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1、工程概況

山西某焦化產(chǎn)業(yè)園區(qū)以生產(chǎn)銷售焦炭為主，園區(qū)企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的廢水，主要有生產(chǎn)廢水、循環(huán)排污水、化工產(chǎn)品生產(chǎn)泵軸密封沖洗水、煤氣管道冷凝水、地坪沖洗水等，廢水排放量合計約3000m3/d。特征污染物主要包括COD、NH3-N、氰化物、揮發(fā)酚、油、懸浮物及大量難生物降解的多環(huán)、雜環(huán)類有毒有害物質(zhì)。為解決園區(qū)廢水對環(huán)境的污染，園區(qū)全部廢水經(jīng)分類后進(jìn)行收集，并結(jié)合各類廢水的水質(zhì)特征，分別進(jìn)入園區(qū)廢水處理系統(tǒng)的不同工藝節(jié)點進(jìn)行處理，最終出水水質(zhì)達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050—2017）中再生水用于間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)指標(biāo)，全部回用于園區(qū)內(nèi)企業(yè)。

該工程設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

2、工藝流程

因廢水中油類物質(zhì)濃度較高，故廢水首先需通過除油和氣浮工藝預(yù)處理以除去其中的油類物質(zhì)。針對園區(qū)廢水中有機(jī)物及氨氮濃度均較高的特點，且有脫除總氮的要求，確定本項目生化處理工段核心工藝為厭氧+兩級A/O+二沉池工藝。廢水首先通過厭氧微生物的水解酸化提高其可降解性，然后經(jīng)A/O工藝進(jìn)一步降解有機(jī)物，同時達(dá)到除磷脫氮的雙重目的。為保證回流的硝化液和廢水充分混合，本項目的厭氧池出水進(jìn)入硝化液回流井，與硝化液充分混合后再回流至缺氧池。缺氧池出水進(jìn)入好氧池，廢水經(jīng)好氧池處理后自流至二沉池。設(shè)兩級A/O工藝的目的是進(jìn)一步降解廢水中的有機(jī)物，同時保證脫氮效果，為后續(xù)深度處理提供有效保障。

深度處理工段包括混凝沉淀、過濾、超濾、樹脂軟化、有機(jī)物脫除、兩級反滲透處理等工序。混凝沉淀的作用是使廢水中的SS和COD得到進(jìn)一步降低。其原理是通過先后向廢水中加入高效混凝劑及高分子絮凝劑進(jìn)行混合反應(yīng)，使廢水中的小分子物質(zhì)吸附架橋形成大分子物質(zhì)，從而大幅度提高泥水分離效果?；炷恋沓爻鏊M(jìn)入過濾系統(tǒng)，混凝污泥排入污泥濃縮池。過濾器出水經(jīng)超濾、樹脂軟化、有機(jī)物脫除、兩級反滲透等工序處理后，產(chǎn)水全部回用為循環(huán)水補(bǔ)充水。高鹽濃水進(jìn)入三效蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽由園區(qū)統(tǒng)一外協(xié)處理。

廢水處理工藝流程見圖1。

3、主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)及設(shè)備配置

3.1 預(yù)處理工段

預(yù)處理系統(tǒng)由集水池、除油池、氣浮設(shè)備、調(diào)節(jié)池組成?？紤]到廠區(qū)廢水種類較多，水質(zhì)及水量波動范圍大，預(yù)處理工段設(shè)置調(diào)節(jié)池，以達(dá)到調(diào)節(jié)水量、均化水質(zhì)的目的。另外設(shè)事故池，在系統(tǒng)出現(xiàn)臨時事故時可以保證園區(qū)污水暫時存儲在事故池，不外排。

根據(jù)設(shè)計規(guī)范及設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合園區(qū)廢水實際情況，集水池容積確定為280m3。除油池容積確定為750m3，水力停留時間約6h。調(diào)節(jié)池和事故池容積確定為3312m3，調(diào)節(jié)池水力停留時間約22h。主要設(shè)備：集水池提升泵2臺，Q=40m3/h，H=160kPa，N=4kW；調(diào)節(jié)池提升泵4臺，Q=60m3/h，H=200kPa，N=11kW。溶氣氣浮設(shè)備2套，單套處理能力60m3/h。另外設(shè)有潛水?dāng)嚢铏C(jī)和事故池提升水泵等。

