焦化廢水是煉焦工業(yè)產(chǎn)生的混合工業(yè)廢水，具有水質(zhì)成分復(fù)雜、可生化性差、生物毒性強(qiáng)等特點(diǎn)，是難處理的工業(yè)廢水之一，常采用組合方法進(jìn)行處理，包括預(yù)處理（如隔油、氣�。�、生物處理（如AO、A2O和SBR等）和深度處理（如混凝、吸附和膜濾等）。膜生物反應(yīng)器（MBR）由于微生物濃度高、出水水質(zhì)好，在制藥、印染、煉油、焦化廢水等處理領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，但是膜污染問題限制了其發(fā)展，更換新膜的費(fèi)用以及由膜污染引起的能耗增加阻礙了其大規(guī)模推廣。陶瓷平板膜生物反應(yīng)器（CMBR）耐酸堿和抗污染能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長，在難降解廢水處理中具有較大的優(yōu)勢，能耗較低，運(yùn)行維護(hù)簡單。四川某工業(yè)廢水處理廠采用預(yù)處理+催化內(nèi)電解+生化處理組合工藝，預(yù)處理包括隔油、氣浮，催化內(nèi)電解采用鐵碳微球，生化處理采用缺氧陶瓷膜生物反應(yīng)器（ACMBR）+好氧陶瓷膜生物反應(yīng)器（OCMBR）組合工藝，取得了良好的處理效果，出水主要指標(biāo)符合《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）中的間接排放標(biāo)準(zhǔn)。

1、廢水水質(zhì)、水量

該項目的焦化廢水主要來自煤氣冷卻、洗滌、凈化等過程，處理對象為氨蒸廢水、地坪清掃水等混合廢水，設(shè)計處理規(guī)模為1000m3/d。進(jìn)水中主要污染物濃度和排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2、工藝流程和主要構(gòu)筑物及設(shè)備

2.1 工藝流程

焦化廢水處理工藝流程如圖1所示。

廢水經(jīng)過隔油、氣浮等預(yù)處理去除部分石油類物質(zhì)和SS后，進(jìn)入調(diào)酸池，投加廢酸調(diào)節(jié)廢水的pH約為3，以滿足催化內(nèi)電解池的工作要求。在催化內(nèi)電解池內(nèi)，填充的鐵碳微球在pH約為3的環(huán)境中反應(yīng)生成氧化能力較強(qiáng)的·OH自由基和還原性[H]，使難降解的有機(jī)物開環(huán)、斷鏈，并氧化分解部分難降解有機(jī)物，提高廢水的可生化性，同時微電解產(chǎn)生的Fe2+、Fe3+具有絮凝作用，可以去除廢水中一部分SS。在內(nèi)電解池設(shè)置預(yù)曝氣，可以增加廢水中的溶解氧，提高廢水的穩(wěn)定性，氧化廢水中的還原性物質(zhì)，并能吹脫廢水中溶解的揮發(fā)性物質(zhì)，適度降低廢水中部分COD，為后續(xù)的缺氧/好氧兩級陶瓷膜MBR高效去除污染物創(chuàng)造條件，同時為硝化菌、反硝化菌提供營養(yǎng)。內(nèi)電解池出水進(jìn)入回調(diào)池，投加堿液使廢水pH為7左右，滿足MBR微生物生長環(huán)境需求，同時適當(dāng)補(bǔ)充系統(tǒng)中的堿度。廢水再流入ACMBR池，其主要作用是前置缺氧反硝化脫氮，采用無機(jī)陶瓷膜構(gòu)建生物反應(yīng)器，陶瓷膜耐酸堿能力、微生物截留能力強(qiáng)，ACMBR池能保持較高的反硝化菌濃度，形成優(yōu)勢種群，從好氧池回流的硝化液，其回流比為200%~250%，使得ACMBR池具有高效的脫氮能力。廢水再進(jìn)入OCMBR池，通過曝氣作用使反應(yīng)器保持好氧環(huán)境，以去除COD、BOD5和酚類物質(zhì)并硝化。陶瓷膜孔徑小，能確保SS和活性污泥被高效截留，出水效果較好。系統(tǒng)中的污泥經(jīng)過濃縮、脫水處理后送入煤場焚燒。預(yù)處理+催化內(nèi)電解+A/O兩級陶瓷膜MBR構(gòu)建了完整的焦化廢水處理工藝，可以完成降解有機(jī)物、酚類和脫氮的效能，并高效截留SS，使出水水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

2.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

①隔油池。

設(shè)隔油池1座，采用旋流分離調(diào)節(jié)罐（俗稱“罐中罐”）式設(shè)計，分為上、下兩層，上層除油，下層沉淀，含油廢水進(jìn)入上層除油罐，在水力旋流攪拌器的高速攪拌作用下實現(xiàn)油水分離，上浮到水面上的浮油借助浮動在液面的撇油管撇除收集。經(jīng)過除油后的廢水進(jìn)入下層沉淀池去除油泥和大顆粒SS，依靠水壓間歇排除。隔油池設(shè)計處理能力為50.0m3/h，有效水力停留時間為2.5h，其中上層0.5h、下層2.0h。

