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1、迁安中化煤化工公司焦化污水处理工艺设迁安中化煤化工公司焦化污水处理工艺设计计2O06.1 硬计遁迁安中化煤化工公司焦化污水处理工艺设计马昕李玮摘要:结合迁安中化煤化工公司焦化污水处理工程设计,应用硝化一反硝化生物脱碳脱氮技术原理,通过调试和生产运行获得了满意结果.关键词:预处理短程硝化一反硝化生物脱碳脱氮深度处理污泥脱水0 引言焦化污水的成分极其复杂,所含污染物主要包括酚(ROH),氨氮(NH3 一 N),凯氏氮(),氰化物(CN 一),硫化物(s2 一),苯,焦油等有毒物质以及吡啶,萘,菲,蒽等杂环化合物和多环芳烃,难降解的有机物含量高,氨氮浓度高,水质可生化性差,这使得焦化污水成为一种较难
2、采用生物处理的污水.当前,以缺氧(A池)一好氧(0 池)为核心的生物脱氮技术已逐步在焦化企业推广,使排水的生化需氧量(CoDo),化学需氧量(BOO5),NH3 一 N 有了明显的降低,但系统容易受冲击,运行状况尚不稳定,出水的 Co 值仍较高,达标很困难,因此,探索新理论,寻求解决焦化污水处理新技术组合,单元处理设施优化,运行参数控制,平面高程上的合理紧凑布置以及污水的综合利用始终是当今世界焦化污水处理技术着手研究的综合课题.1 焦化污水生物脱碳脱氮机理焦化污水脱氮,去除 COD可采用的主要方法有化学法,物理化学法和生物法,而国内外对焦化污水处理工艺的研究表明,采用化学法和物理化学法,运行成
3、本高,脱氮和去除 Co 的效率低,生物法则是焦化污水处理最经济,有效的处理方法,是整个焦化污水处理流程的核心工艺.在焦化污水中不可生化的有机物占 CODe.总量的 13%一 17%左右,其中多为多环芳烃,传统活性污泥法是利用好氧生物进行处理,多环芳烃基本不能降解,而通过缺氧与好氧结合的生化工艺,污水中部分难于好氧生物降解的有机物在缺氧池中得以开链,开环,使不可生物降解的有机物降至 8%一 10%左右.在缺氧池申,由于厌氧反硝化菌利用进水中有机物作为碳源,使进水中有机物降解约 40%,从而降低了好氧池的有机负荷,使污水进入好氧池后,在碱度,温度,溶解氧等条件都适合的情况下,较快进入氧化氨氮的硝化
4、阶段,使氨氮能被氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮.含亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的污水大量返回到缺氧池,使其在缺氧的条件下,由缺氧池内填料上固着的厌氧反硝化菌将其还原成氮气析出,从而达到污水脱氮的目的.硝化反应过程及反应式:在硝化菌的作用下,氨氮逐步分解,氧化分二个阶段进行,首先在亚硝化菌的作用下,氨氮转化为亚硝酸盐氮,反应式为:NHI+昔Nlo2 一+H20+2H+Fll继后,亚硝酸盐氮(一一 N)在硝化菌的作用下,进一步转化为硝酸盐氮,其反应式为:1N 一+音 o2 一 No3 一+F22总反应式为:NH4+202N0+H20+2H+AF从上列反应式可计算得到,lg 氨氮氧化成硝?5l?设计通讯 200
5、6No.1酸盐氮需氧 4.57g,其中亚硝化反应需氧 3.43g,硝化反应需氧 1.14g,反应过程中还消耗水中的重碳酸盐碱度,约为 7.14g(CaC03)/gI3 一 N.反硝化过程及反应式:反硝化反应是指硝酸盐氮(No3 一一 N)和亚硝酸盐氮(N()2 一一 N)在反硝化菌的作用下,被还原为氮气的过程.反应式:2N()2 一+6H(电子供体)一 N2f+2H20+20H 一32N03 一+10H(电子供体)一 N2f+4H20+20H 一4从上列反应式可计算得到,污水中的含碳有机物可以作为反硝化过程的电子供体.转化 lg 亚硝酸盐氮为氮气,需要有机物(以 BOD5 表示)1.71g,转
