AO/OAO/ Fenton 两级生物法处理工业园区内焦化废水

摘 要: 针对某市工业园区 5 000 m³ / d 焦化废水处理出水水质难以稳定达标的问题，首次采用“前端各厂 AO 预处理—后端园区 OAO + Fenton 深度处理”的工艺模式，极大地提高了系统抗冲击能力，保障工业园区内焦化厂熄焦用水稳定达标。工程调试运行表明，两级生物处理模式解决了焦化废水生物系统易冲击问题，最终出水 COD、NH₄⁺－ N、TN 分别降至 20 ～ 30、＜ 2、＜ 10 mg /L，去除率分别高达 99% 、98% 、95% 。同时，出水 COD、NH +4 － N、TN、TP、氰化物、硫化物、挥发酚、油类均优于《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 直排标准，并达到膜前标准，为焦化废水零排放奠定了基础。

关键词: 焦化废水; 两级生物处理; 硝化反硝化; 抗冲击能力

焦化废水是一种典型的有毒/难降解工业废水，是煤在高温干馏、煤气净化和副产品回收和精制过程中产生的，除含有高浓度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等无机污染物外，还含有酚类、吡啶、喹啉、多环芳烃( PAHs) 等有机污染物［1 － 2］。目前，工程中焦化废水 处 理 工 艺 主 要 有 AO［3］、AO － 接触氧化、OAO［4］、AOAO［5］等。金涛等［6］通过工程改造表明，采用 AO 工艺处理焦化废水，COD 和 NH₄⁺－ N 去除率分别达到 94． 7% 和 97% 。李欢等［7］采用 AOO 工艺处理焦化废水，出水 NH₄⁺－ N 降至 5 mg /L 以下，COD 及 TN 去除效果较差。因受煤质、炉顶温度和蒸氨工艺影响，焦化废水水质水量极不稳定，生化处理易受冲击，导致熄焦水无法长期稳定达标，大量有毒有害污染物随着熄焦过程排放到大气环境。某焦化工业园区 5 000 m³ / d 污水集中处理项目，首次提出“前端各厂 AO 预处理—后端园区 OAO + 深度处理”模式，具有较强的抗冲击负荷能力，彻底解决了工业园区内 5 家焦化厂熄焦水稳定达标问题，为焦化废水零排放奠定基础。

1 工程概况

某市工业园区内现有 5 家焦炭生产企业，设计年产焦炭 550 × 104 t，每年排放近 200 × 104 m³ 高浓度含酚、含硫氰化物、含氮的焦化废水。5 家焦化厂生产废水污水厂已建成，因水量波动及管理等问题，出水水质无法达到国家相关标准( 见表 1) ，故统一建设园区污水处理厂。

2 工程设计方案

2. 1 设计水量和水质

工程设计规模为 5 000 m³ / d，主要用于集中处理预处理后的焦化废水。依据《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 直排标准，设计进、出水水质见表 2。

2. 2 工艺流程

采用两级处理模式，前端各厂预处理后废水排入园区污水处理厂进行深度处理，工艺流程如图 1所示。各焦化厂原水经前端生化预处理，进入园区调节池，经一级好氧处理去除部分 COD 及氨氮，出水进入缺氧池反硝化脱除总氮，由调节池分流部分进入缺氧或投加适量葡萄糖提供反硝化碳源，再经二级好氧进一步脱除残留污染物。残留难生物降解污染物经原位吸附池和强化 Fenton 氧化池加以去除，为保证熄焦池水质达标，出水最后经活性炭吸附塔后回至各焦化厂熄焦。

2. 3 主要处理单元设计

2. 3. 1 前端各厂预处理系统

利用前端各焦化厂生化 AO 处理系统，主要流程为 调 节 池 ( 2000 m³ ) /AO ( 4000m³ ) /二沉池( 500 m³) ，为园区深度处理做预处理，去除废水中抑制硝化及反硝化菌属生长的 SCN^－ 、酚类、CN ^－等，提高整个焦化废水处理系统的抗冲击能力。