②氣浮池。

氣浮能夠去除石油類物質(zhì)和SS，采用渦凹?xì)飧�凈化設(shè)備。與溶氣氣浮設(shè)備相比，渦凹?xì)飧≡O(shè)備無需壓力容器、空壓機(jī)、循環(huán)泵等設(shè)備，設(shè)備投資少，裝機(jī)功率僅為3.0kW，運(yùn)行費(fèi)用低，占地12m2，處理水量為50m3/h，停留時間為15～20min，表面負(fù)荷為5~10m3（/m2·h）。池中工作水深不大于2.0m，池子長寬比>4。投加聚合硫酸鐵和PAM對隔油池出水中的乳化油、浮渣進(jìn)行分離，對石油類物質(zhì)、SS的去除率可達(dá)80%以上。

2.2.2 催化內(nèi)電解系統(tǒng)

①調(diào)酸池。

因為后續(xù)的催化內(nèi)電解反應(yīng)池對廢水的pH要求嚴(yán)格，其最佳工作pH為3，焦化廢水為堿性，因此必須投加稀酸將pH調(diào)整到3。設(shè)2座鋼制不銹鋼罐，尺寸Ø2.5m×3.0m（有效水深2.7m），水力停留時間0.53h，每個鋼罐配置槳板式攪拌機(jī)1臺（功率0.37kW）、在線pH計1臺、超聲波液位計1臺。另配置廢酸罐1個、投加泵2臺（單臺功率為0.11kW）。

②催化內(nèi)電解池。

催化鐵碳內(nèi)電解是一種處理難降解工業(yè)廢水的新方法，是在傳統(tǒng)的鐵碳微電解法中加入催化劑銅，形成Fe-C催化還原體系。利用鐵和碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成高活性的Fe2+、新生態(tài)[H]和·OH，與廢水中的污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞其形態(tài)和結(jié)構(gòu)，降低廢水的COD，提高其可生化性。設(shè)成套鋼制罐體反應(yīng)塔2座，單體尺寸Ø2.5m×6.0m，有效接觸容積60m3。罐內(nèi)填充按照一定配比燒制的鐵碳微球，填充高度為4m，廢水從上而下流經(jīng)鐵碳微球，下設(shè)曝氣管起到預(yù)曝氣作用，曝氣量按氣水比8∶1設(shè)計，設(shè)曝氣鼓風(fēng)機(jī)3臺，2用1備，單機(jī)風(fēng)量4.15m3/min，風(fēng)壓0.06MPa，功率11.0kW。

2.2.3 生化處理系統(tǒng)

①pH回調(diào)池。

投加廢堿液，將催化內(nèi)電解池出水的pH回調(diào)到7左右，并為后續(xù)的生化處理系統(tǒng)提供適當(dāng)堿度，有利于后續(xù)ACMBR反應(yīng)池的反硝化菌生長。鋼制罐體2座，單體尺寸Ø2.5m×3.0m（有效水深2.7m），水力停留時間0.53h，每個罐體配置槳板式攪拌機(jī)1臺（功率0.37kW）、在線pH計1臺、超聲波液位計1臺。另配置堿液罐1個、投加泵2臺（單臺功率為0.11kW）。

②ACMBR反應(yīng)池。

ACMBR反應(yīng)池的功能是前置缺氧反硝化脫氮，廢水中所含的NH3-N在后續(xù)的OCMBR反應(yīng)池中硝化后回流至ACMBR反應(yīng)池。反硝化微生物以進(jìn)入ACMBR反應(yīng)池廢水中的有機(jī)物為碳源，在缺氧條件下降解廢水中BOD5物質(zhì)，同時實現(xiàn)NO3--N的反硝化，將NH3-N轉(zhuǎn)化為N2排放到大氣中，達(dá)到降低出水NH3-N和TN的目的，BOD5也得到部分去除。ACMBR反應(yīng)池DO≤0.5mg/L，設(shè)計MLSS為8g/L，氮負(fù)荷為0.05kg/（kgMLSS·d）。總有效池容為550m3，1座2格，單格尺寸為11.0m×5.0m×5.0m，設(shè)計停留時間為13.2h，每格設(shè)陶瓷平板膜組件2套，組件尺寸（W×H×D）為2120mm×3300mm×720mm，標(biāo)稱孔徑為0.1μm，膜通量為40~60L/（m2·h）。共設(shè)4臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)（每組2臺）用于反應(yīng)池的混合攪拌，單機(jī)功率2.20kW。由PLC控制運(yùn)行，正常運(yùn)行9min、反沖洗2min。