6、化 1g 硝酸盐氮为氮气时,需要有机物2.86g,同时产生 3.57g 碱度(以 cco,计).从34式我们看出,亚硝酸盐和硝酸盐同样都能参与脱氮反应.而从反应式2上看出从亚硝酸盐氧化到硝酸盐,增加约 25%耗氧量,而从式4上我们看到硝酸盐脱氮会消耗更多的碳源.所以从亚硝酸盐脱氮会比从硝酸盐脱氮效果更好,更重要的是将两类硝化反应局限在两个相对独立空间,可分别控制各自空间参数完成反应,使特定的生物菌种在其最适宜的生存环境中,将获得最大的菌种优势,其潜能将得到最大发挥,克服了缺氧一好氧生物脱氮处理的不足,因此,系统抗冲击负荷的能力加强,出水水质更加稳定,也就是说采用短程硝化反硝化生物脱氮技术更先进
7、,具有实际的应用价值.也正是基于以上原理,许多重点大学将其作为课题开始了实验室小试,而我们通过潜心钻研,充分论证,利用以企业为核心促进科研开发的优越条件,坚决而又谨慎的将该技术推向焦化污水处理工业生产中.2 迁安中化煤化工公司焦化污水处理工艺2.1 污水水量,水质及排放标准根据河北省对首钢迁安钢铁有限责任公司的环境影响评价报告,要求建设单位执行钢铁工业水污染物排放标准(GB1345692)中的二级排放标准.高浓度的焦化污水排放量 75/h,污水水质及排放标准见表 l.表 I 污水水质及排放标准2.2 工艺流程及设计参数为确保处理后焦化污水达到排放标准,污水处理工艺设计包括预处理,生物脱碳脱氮处
8、理,深度处理和泥处理四部分,按二个并行系列布置.由于进水 CODROH,油和温度等设计参数偏高,分别超过了微生物生存的极限浓度 3600ms/L,700L,50mg/L 和 40,不利于生物处理系统的正常运行,预处理后续处理工艺均按稀释后处理水量 150/h 设计.?52?2.2.1 预处理工艺流程及设计参数为使生物脱氮处理工艺运行可靠安全,针对污水中主要污染物油类和 CODc,等有害物质,设计采用预处理工艺流程如图 l 所示.l 蒸氨污水 lI 平流隔油池 Jl 溶气气浮装置 ll 调节池 I图 l 预处理工艺流程污水进水温度经换热设备降至 40以下,依靠重力流使污水依次经过平流隔油池,气浮
9、装置至调节池,再经水泵提升至缺氧池.预处理设计20o6.1 设计通讯目标为 CODc,和油去除率分别达到 30%和 80%一9o%.隔油池采用平流隔油池,水力停留时间 3h.气浮装置采用射流加压溶气气浮装置,回流加压溶气水量占总出水量的 20%一 30%,水力停留时间 0.5h.调节池主要起水量调节水质均合作用,停留时间 32h.2.2.2 生物脱碳脱氮处理工艺流程根据上述生物脱氮原理,采用短程硝化反硝化生物脱碳脱氮处理工艺,工艺流程如图 2 所示.图 2 生物脱碳脱氮处理工艺流程生物脱氮处理是去除酚,氰化物,CODc,硫化物,氨氮及脱氮的核心工艺.设计出水 CODo 为 18024Omg/L
10、,氨氮25mg/L,氰化物0.5mg/L,挥发酚0.5mg/L,pH 值 6.57.5,脱氮率 55%一 8o%.2.2.2.1 缺氧池(A)污水(Q=150/h)经提升进缺氧池底部配水系统,回流沉淀池上清液(3Q)也回流至该配水系统,配水系统采用大阻力配水方式,使竖流式缺氧池平面布水均匀.池内满布固定弹性生物填料.在缺氧工况下,回流上清液中亚硝态氮和部分硝态氮由厌氧反硝化菌生理活动将其还原成氮气逸出实现生物脱氮.此反应以进水有机物(CODe,)为碳源,故对进水 CODo 有较高去除率.缺氧环境提高了污水中难于生物降解有机物的可生化性,提高了后续好氧处理效率.缺氧池名义停留时间约 20h.2.
