焦化废水回用工艺设计与运行分析.pdf

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50Fuel&
・环境保护与节能减排・
焦化废水回用工艺设计与运行分析
杨飞1王凯】边志达2门枢1
((大连)工程技术有限公司,大连116085;
,鞍山114021)
摘要:针对蒸氨废水水质差、污染物浓度高等特点,设计了“预曝气+A/O+Fenton氧化+高密澄清+多介
质过滤十活性炭吸附十超滤十反渗透”组合工艺对废水进行处理。结果表明,废水处理系统产水指标优于GB
50050—2017《工业循环冷却水处理设计规范》要求,产水送到循环冷却水系统作为补充水;浓水经Fenton氧化
后达到GB16171-2012《炼焦化学污染物排放标准》表1间接排放要求,送高炉冲渣,实现了废水零排放。
关键词:焦化废水;预曝气;Fenton氧化;反渗透
中图分类号:X784文献标识码:A文章编号:1001-3709(2022)05-0050-05
Processdesignandoperatinganalysisofcokingwastewatertreatment
YangFei1WangKai1BianZhida2MenShu1
(&RefractoryEngineeringConsultingCorporation(Dalian),MCC,Dalian116085,China;
.,Ltd.,Anshan114021,China)
Abstract:AprocessofcombiningMPre-aeration+A/O+Fentonoxidation+high-densityclarifier+
Multi-mediumfiltration+GACadsorption+UF+RO"isadoptedtotreatthehighconcentrated

