿足用戶的個(gè)性化需求，取得了出色的工程應(yīng)用效果，使過(guò)去作為重要污染源的焦化廢水“變廢為寶”，實(shí)現(xiàn)了廢水的無(wú)害化、減量化和資源化，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代煤化工、石油化工、制藥、印染等其他行業(yè)的廢水資源化領(lǐng)域，該套技術(shù)同樣具有適用性，正在積極拓展應(yīng)用范圍。