3.2 生化處理工段

①厭氧池厭氧池尺寸為25m×20m×6m，水力停留時間約20h。主要設(shè)備為潛水?dāng)嚢铏C(jī)。

②兩級A/O生化池一段缺氧池尺寸為25m×26m×6m，水力停留時間約30h。缺氧池進(jìn)水通過池底所設(shè)管道均勻布水；內(nèi)置組合填料；硝化液回流比3∶1。一段好氧池尺寸為32m×46m×6m，水力停留時間約60h。好氧池設(shè)導(dǎo)流管保證進(jìn)水均勻分布；為保證好氧池中活性污泥濃度，好氧池進(jìn)水口設(shè)污泥回流管，污泥回流比1∶1。一段好氧池主要設(shè)備：空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)4臺（3用1備），Q=70m3/min，H=70kPa，N=90kW；可提升曝氣器800套。

二段缺氧池尺寸為20m×21m×6m，水力停留時間約15h；硝化液回流比2∶1；缺氧池內(nèi)設(shè)有組合填料。二段好氧池尺寸為26m×24m×6m，水力停留時間約25h，污泥回流比1∶1。二段好氧池主要設(shè)備：空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)3臺（2用1備），Q=60m3/min，H=70kPa，N=75kW?？商嵘貧馄?50套。

硝化液中含有硝化細(xì)菌氧化氨氮產(chǎn)生的硝酸鹽氮，回流到缺氧池后，與缺氧池進(jìn)水中的有機(jī)物混合，由反硝化細(xì)菌進(jìn)行硝酸鹽氮的反硝化反應(yīng)，實現(xiàn)總氮的去除。設(shè)硝化液回流提升泵8臺（4用4備），Q=240m3/h，H=160kPa，N=22kW。

③二沉池

一段二沉池和二段二沉池尺寸：?×H=20m×4.2m，共4座；二沉池表面負(fù)荷為1.2~1.5m3（/m2·h），旁設(shè)污泥池。主要設(shè)備：?20m周邊傳動刮泥機(jī)4臺；污泥回流泵8臺（4用4備），Q=60m3/h，H=200kPa，N=7.5kW。

④污泥濃縮池

在污泥濃縮池中濃縮后的污泥送疊螺式污泥脫水機(jī)脫水，然后配煤摻燒。尺寸：?×H=7m×6.5m，設(shè)?7m污泥濃縮機(jī)1臺。

3.3 深度處理工段

①混合反應(yīng)池

混合反應(yīng)池的作用是充分混合絮凝劑和廢水，使廢水中的小分子物質(zhì)形成絮凝物?；旌戏磻?yīng)池尺寸為8m×2m×3m，廢水停留時間為20min。主要設(shè)備：混合攪拌機(jī)1臺，反應(yīng)攪拌機(jī)3臺。

②混凝沉淀池

尺寸：?×H=18m×4.2m，混凝沉淀污泥排入污泥池。主要設(shè)備：?18m周邊傳動刮泥機(jī)1臺，N=0.55kW；設(shè)污泥提升泵2臺（1用1備），Q=40m3/h，H=160kPa，N=4kW。

③機(jī)械過濾器

機(jī)械過濾器的作用是去除部分有機(jī)物、SS、微生物、膠體等物質(zhì)，以降低廢水濁度。尺寸：?×H=3m×5m，數(shù)量4臺；多介質(zhì)濾料56.6m3，濾速10m/h。機(jī)械過濾器設(shè)反洗泵2臺（1用1備），Q=380m3/h，H=250kPa，N=55kW。

④超濾裝置

超濾的作用是深度去除廢水中會對后續(xù)反滲透工序造成膜污染的微生物、膠體物質(zhì)、SS及大分子有機(jī)物等，進(jìn)而保證進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的廢水水質(zhì)符合要求。