therequirementsforthewaterqualityofreclaimedwaterspecifiedintheCodeforDesignof
IndustrialRecirculatingCoolingWaterTreatment(GB50050—2017).Theproducedwatercanbe
usedasthemake-
ofROistreatedbyFentonoxidation,andthequalityoftheeffluentmeettherequirementsfor
indirectdischargespecifiedintheEmissionStandardofPollutantsforCokingChemicalIndustry
(GB16171—2012).Theeffluentisreusedasslagflushingwater,whichrealizesthezero­
dischargeintheplant.
Keywords:Cokingwastewater;Pre-aerator;Fentonoxidation;Reverseosmosis
焦化废水是在煤干憎、,,蒸
过程中产生的,主要以蒸氨过程产生的蒸氨废水为氨废水量为40m3/h;3#、护焦炉为7m顶装焦炉,
主。焦化废水含有高浓度的氨氮、氤化物、硫化物、年产焦炭150万t,蒸氨废水量为45m3/ho随着环
酚类、多环芳桂等污染物是一种典型的有毒有保要求的提高以及企业对于水资源循环利用的迫切
害且难降解的工业废水。近年随着环保要求的提高,需求,目前的废水处理工艺已经不能满足要求。根
对焦化废水的处理提出了更高的要求,提高焦化废据现有工艺特点和处理效果,对现有废水处理设施
水循环利用率成为趋势。进行升级改造,改造后的工艺流程为"预曝气+A/
某钢铁联合企业焦化厂共有4座焦炉,广、2#O+Fenton氧化+高密澄清+多介质过滤+活性炭
收稿日期:2021-12-23
作者简介:杨飞(1978-),男,高级工程师
2022年9月燃料与化工
第53卷第5期Fuel&ChemicalProcesses51
吸附+超滤+反渗透”。改造后工艺运行结果表明,进入缺氧池,在此反硝化细菌利用水中的有机物将
废水处理后产水水质合格,废水处理装置运行稳定。***盐转化为亚***盐并进一步反硝化为氮气,从
而达到脱除总氮的目的;同时能够进一步降低废水
工程概况及工艺流程设计
1COD浓度。缺氧池出水进入好氧池后进一步脱除残
,同时硝化细菌发生硝化反应,将水中
一期生化系统设计水量为40m3/h,二期生化氨氮转化为硝态氮。好氧池末端泥水混合液回流至
系统设计水量为45m3/h,回用水处理系统设计规缺氧池(回流比3-6倍),好氧池出水进入二沉
模为150m3/h,焦化废水处理系统设计进水水质见池进行泥水分离,二沉池底部污泥由泵送回好氧池
表lo(回流比1~2倍)。上清液进入后续Fenton氧化池,
以硫酸亚铁作为催化剂,催化双氧水(耳。2)产生
表1焦化废水水质指标mg/L
轻基自由基,以氧化水中残留的难生物降解有机物。
项目COD挥发酚NH3-N硫化物氧化物石油类TDS
一期与二期Fenton氧化池出水与回用水处理
W5500W700W200W200W20W40W5000
系统各装置的反洗水等共同进入澄清池,通过投
要求出水水质满足GB50050—2017《工业循加混凝剂聚合***化铝(PAC)及助凝剂聚丙烯酰***
环冷却水处理设计规范》中再生水用于间接循环冷(PAM),去除废水中的悬浮物及胶体。澄清池出
却水系统补充水的水质指标要求,出水作为循环冷水用泵加压进入多介质过滤器,多介质过滤器内填
充石英砂和无烟煤,以去除水中悬浮物。过滤后的
却水系统补充水使用,设计出水水质见表2。
水进入活性炭吸附塔,在吸附塔中通过装填的活性
表2出水水质指标
炭进一步去除废水中残留的有机污染物。活性炭吸
TDSCOD悬浮物cr1浊度钙硬度
项目pH
/(mg*L_1)/(mg心)/(mg-L-1)/(mg«L_1)'/NTU/(mg-L-1)附塔出水经超滤给水泵送至超滤装置,超滤作为反
~,,
要求产出的浓水水质满足GB16171—2012(炼对悬浮物、胶体、细菌的去除率可达100%。经超
滤处理后出水SDI(污泥密度指数)一般稳定在3以
焦化学工业污染物排放标准》中表1间接排放指标
下,可满足反渗透装置进水要求。超滤出水由反渗透
要求,作为高炉冲渣使用,设计冲渣水水质见表3。
增压泵经过滤器(过滤孔径5gm)再由高压泵加
表3冲渣水水质指标
压送至反渗透膜,经反渗透装置脱盐处理后,反渗
„COD挥发酚nh3-n氤化物悬浮物
项目
PH/(mg-L-1)/(mg*L1)/(mg*L_1)/(mg*L_1)/(mg*L1)透产水进入回用水池,作为循环水补充水使用。反
~,作为冲渣水送高
炉冲渣。


改造后焦化废水处理工艺流程见图1,主要分
(1)一期生化系统。包括1座调节池,有效
为生化及Fenton氧化处理系统与回用水处理系统。
容积1920m3,停留时间约48h;2座预曝气池,
斗序阿乜H廳H缺融H有效容积1823m3,停留时间约45h;2座缺氧池,
生化及Fenton
'|“||-=7-7―II----------------1I—一(氧化处理系统有效容积1944m3,停留时间约48h;2座好氧池,
有效容积4253m3,停留时间约106h。
iIl~T豔囂H警丨」(2)一期Fenton氧化系统。包括2座Fenton
IB用水处理第统氧化池,每座分4格,每格设置搅拌机,总有效容
------------------------------------------------------------------积85m3,停留时间约2h,配套硫酸亚铁、双氧水、
PAM及液碱加药装置。
图1改造后焦化废水处理工艺流程
(3)二期生化系统。包括1座调节池,有效
一期与二期蒸氨废水分别进入调节池,进行水容积1920m3,停留时间约42h;2座预曝气池,
质和水量调节,调节池出水由泵送入预曝气池,废有效容积2457m3,停留时间约54h;2座缺氧池,
水中的硫化物、酚类、氧化物等有毒有害物质在此有效容积2462m3,停留时间约54h;2座好氧池,
去除;同时降低废水COD浓度。预曝气出水自流有效容积4473m3,停留时间约100ho