11、2.2,好氧池(0)缺氧池出水依靠重力流人好氧池,回流沉淀池回流污泥(2Q,浓度 67g/L)也返至好氧池进口,两液混合后在好氧池中推流运行,在微孔曝气器充氧(总充气量 115/min,充氧效率20%25%)工况下,按顺序逐步去除酚,氰化物,硫氰化物等并将氨氮转化为亚硝态氮和部分硝态氮.硝化过程需投加碳酸钠以补充硝化反应消耗的重碳酸盐碱度,并适量投加磷盐以维持细胞合成所需的碳氮磷比例关系.好氧池名义停留时间约 28h.2.2.2.3 回流沉淀池好氧池出水依靠重力流进入回流沉淀池,该池对混合液进行固液分离,上清液(3Q)和底流污泥(2Q)分别经泵提升回流到缺氧池,好氧池,上清液(1Q)顺流到后曝
12、气池.回流沉淀池采用周边进出水型式的辐流式沉淀池,水力负荷为 0.96/(m2?h),停留时间 2.96h.2.2.2.4 后曝气池(02)回流沉淀池上清液(1Q)靠重力顺流至后曝气池进 VI,二次沉淀池回流污泥(1Q,浓度 67g/L)也返至后曝气池进口,两液混合后在后曝气池中推流运行,在微孔曝气器充氧(总充气量35/min,充氧效率 20%一 25%)工况下,尽可能将亚硝态氮转化为硝态氮,进一步降解CODc,.后曝气池名义停留时间约 9h.2.2.2.5 二次沉淀池后曝气池出水依靠重力流进入二次沉淀池,该池对混合液进行固液分离,上清液至混凝反应池,底流污泥(1Q)经泵提升回流到后曝气池.二
13、次沉淀池采用辐流式沉淀池,出水堰增设折流板,水力负荷为 0.66,(?h),停留时间 2.71h.2.2.3 深度处理工艺及设计参数深度处理以物理及化学法为主,采用混凝沉淀与过滤相结合的工艺,进一步去除生物处理难以降解的有害物质.工艺流程如图 3 所示.图 3 深度处理工艺流程?53?设计通讯 2006.1深度处理工艺单元设计目标是 CODo 去除率达到 30%50%,出水悬浮物(SS)小于10mg/L,确保最终各项指标均达到钢铁工业水污染物排放标准(GB1345692)中的二级排放标准.2.2.3.1 混凝反应池二次沉淀池出水依靠重力流进入六孔室隔板反应池,并在进口投加混凝剂 DM301(投
14、量 600800mg/L),由于池内空间水流向曲折和速度梯度逐步降低,使水中的胶体和悬浮物充分与混凝剂混合反应,初步形成微小颗粒.为保证最佳混凝效果,投加部分 Ca(OH):调节 pH 值在 69范围内.最后一室投加絮凝剂 PAM(投量 12mg/L),使混凝颗粒逐步形成较大絮体.混凝反应时间 22rain.2.2.3.2 混凝沉淀池混凝反应池出水挟悬浮物絮体依靠重力低流速进入辐流式混凝沉淀池进行固液分离,逐渐增大的絮体缓慢沉于池底,出水悬浮物降至 70mg/L以下,在悬浮物去除的同时也去除其相应 CODc,值.溢流水经泵加压去过滤.底排泥浆(含水率98%99%)至浓缩池经泵加压去污泥脱水.辐
15、流式沉淀池出水堰也增设折流板,水力负荷为O.66/(.h),停留时间 5.42h.2.2.3.3 陶粒过滤器为确保出水水质满足回用熄焦或外排,设压力过滤工艺.陶粒过滤器对 CODo 去除率可达到10%,出水悬浮物(SS)小于 10mg/L.2.2.4 污泥脱水工艺及设计参数二沉池剩余污泥和混凝沉淀池泥浆(fi-水率98%99%)经过污泥浓缩池浓缩后(含水率98%)送厢式隔膜压滤机脱水.厢式隔膜压滤机(1202 台)依靠污泥泵输出的泥浆压力和压缩空气挤压隔膜进行脱水.泥饼含水率 75%,可堆积无渗出水,用汽车外运配煤.3 生物脱碳脱氮处理工艺运行控制条件生物脱碳脱氮处理作为去除各类污染物的核心工
16、艺,与系统溶解氧浓度,温度,碳氮比及回?54?流比,泥龄和加碱量,磷量的控制好坏有关,不仅影响处理后出水是否达标,而且还关系到处理成本的高低,因此,在线检测和分析化验是控制运行的重要一环.3.1 溶解氧亚硝化细菌,硝化细菌须在有溶解氧的环境下,使氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮以获得足够的能量用于生长.好氧池溶解氧控制在 2.O4.0mg/L,后曝气池溶解氧控制在 2.O5.0mg/L.反硝化菌是在缺氧的条件下将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气析出,缺氧池溶解氧控制在O.5mg/L 以下.3.2 温度硝化细菌对温度的变化很敏感,硝化细菌最合适的生长温度为 2732之间,低于 27或高于 32生长减慢,15以下硝化细菌的生长和硝化速率显着减慢.反硝化细菌对温度的变化不如硝化细菌敏感.反硝化细菌合适的生长温度为 3035之间,低于 15以下反硝化速率显着减慢.3.3 反硝化碳氮比(BOD5/KN)与回流比(R)反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮,从理论上讲,当污水中的 BOD5/KN