2. 3. 2 园区深度处理系统

① 调节池及事故池

调节池主要对 5 家焦化厂预处理后的废水进行收集，并调节水质水量。设计尺寸为 40 m × 30 m ×6． 5 m，有效容积为 7 000 m³，钢筋混凝土结构，共 1座。配有提升泵3 台( 1 用2 备) ，Q = 300 m³ / h，P =210 kPa，N = 22 kW。另设有事故池 1 座，尺寸为 45m × 37 m × 6． 5 m，有效容积为 1 000 m³。

② 一级好氧池和一级沉淀池

一级好氧池共 2 座，设计尺寸为 35 m × 12 m ×6． 5 m，有效容积为 5 000 m³，钢筋混凝土结构，推流式运行，水力停留时间为 24 h，配有可提升式硅橡胶膜微孔曝气管。配罗茨鼓风机，Q = 30 m3 /min，P =6． 5 kPa，N = 45 kW，2 用 1 备。

一级沉淀池 1 座，设计尺寸为 20 m × 4． 1 m，有效容积为 800 m³，表面负荷为 0． 83 m³ /( m²·h) ，配备有中心传动刮泥机，直径为 20 m，线速度为 3m /min，减速机功率为 0． 75 kW; 配污泥回流泵，Q =300 m³ / h，P = 210 kPa，N = 22 kW，1 用 2 备，污泥回流至好氧首端，回流比为 50% 。

③ 二级缺氧池和二级好氧池

二级缺氧池 1 座，主要进行反硝化脱氮，设计尺寸为 20 m × 17 m × 6． 5 m，有效池容为 4 000 m³，停留时间为 20 h，钢筋混凝土结构，配有水下搅拌器 4套，功率为 7． 5 kW。配有碳源储罐以及碳源投加计量泵 2 台( 1 用 1 备) ，向缺氧池投加适量碳源。

二级好氧池 1 座，设计尺寸为 20 m × 13 m ×6． 5 m，有效池容为 3 000 m³，停留时间约 14 h，钢筋混凝土结构，配有可提升式硅橡胶膜微孔曝气管，曝气与一级好氧曝气由鼓风机房共同提供。

④ 二级沉淀池

二级沉淀池 1 座，设计尺寸为 20 m × 4． 1 m，有效容积为 800 m³，表面负荷为 1． 04 m3 /( m²·h) ，配备有中心传动刮泥机，直径为 20 m，线速度为 3m /min，减速机功率为 0． 75 kW; 配污泥回流泵，Q =300 m³ / h，P = 210 kPa，N = 22 kW，1 用 2 备，污泥回流至二级缺氧首端，回流比为 100% 。

⑤ 原位吸附池和强化 Fenton 氧化池

原位吸附池主要通过投加适量净水剂，去除部分 COD 以及 SS，设计尺寸为 4 m × 8 m × 4 m，停留时间为 45 min，钢筋混凝土结构。配有 4 台搅拌机，功率为 3 kW; 溶药池尺寸为 5 m × 4 m × 6 m; 净水剂储罐容积为 15 m³，螺杆泵 3 台，功率为 1． 5 kW，流量为 2 m3 / h，1 用 2 备; 硫酸储罐容积为 10 m³，计量泵 3 台( 2 用 1 备) ，流量为 125 L / h。强化 Fenton 氧化池设计尺寸为 4 m × 8 m × 4m，停留时间为 45 min，钢筋混凝土结构。配 4 台搅拌机，功率为 3 kW; 溶药池尺寸为 5 m × 4 m × 6 m;催化剂储罐容积为 15 m³，螺杆泵 3 台( 1 用 2 备) ，功率为 1． 5 kW，流量为 2 m³ / h; 双氧水储罐容积为10 m³，计量泵 2 台( 1 用 1 备) ，流量为 125 L / h; 硫酸储罐容积为 20 m³，计量泵 3 台( 2 用 1 备) ，流量为 125 L / h; 液碱储罐容积为 15 m³，计量泵 3 台( 2用 1 备) ，流量为 125 L / h。