52Fuel&
(4)二期Fenton氧化系统。包括2座Fenton质要好于一期,COD平均值为3468mg/Lo一、
氧化池,每座分4格,每格设置搅拌机,总有效容二期蒸氨废水经过预曝气处理后,COD去除率为
积90n?,停留时间约2h,配套硫酸亚铁、双氧水、50%~60%,与图2和图3硫化物和挥发酚的变化
PAM及液碱加药装置。趋势相吻合,表明预曝气在去除废水中有毒有害物
(5)多介质过滤器。设置4台压力式过滤器,质的同时可以有效降低废水的COD浓度。废水经
3开1备,,,每台设计处理过A/O系统处理后,可生物降解的有机物基本去除,
量60m3/ho一期出水COD平均为370mg/L,二期出水COD
(6)活性炭吸附塔。设置4台压力式过滤器,平均为283mg/L。一期蒸氨废水不仅COD浓度更
3开1备,塔内填充活性炭,,,高,而且水质更复杂。生化出水经过Fenton氧化
每台设计处理量50m3/ho后,一期出水COD约为149mg/L,二期出水COD
(7)设置3套超滤系统,每套26支。设计操约为124mg/L,Fenton氧化系统对一、二期废水
,设计通量40L/(m2-h),COD的去除率均为60%左右。
单套设计产水量50m3/ho出水水质要求浊度
<,SDIW3。超滤系统配备化学清洗及
反冲洗装置。
(8)设置3套反渗透系统,每套60支。选用陶
氏BW30FR-400/34膜元件,/(m2-h),
单套设计产水量35m3/h,脱盐率3=98%,回收率
70%。反渗透系统配备化学清洗及反冲洗装置。
(9)设置1座浓水Fenton氧化池,Fenton氧
化池分3格,有效容积96m3,停留时间约3h,配
备硫酸亚铁、双氧水、PAM及液碱加药装置。
2废水处理系统运行分析
图2硫化物去除效果

»氮瞅-□-一预燥气出水
■二期蒸氨废水T-二期预曝气出水
由图2可知,蒸氨废水的硫化物含量较高,已900
远远超过常规设计的要求;若该蒸氨废水宜接进入
750
A/O系统,会导致硝化细菌活性降低甚至中毒何。
r60o
J
本工程项目通过设置预曝气池,去除影响硝化系统.
运行的有毒有害物质。运行表明,预曝气池对硫化l45o
i
物去除效率很高,去除率在99%以上,保证了A/Of
t30o
系统的进水要求。由图3可知,预曝气对挥发酚同
样具有较好的去除效果,出水挥发酚降至1mg/L150-
以下。运行中发现,即使来水COD波动较大,预
0SSSSSffi—s—s
曝气池仍能稳定运行,预曝气能够提高生化系统的1234567891011
抗冲击能力。由于进水COD浓度高,预曝气池泡天数/d
沫多,采用预曝气沉淀池出水消泡后泡沫仍无法有图3挥发酚去除效果
效控制,需间歇性投加消泡剂控制泡沫。由图6可知,一、二期蒸氨废水的氨氮浓度在
~150mg/L波动,二期A/O系统的硝化污泥活
由图4和图5可知,受一期捣固焦炉的影性较好,氨氮降解效果明显,出水氨氮均降至
响,一期蒸氨废水中COD浓度较高,平均值为1mg/L以下。运行中发现,由于硝化细菌为自养菌,
4805mg/L;二期焦炉为顶装焦炉,蒸氨废水水世代周期长,所以易受冲击。要维护好硝化系统的
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稳定运行,需保证进入A/O系统的蒸氨废水中有毒有机物基本以小分子物质为主,所以超滤对此部分
有害物质维持在较低浓度。预曝气在整个焦化废水物质基本无去除效果;超滤出水经过反渗透膜后,
处理系统运行过程中发挥了重要作用,建议采取预基本可以去除CODo
曝气措施来应对水质复杂的焦化废水处理工程。
•蒸氨废水一■——Fenton出水
6000
45oo(
L
・
旦、M囑
30oo
K
15OO
1234567891011
天数/d
图6氨氮去除效果
图4一期蒸氨废水COD去除效果
■'蒸氨废水―■—预曝气出水♦二沉池出水―A—芬顿出水-•一澄清池出水-■-超滤进水T一反渗透进水
4000150
3ooo120
(
L(
L
・・
WJ2oooM
昌旦、
GO0
<30
。
1OOO
30
12345678910111234567891011
天数/d天数/d
图5二期蒸氨废水COD去除效果图7COD去除效果