為避免廢水中硬度較大的雜質(zhì)對超濾膜絲造成破壞，在超濾裝置前配備自清洗過濾器，它可以進(jìn)一步去除廢水中的SS、顆粒物等，使廢水濁度降低，從而使水質(zhì)得到凈化。設(shè)自清洗過濾器很大程度上減少了系統(tǒng)污垢、菌藻、銹蝕等產(chǎn)生。超濾系統(tǒng)使用的膜元件為中空纖維、外壓式膜，材質(zhì)：PVDF。超濾裝置設(shè)計為2套，單套處理能力65m3/h；單支膜進(jìn)水膜通量≤40L/（m2·h），最高產(chǎn)水量控制在4.5m3/h。

⑤樹脂軟化裝置

混凝沉淀工藝無法去除廢水中的全部硬度，這些殘余的硬度會給后續(xù)的反滲透系統(tǒng)帶來膜污堵等問題。因此在反滲透工序前加入樹脂軟化裝置，以除去廢水中殘余的硬度。本系統(tǒng)選用大孔弱酸陽樹脂。設(shè)3臺DN2500軟化樹脂床，總處理量125m3/h。二級反滲透前設(shè)置二級軟化樹脂，二級軟化樹脂同樣采用大孔弱酸陽樹脂，樹脂床裝置設(shè)計為2套DN1500軟化樹脂床，單套最大制水能力為30m3/h；既可單獨(dú)運(yùn)行，又可同時運(yùn)行。

⑥有機(jī)物吸附脫除裝置

采用有機(jī)物吸附脫除裝置吸附脫除廢水中難生物降解的小分子有機(jī)物、色度等，以降低膜污堵，延長膜的清洗周期及膜壽命。設(shè)3臺DN2200樹脂吸附塔，最大制水能力125m3/h。

⑦反滲透裝置

反滲透裝置的目的是去除水中的有機(jī)物及溶解鹽類等物質(zhì)。本系統(tǒng)采用“反滲透+濃水反滲透”兩級濃縮分離，盡可能提高廢水產(chǎn)水率。反滲透膜元件采用抗污染苦咸水淡化膜元件。其中，一級反滲透裝置設(shè)計為3套，單套設(shè)計處理水量為56m3/h，采用二段設(shè)計，產(chǎn)水率70%~75%；濃水反滲透裝置設(shè)計為2套（1用1備），單套產(chǎn)水40m3/h，采用二段設(shè)計，產(chǎn)水率50%~60%。

⑧蒸發(fā)結(jié)晶單元

二級反滲透濃水進(jìn)入三效蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行處理，即濃水在進(jìn)料泵的提升下，依次進(jìn)入EV1強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器1（一效）、EV2強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器2（二效）及EV3強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器（三效）進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，各效產(chǎn)生的濃縮水自動流入下一級，被上一級產(chǎn)生的二次蒸汽加熱蒸發(fā)濃縮，三效蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的鹽漿經(jīng)增稠器增稠及離心機(jī)脫水后得到結(jié)晶鹽。結(jié)晶鹽產(chǎn)生量約為4000t/a，主要成分為鹽類物質(zhì)及有機(jī)物，其中鹽類物質(zhì)主要有氯化鈉（67%）、硫酸鈉（28%）及少量其他雜鹽（5%）。結(jié)晶鹽含水率≤3%，由園區(qū)統(tǒng)一外協(xié)處理。

蒸發(fā)結(jié)晶單元設(shè)冷凝水水箱，用以回收系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水，冷凝水分質(zhì)回用。主要技術(shù)參數(shù)：結(jié)晶器設(shè)計規(guī)模15m3/h；蒸發(fā)加熱器材質(zhì)：鈦材；蒸發(fā)分離器及循環(huán)管道材質(zhì)：雙相鋼2205。