⑥ 原位吸附和强化 Fenton 氧化沉淀池

原位吸附及强化 Fenton 氧化沉淀池的设计尺寸及参数参照二级沉淀池。

⑦ 可再生活性炭吸附塔

可再生活性炭吸附塔主要强化去除水体中残留的污染物，是焦化废水处理系统最后一道保障。设计塔高为22 m，底面积为10 m²，流速为8 m / h，不锈钢结构，共 3 座。进水方式为下进上出，四周进水，防止短流。配有化工泵 4 台( 2 用 2 备) ，Q = 170

m³ / h，P = 500 kPa，N = 22． 8 kW。

⑧ 污泥浓缩池

污泥经浓缩后送往压滤机房进行脱水处理，包括生化系统剩余污泥、原位吸附池和强化 Fenton 氧化池产生的化学污泥。设计尺寸为 20 m × 5． 9 m，共 1 座，钢筋混凝土结构。配叠螺式污泥脱水机及附属设备，处理量为 20 m³ / h，出泥含水率为 80% ，共 3 台( 1 用 2 备) 。

3 调试与运行效果

为满足工业园区内 5 家焦化企业正常生产熄焦用水量，园区需在 1 个月内将处理量由最初的 1 000m³ / d 提升至 5 000 m³ / d。由于前端 5 家企业生化系统对 COD 具有一定去除能力，对氨氮及总氮脱除效果较差，焦化废水进入园区污水厂后，COD 去除负荷较低，氨氮及总氮去除负荷较高。调试过程中，园区一级好氧污泥回流比为 50% ，二级好氧污泥至缺氧回流比为 100% 。

3. 1 日处理量提升及硝化负荷分配

园区生化段 COD 去除负荷较低，主要受到硝化负荷的限制。针对焦化废水硝化负荷的工程数据较为缺乏的问题，水量提升前，经批量试验评价园区一段、二段的污泥硝化负荷分别为 15． 98、21． 24kgNH ₄⁺ － N / h。调试后，处理量为 4 000 m³ / d 时，一段、二段污泥硝化负荷分别提升至 35． 33、33． 35kgNH₄⁺－ N / h。以试验数据为基础，指导工程中硝化负荷的提升，结果见图 2、3，可见该方法可以快速提升水量以及硝化负荷且保持硝化效果稳定。

3. 2 COD、NH ₄⁺ － N 去除效果

系统对 COD、NH₄⁺ － N 的去除效果分别见图 4、5。如图 4 所示，强化 Fenton 出水 COD 已降至 60 ～70 mg /L，去除率达 97% 以上，再经活性炭出水后COD 低至 20 ～ 30 mg /L，去除率高达 99% 。如图 5所示，园区二段二沉池出水氨氮长期保证在 6 mg /L以下，活性炭出水稳定在 2 mg /L 以下，去除率达98% 。园区污水厂回水至各焦化厂熄焦用水 COD、NH ₄⁺ － N 可以满足熄焦池水标准，降低熄焦过程中产生的挥发性有机物，提高焦炭品端 5 家污水厂遇到多次冲击，前端响，但园区污水厂依旧稳定运行。

3. 3 反硝化总氮去除效果

总氮去除效果见图 6。

硝化调试完成后，水量主要进入一段好氧池，如图 5 所示，NH ₄⁺ － N 在一段好氧基本降解完成，在二段缺氧池进行反硝化，无需增加硝化液回流管线。生物脱氮过程中，COD ∶ TN = 4 ～ 6 无需外加碳源，但本工程碳源不足，需要投加一定碳源。如图 6 所示，脱氮稳定后，园区二沉池出水总氮在 30 mg /L 以下，基本稳定在 20 mg /L，最终活性炭出水总氮在 10mg /L 以下，脱氮效率在 95% 以上。

3. 4 最终出水水质

调试完成后，随机抽取 3 天园区最终出水水质，平均值如表 3 所示。从表 3 中数据可以看出，园区出水水质均远低于《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) 直排标准，且满足工程设计标准。

4 结语

工业园区内焦化废水“前端各厂预处理—后端园区深度处理”两级处理出水指标均满足《炼焦化学工业污染物排放标准》( GB 16171—2012) ，处理效果稳定良好，奠定了焦化废水零排放基础。

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