污水处理厂如何提高焦化废水处理效率

北极星环保网讯:焦化废水作为钢铁行业的副产物, 属于剧毒性有机废水, 按1 t焦炭产生约0.6 t废水, 2015年我国焦化废水产量达2.93亿吨,  占全国废水总量的1.32%.其中, 由于废水中高浓度的酚类、氰化物和硫氰化物等对生物反应的抑制作用, 使焦化废水的处理比生活污水要困难很多,  需要较长的水力停留时间降解难降解有机物, 从而造成了焦化废水的处理表现出高能耗和高费耗的现象.其中,  以OAO工艺为核心的武汉某焦化废水处理厂处理焦化废水吨水费用高达约43 CNY˙m-3, 是以2007年价格水平下我国污水处理费用1.0~2.0  CNY˙m-3的10倍以上, 是2008年用传统活性污泥法处理生活污水并达到国际回用标准费用的5~8倍,  表明废水处理工程运行中的能量消耗与水量和水质相关.能耗在未来污水处理厂运行费用中所占的比重会越来越大, 逐渐成为新建污水处理厂工艺选择的主要考虑因素.

水处理技术的发展由关注处理效率模式逐渐转向追求能效以实现节能减排.现有的污、废水处理工程能耗研究主要有两种类型：其一是通过对大量的废水处理工程进行调研,  得到实际读表数据, 然后进行数据统计分析;其二是通过统计现场安装设备的总装机功率, 结合设备利用率, 获得能耗估算值.这两种类型虽然能粗略得到能耗数据,  但难以准确评估工艺各个部分的能耗水平, 缺乏与废水水质、运行操作等因素的结合.目前为止, 针对焦化废水处理工程能耗的研究仍处于空白阶段,  非常不利于了解焦化废水处理耗能原因与整个行业的节能减排.

本研究拟建立基于国内外实际焦化废水处理工程通式(预处理+生物处理+深度处理)下的不同耗能单元模型加权的总运行能耗模型, 该模型能够提供与水质、水量相关联,  能反映当前工艺流程、设备水平、管理能力的废水处理能耗的响应数据.主要内容包括：(1) 以OHO流化床工艺为核心的实际焦化废水处理工程为案例,  根据耗能设备、处理目标和单元功能不同将整个处理工程进行耗能单元系统分解, 通过分析各单元系统耗能原理, 用实际工程参数优化, 得到各单元系统能耗估算模型;(2)  将各个单元系统模型加权得出工程系统总运行能耗模型, 然后分别采用HRT法和24 h法模型对实际工程运行数据计算能耗值与实际工程24  h读表电耗值比较评价模型预测的准确性,  得到两种计算方法下各单元系统的能耗值、能耗分布规律以及水质、水量对吨水电耗和能耗分布的影响.研究目标为单元系统和工程系统之间的耗能建立数学描述关系,  有助于考察能耗构成及其对归一化的能耗指标的贡献, 为废水处理工程寻找节能降耗控制节点提供依据.

2 水质特性、工艺特点及研究方法

2.1 水质特性

焦化废水来源于炼焦过程, 废水中含有丰富的无机物和有机物,  如氨氮、氰化物、硫氰化物、硫化物和酚类化合物和苯类化合物、吡啶、咔唑、联苯、三联苯等.黄源凯等统计分析了国内外74家焦化企业的焦化废水水质,  结果显示不同企业因原煤性质、碳化温度、炼焦工艺选择的差异, 使废水水质差别较大, COD、TN浓度分别在946~7200、233~1499.53  mg˙L-1范围内波动, 其余指标分布也不均匀, 浓度相差数倍至10倍;目前普遍认为, 焦化废水BOD/COD均值约为0.30, 属可生化处理废水,  但由于首段厌氧对焦化废水COD去除有限, 而好氧能够去除废水中大部分有机物的性质决定了焦化废水处理过程的高耗能.

2.2 工艺特点

焦化废水处理普遍采用以生化处理为核心, 物化与生化处理相结合的工艺, 关键在于生化处理工艺的不同.本课题组经过对焦化废水水质及处理工艺十余年的研究,  提出OHO流化床生物处理工艺.该工艺的反应器核心是基于污泥原位分离的内循环好氧生物三相流化床;O1作为除碳和氨化单元,  去除水中绝大部分的有机污染物并且转化含氮化合物为氨分子;部分剩余难降解大分子有机物进入水解池H, 通过水解酸化作用提高残余有机污染物的可生化性,  为O2进一步降解有机污染物创造条件;HO组合成一个高效的生物脱氮单元, 通过强制硝化反硝化,  实现高效脱氮.工艺优点有：①运行模式多样化.根据原水水质和操作条件的不同, 概括为氨化-反硝化-全程硝化, 全程硝化-反硝化-全程硝化,  短程硝化-反硝化-全程硝化, 短程硝化-厌氧氨氧化-全程硝化等;②节省占地面积.OHO流化床工艺省去二沉池,  在工程的前期投资、占地面积和运行费用上都比传统的AAO和OAO工艺有优势.OHO系统水量平衡如图 1所示.系统水量大小会影响物质流和能量流,  最终影响处理能耗.

图 1 OHO系统水量平衡图