,反渗透进水TDS(总溶解性
由图7可知,一、二期Fenton氧化系统出水与固体)均值约3655mg/L,***离子浓度约]250mg/L。
回用水处理系统的反洗废水混合后进入澄清池,通经过反渗透装置脱盐处理后,产水TDS小于60mg/L,
过添加聚合***化铝(PAC)和聚丙烯酰***(PAM)***离子浓度小于10mg/L,反渗透装置的脱盐率大
去除水中悬浮物及胶体,COD降至93mg/Lo澄于98%。经过连续检测,其他指标也满足规定的水
清池出水经过多介质过滤器和活性炭吸附塔,对水质指标要求,表明反渗透装置具有良好的离子截留
中未沉降悬浮物和COD进一步过滤、吸附,出水效果。
COD降至70mg/L左右。
受换炭频率的影响,新装填的活性炭对COD吸附由图10可知,Fenton出水的总Fe含量较高,
效果更好,但运行成本高。本工程经综合考量,活经过澄清池投加混凝剂沉淀后,可去除一部分总
性炭吸附塔出水COD维持在70~80mg/L,可保证Fe。经过多介质过滤器和活性炭吸附塔后,总Fe
膜系统的稳定运行。超滤系统进出水COD变化不含量变化较小,表明水中Fe并不是以Fe(OH)3絮
大,表明超滤对COD去除率低。因为水中剩余的体及Fe”的形式存在。运行中发现,超滤装置对水

54Fuel&
中总Fe的去除率也较低,导致反渗透进水的总FeCOD的去除率较低,约为30%左右,远低于二
含量仍高达lmg/L,但反渗透装置运行正常,膜压沉池出水后Fenton氧化的效率。随机抽取3天反
差并未明显升高。渗透浓水经过Fenton氧化的其他各项水质指标,
平均值见表4。从表4可知,处理后出水水质指
5000100
标均低于GB16171—2012《炼焦化学工业污染
4O
00
(98物排放标准》规定的冲渣水指标要求,满足工程
I
300O96%设计标准。
・、
bo褂強来
旦、O—•—a*94
LOS200—出水
001—去除率92
1234567891011
天数/d
图8反港透装置TDS去除效果
2000100
(5oo
L
.%
a、
0oo<
^l阳餐強怅
-•-删94图11Fenton氧化对COD去除效果
5OO
-■-出水
表4Fenton氧化出水水质
♦-去除率92
挥发酚nh3-n氧化物悬浮物
项目PH
0190/(mg*L_1)/(mg*L_1)/(mg-L_1)/(mg«L_1)
1234567891011

天数/d
图9反渗透装置***~
T—澄清池出水
—•—Fenton出水3运行成本分析
-♦-超滤进水T-反渗透进水
由于焦化废水各项污染物浓度高、处理工艺流
程长,所以工艺运行成本高于其他化工废水,本项
(
I目运行成本见表5。
・
旦住获M
表5废水处理运行成本核算元/t水
项目用电AT药剂生产水压缩空气总成本

