山西某煤化工园区污水处理厂工艺设计.pdf

2 0 1 4 年 1 1 月第 1 1 期 城市道桥 与防洪 防洪排水1 1 5 山西某煤化工园区污水处理厂工艺设计 曹群科 ( 同济大学建筑设计研究院( 集 团) 有限公司 ， 上海市 2 0 009 2 ) 摘 要： 对山西某煤化工园区以焦化废水为主的污水处理厂进行了工艺设计。针对该废水污染物浓度高、 难降解有机物含量高、 氨氮 ， 总 氮浓度高 的特点 及出水 指标达 到 G B 1 8 9 1 8 2 0 0 2一 级 A或 回用 的要求 ， 采用 气浮 +水解 酸化 + o+澄清 +超滤 +纳 滤 的回用水处理工艺 ， 以及膨胀床 F e n t o n 法的浓水处理工艺。 着重介绍了污水处理厂各工艺单体的设计参数和设备配置， 并对设计 经验进行 了总结 。 关键词： 工业园区； 焦化废水； 超滤 ， 纳滤法； 膨胀床 F e n t o n 法 中图分类 号 ： T U 9 9 2 文献标识 码 ： B 文章编号 ： 1 009 7 7 1 6 ( 2 0 1 4 ) l 1 0 l 1 5 一 o 4 0 前 言 工业园区污水具有水量大 ， 水质成分复杂 ， 处 理难度大等特点。由于各企业生产废水在纳管前 都经过了厂内预处理，大部分可生化降解的有机 物都已在 厂内得到去除 ，导致排人工业园区污水 处理厂的污水可生化性较差，并含有一些有毒有 害物质。同时 ， 由于管 理的原 因 ， 工业园区 内偷排 现象往往屡禁不止 ，也使 园区污水处理厂的进水 水质水量超过设计值， 出水达标难以保证。 工业园 区污水处 理厂承担着协调 园区经济发展和环境保 护之间矛盾的任务，是 目前水处理行业面临的难 点问题 。 1 概 述 山西某工业园区规划以煤焦 、化工、机械加 工 、 材料加工 、 铸造、 玻璃加工、 建材 、 电力和农副 产品加工等行业为主。园区新建的污水处理厂设 计处理规模 5万 洲 ， 主要接 收新建 的煤化工企业 排放的焦化废水和其他企业经预处理后达到 污 水排人城镇下水道水质标准 ( C J 3 4 3 2 0 1 0 )的工 业废水， 以及少量生活污水。 处理后的水大部分回 用 ， 约 2 0 的尾水处理达到 城镇污水处理厂污染 物 排放 标准 ( G B 1 8 9 1 8 2 0 0 2 )一级 A标 准后 排 放 。 2 进、 出水水质及分析 污水处理厂原水含高浓度焦化废水 ，成分复 杂 ， 包括含 氮有机物 、 酚类 、 多环芳香 族化合物 、 油 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 2 4 作者简介： 曹群科( 1 9 7 9 一 ) ， 女， 福建泉州人 ， 工程师 ， 从事水 污染控制工程设计工作。 及含氮、 氧、 硫的杂环化合物等 ， 原水还包括部分 企业排放的脱盐水站和循环冷却水排污水，导致 废水中将含有一定量的盐分。根据对各企业排放 水质的预测和分析 ， 确定进水水质指标。 该污水处理 厂 出水部分处理到满足 回用要求 后排人附近水库 ，作为附近电厂等企业锅炉补 给 水处理系统的原水 ； 其余尾水处理达标后排放 ， 出 水水质执行 城镇污水处理厂污染物排放标准 ( G B 1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 一级 A标准 。污水 回用率 8 0 。 设计进水 、 排放水及回用水水质见表 1 。 表 1 设 计进 、 出水水质 主要指标 序号 控制项目 进水水质排放水质回用水水质 污水处理厂废水 C O D C r 和 N H3 一 N较高 ， 考虑 到废水 中含有较多难 降解有机物 ，为达到出水标 准 ， 必须尽可能提高废水的可生化 性 ， 并且采用混 凝 、 气浮、 澄清、 膜分离等物化方法进行预处理和 后处理才能够实现难降解有机物去除目标。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 6 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 4 年 1 1 月第 1 1 期 3 污水处理工艺流程 废水处理工艺流程及水量平衡见 图 1 。 4 主要构筑物及设计参数 ( 1 ) 粗格栅及进水泵房。粗格栅井和进水泵房 合建 ， 按 5万 设计( 总变化系数取 1 3 8 ) 。 