③OCMBR反應(yīng)池。

OCMBR反應(yīng)池具有降解BOD5、氨化等功能，由于陶瓷膜的高截留特性，反應(yīng)器中的活性污泥濃度可以高達(dá)8~10g/L，污泥泥齡長，系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥量少，污泥穩(wěn)定性好。通過水泵的抽吸作用，水從陶瓷平板膜表面的微小孔徑中抽出，而活性污泥等被截留在生化池內(nèi)，從而實現(xiàn)泥水分離，省去了二次沉淀設(shè)備。在出水管上設(shè)中間水罐，作為陶瓷膜組件的反沖洗水源。設(shè)計OCMBR反應(yīng)池DO≥2.0mg/L，MLSS為8g/L，BOD5負(fù)荷為0.1kg/（kgMLSS·d），總有效池容為1000m3，1座2格，單格尺寸10.0m×10.0m×5.0m，每格設(shè)陶瓷平板膜組件4套，膜組件尺寸（W×H×D）為2120mm×3300mm×720mm，水力停留時間為24h，為保證系統(tǒng)內(nèi)足夠的需氧量，采用鼓風(fēng)曝氣，選用微孔剛玉曝氣頭，設(shè)4臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)（3用1備），Q=5.5m3/min，P=0.06MPa，N=11.00kW。設(shè)2套在線溶解氧測定儀、2套在線pH測定儀，末端的集水井內(nèi)設(shè)有混合液回流泵2臺，回流比為200%～400%（可調(diào)節(jié)），硝化液回流管和污泥回流管上均設(shè)置電磁流量計。

2.2.4 污泥處理系統(tǒng)

①污泥濃縮池。

采用重力式污泥濃縮池，停留時間12h，固體負(fù)荷30kg/（m2·d），剩余污泥送入污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，濃縮后污泥含水率為97%~98%，用輸泥螺桿泵送至帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理。

②污泥脫水間。

污泥脫水間占地5m×10m，設(shè)脫水用帶式壓濾機(jī)（B=1.0m）1臺，空壓機(jī)1套，P=0.06MPa。反沖洗水泵2臺（1用1備），同時配套污泥輸送設(shè)備和污泥儲存設(shè)備各1套，泥餅裝車外運(yùn)摻在粉煤灰中焚燒。

3、實際運(yùn)行效果

該工程調(diào)試結(jié)束后，在廢水處理站正常運(yùn)行條件下進(jìn)行了30d監(jiān)測，進(jìn)水流量為850~927m3/d，各處理單元出水主要污染物濃度變化如表2所示。進(jìn)水COD、氨氮、酚類和SS的平均濃度分別為3363.6、275.18、801.20、449.6mg/L，該工藝對COD、氨氮、酚類和SS的去除率分別達(dá)到97.25%、94.64%、99.98%和98.71%，出水主要污染物濃度滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）中的間接排放標(biāo)準(zhǔn)。

4、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該焦化廢水處理項目工程總投資約為1183.25萬元，其中設(shè)備購置與安裝工程費(fèi)用為1036.45萬元，土建工程費(fèi)用為34.5萬元，其他費(fèi)用為112.30萬元。廢水運(yùn)行成本主要包括藥劑費(fèi)、動力費(fèi)、人工費(fèi)等。投加的化學(xué)藥劑有純堿、聚合硫酸鐵、陽離子型PAM、磷酸氫二鈉、工業(yè)葡萄糖等，經(jīng)核算藥劑費(fèi)為6.38元/m3。動力費(fèi)主要包括提升泵、回流泵、鼓風(fēng)機(jī)、加藥裝置、帶式壓濾機(jī)等能耗費(fèi)用，折算動力費(fèi)為2.90元/m3，人工費(fèi)為0.73元/m3，合計總運(yùn)行成本為10.01元/m3。

5、結(jié)論

①采用預(yù)處理+催化內(nèi)電解+陶瓷膜A/OMBR組合工藝處理焦化廢水，對COD、氨氮、酚類和SS的平均去除率分別為97.25%、94.64%、99.98%和98.71%，出水水質(zhì)滿足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171—2012）中的間接排放標(biāo)準(zhǔn)。

②對于難降解廢水，采用催化內(nèi)電解可以降低廢水的COD濃度，提高廢水的可生化性，減少廢水中有毒物質(zhì)的毒性，有利于后續(xù)的生物處理。

③A/O法的缺氧段和好氧段均采用陶瓷平板膜生物反應(yīng)器，陶瓷膜的高截留率使反應(yīng)器中微生物濃度高達(dá)8g/L，可以減少構(gòu)筑物容積，降低有機(jī)物負(fù)荷。在缺氧池和好氧池分別形成優(yōu)勢種群，提高處理效率。陶瓷膜的耐酸堿性可以延長系統(tǒng)使用壽命，從而降低運(yùn)行費(fèi)用。（來源：湖南城市學(xué)院市政與測繪工程學(xué)院湖南省村鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)安全保障工程技術(shù)研究中心）