0____I____I________I________I________I________I____I________I________I____I
4结语
1234567891011
天数/d
(1)采用“预曝气+A/O+Fenton氧化+高
图10总Fe的去除效果
密澄清+多介质过滤+活性炭吸附+超滤+反渗
”组合工艺处理焦化废水,出水水质优于GB
由图11可知,反渗透浓水COD浓度为50050—2017《工业循环冷却水处理设计规范》中
190〜200mg/L,不能满足冲渣水COD小于150mg/L再生水用于间接循环冷却水系统补充水的水质指标
的要求。浓水通过Fenton氧化处理后,COD降至要求,产水送循环冷却水系统作为补充水,减少了
150mg/L以下。运行中发现,Fenton氧化对浓水企业新水用量。(下转第58页)

58Fuel&
(3)要制定操作规程,,远小于
操作。设计指标。
(4)如需对设备进行检修,要放净设备中的
积水。需要对设备进行置换,置换介质使用蒸汽。3结语
通过蒸汽可以将过滤器内部焦油、蔡等杂质热洗下陶瓷膜过滤器运行半年后,对氨水含油量进行
来,增强熔融排油效果何,减少易燃物质的存在。检测,,小于50mg/L,满
对陶瓷膜过滤器进液口及出液口管线加盲板。检修足设计指标要求。自过滤器投入使用以来,陶瓷膜
过滤器时,需专业人员持证进行作业且需在工艺操过滤管未更换,设备稳定运行,未出现故障检修,
作人员现场监护下实施。保证了安全生产,为后续蒸氨废水指标合格奠定了
(5)日常加强巡检,发现问题及时汇报,消基础。
除隐患。
参考文献

按照前期的除油设计指标,经陶瓷膜过滤器过[1][J].水处理技术,
滤后的剩余氨水含油量应W50mg/L。陶瓷膜过滤2009,35(7):73-74.
器运行半年后,氨水过滤前后含油量如表2所示。[2][J].甘肃冶
可见,经陶瓷膜过滤器过滤后氨水含油量明显减少,金,2012,34(6):99-101.
韩立影编辑
(上接第49页)
4结语参考文献
焦炉煤气组分中氢气含量较多,杂质气体较少。[1]马家骏,
驰放气中大量的氢气不能得到高效利用。本文提高焦能源与节能,2010,58(1):38-41.
炉煤气附加值的方案可以大幅提高甲醇的生产量,同[2]吴创明,焦炉煤气制甲醇的工艺技术研究[J].煤气与热力,
时可使焦炉煤气中的氢资源得到高效利用,杜绝了甲2008,28(1):14-1&
醇驰放气的浪费;能够实现节能减排,消除驰放气外[3]王育红,利用焦炉煤气生产甲醇的探讨[J].煤气与热力,2005,
排对周围大气造成的污染;达到了节能、减排、环保25(10):54-55.
的目的,使经济效益和社会效益都得到较大提高。甘李军编辑
(上接第54页)
(2)预曝气池可作为A/O系统预处理措施,自动控制水平高,可实现无人值守。
在进水水质差、有毒有害污染物浓度高的情况下,(4)该组合工艺为高浓度、复杂水质的焦化废水
能够有效降低有毒有害物质的浓度;可以降低废水处理臧了可借鉴的工艺路线,AW—定的推广意义。
处理系统污染物负荷并保证硝化系统的稳定运行。
参考文献
运行结果表明,即使在来水指标不稳定的情况下,
生化处理系统仍能保持稳定运行,并确保出水水质[1]王凯,尹君贤,刘杰锋,+A/O处理高浓度焦化废水的
指标满足要求。工程实践[J].燃料与化工,2020,51(6):50-55.
(3)超滤+反渗透的组合工艺,可保证回用[2]刘素婷,硫化物对沧州某污水处理厂氮氮去除效果影响的实验分
水处理系统的废水回收率稳定达到70%以上。系统析[J].当代化工,2021,50(10):2394-2397.
脱盐率高,同时整套设备高度集成、占用空间小、甘李军编輯