3.4 污泥脫水車間、加藥間

用機(jī)械濃縮脫水方式處理二沉池和混凝沉淀池的剩余污泥。污泥脫水車間及加藥間平面尺寸為30m×9m。

主要設(shè)備：

①JY型加藥裝置：a.溶解槽0.5m3，共3套，用于堿和PAC投加。溶液箱2m3，配套攪拌機(jī)1臺，N=0.75kW；配計量泵2臺，Q=0~1000L/h，P=1.0MPa，N=1.5kW。b.溶解槽0.5m3，共2套，用于碳源和磷源投加；溶液箱2m3，配套攪拌機(jī)1臺，N=0.75kW；配計量泵2臺，Q=0~500L/h，P=1.0MPa，N=0.75kW。

②全自動加藥裝置：a.藥液制備量為1000L/h，共2套，分別用于混合反應(yīng)池和氣浮設(shè)備的PAM投加。配套計量泵2臺，Q=0~1000L/h，P=1.0MPa，N=1.5kW；輸粉機(jī)功率0.18kW，攪拌機(jī)功率2×0.37kW。b.藥液制備量為3000L/h，用于污泥脫水PAM投加。配套計量泵2臺，Q=0~1500L/h，P=0.4MPa，N=0.75kW；輸粉機(jī)功率0.18kW，攪拌機(jī)功率2×0.75kW。

③疊螺式污泥脫水機(jī)：共2套，污泥產(chǎn)生量360~600kg/h，處理能力22m3/h，整機(jī)功率為7.5kW。污泥進(jìn)料泵2臺（1用1備），Q=30m3/h，H=200kPa，N=22kW。

4、處理效果

項目運(yùn)行期間，廢水處理量為1800~2500m3/d。實際進(jìn)、出水水質(zhì)見表2。

5、效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)分析

廢水近零排放系統(tǒng)共投資約11800萬元，其中設(shè)備、土建、安裝費(fèi)共計10900萬元，其他費(fèi)用共900萬元。噸水處理成本30.82元/m3（不含蒸汽費(fèi)），其中預(yù)處理+生化處理噸水處理成本17.83元/m3，深度處理+蒸發(fā)提鹽噸水處理成本12.99元/m（3不含蒸汽費(fèi)）。工程裝機(jī)容量約為3293kW，運(yùn)行容量約為2253kW。

5.2 節(jié)能減排分析

本工程對廢水生化處理后進(jìn)行深度處理，深度處理工段設(shè)計水量為125m3/h，系統(tǒng)產(chǎn)水率達(dá)90%，產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)指標(biāo)，全部回用。每年可節(jié)約水量98.5×104m3，極大地解決了園區(qū)一次水耗量大的問題，實現(xiàn)了廢水的循環(huán)資源化利用。

本項目的實施每年可減少COD排放量6570t、NH3-N排放量328t，環(huán)境效益極為顯著。

6、結(jié)論

①采用預(yù)處理+生化處理+深度處理工藝處理3000m3/d的園區(qū)焦化廢水，系統(tǒng)最終出水水質(zhì)達(dá)到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050—2017）中再生水用于間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)指標(biāo)，全部回用于園區(qū)內(nèi)企業(yè)，實現(xiàn)了焦化廢水處理的“近零排放”。

②針對園區(qū)廢水種類多的特點，園區(qū)全部廢水進(jìn)行分類收集，并結(jié)合各類廢水的水質(zhì)特征，分別進(jìn)入園區(qū)廢水處理系統(tǒng)的不同工藝節(jié)點。針對園區(qū)瞬時水質(zhì)、水量變化大等特點，在預(yù)處理段設(shè)調(diào)節(jié)池，以達(dá)到調(diào)節(jié)水量、均化水質(zhì)的目的；針對廢水有機(jī)物、氨氮濃度高的特點，生化段采用厭氧+兩級A/O工藝。

③深度處理工段采用兩級反滲透，減少濃水量，提高系統(tǒng)產(chǎn)水率；對高濃鹽水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，解決了高鹽濃水處理難度大、無法存放的問題。該項目減少了污染物的排放，保護(hù)和改善了生態(tài)環(huán)境，從企業(yè)長期發(fā)展來看，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。