格栅井分 两组， 分别设机械格栅除污机 1 套， 渠宽 1 2 0 0 m m， 高 度 8 0 m， 栅隙 2 0 m m， 倾 角 O t = 7 5 。 。栅渣通过 1 套螺旋输送压榨一体机输送至垃圾小车外运处 置 。集水井除了接收厂外管网输送来的废水 ， 浸没 式 超滤水 池排 污水 通过 厂 内污水 管也 排 人集 水 井 ， 水量 6 4 0 0 m3 d 。 集水井 内设置潜水排污泵 4台， 3 用 l 备， 其中 2 台变频控制 ， 泵流量 l 1 0 0 m 3 h ， 扬 程 1 5 m。 ( 2 ) 调节池和事故池 。 调节池用于均化水质水 量， 事故池用于暂存事故废水， 保障后续处理系统 的正常稳定运行。 两池合建， 共 3 格 ， 其中调节池 2 格 ， 总停 留时间 1 6 h ； 事故池 1格 ， 停 留时间 8 h 。 池上部设 配水 渠道 ， 渠道前 端设 细格栅 ， 进水及事 故池提升泵 出水 皆通过渠道在 3格 内通过 闸门分 配， 即减小了水头损失又省去了许多切换阀门。每 格池内设潜水搅拌机 6台， 功率 1 0 k W。调节池提 升泵 4台， 3用 l 备， 流量 8 0 0 m 3 h ， 扬程 1 2 m， 事 故池提升泵 1 用 1备 ， 流量 3 0 0 m T h ， 扬程 6 5 I T I 。 ( 3 ) 气浮池。气浮池集破乳 、 混凝 、 絮凝 、 气浮 、 沉淀等功能于一体 ，去除废水 中的油分及部分难 降解有机物， 减轻生化系统负荷。反应段投加硫酸 亚铁和絮凝剂 。有经验表 明硫酸亚铁对于焦化废 水的混凝效果较好 ，其作为混凝 剂的同时还可沉 淀废水中的硫化物。铁盐设计投加量 1 5 0 m g L ， 絮 凝剂投加量 1 3 mg L 。气 浮池设 计 4座 ，每座 3 格， 每格宽 4 m， 包括反应段、 接触段、 分离段、 排渣 段及 出水段 ， 分离区池底设泥斗重力排泥。反应段 停 留时间 1 5 m i n ， 接触室停 留时间大于 6 0 s ， 分离 区表面负荷 5 4 m 3 ( m h ) ， 停 留时间 3 0 m i n 。气 浮 回流比3 0 ， 回流泵扬程 5 5 m。 出于废水高程布置 和保温防冻的考虑， 气浮池体架高， 下部设置设备 问放置回流水泵 、 溶气罐 、 空压机等设备 ， 气浮池 排渣排泥靠重力 自流人 就近污泥池 。污泥池 内泥 渣经泵送往储泥池 。 ( 4 ) 水解酸化池 。水解酸化单元将废水 中复杂 有机物降解为易生物降解的溶解性简单的有机 物 ，提高废水的可生化性 ，以利于后续的生物处 理 。设 4座推流式填料水解酸化池 ， 单座平面尺寸 3 5 m3 2 m， 水深 7 m， 停 留时间 1 3 6 h 。 池 内设蜂 窝状悬挂填料以固定污泥， 使反应效率提高， 填料 高度 3 m， 上部离水 面 1 5 m， 下部距 池底 2 5 m。 每座水解酸化池设 4台潜水排泥泵 ，视运行情况 定期排泥， 并设 4台低速潜水推流器间歇搅拌， 以 避免池 内污泥沉积板结。 ( 5 ) A O生化池 。缺氧 好 氧池 主要作用 为去 除有机物和硝化反硝化脱氮。A O生化池共 4座。 单座缺氧池平 面尺寸 4 2 5 m3 5 1 5 m， 水深 7 m， 停 留时间 2 0 h ； 好氧池 1 6 0 r n 3 5 1 5 m， 水深 6 m， 停留时间 6 4 8 h 。 设计温度 1 8 C， 混合液污泥浓度 3 _ 5 g ML S S L 。由于该废水氨氮浓度高， B O D 5 T N = I 8 8 ， 可 资利用的易降解碳源不足，需要通过投加外部碳 源 以保证反硝化的顺利进行 。选用 甲醇作 为外加 碳源 ， 设计 投加量 3 5 m g甲醇 m g N O 一 N。生化池 反硝化负荷 ： 0 0 4 4 k g N 0 3 _ N ( k g ML S S d ) ； 好氧池硝 化 负 荷 0 0 5 6 k g N H3 一 N ( k g ML S S d ) ； B O D 5负 荷 0 0 3 1 k g B O D s ( k g ML S S d 1 。 污 泥 回 流 比 1 0 0 1 5 0 ，混合液 回流比约 9 0 0 。考虑到该废水硬 度较高 ，采用微孔 曝气器难 以避免会发生结垢现 象 ， 影响曝气系统的正常运行， 且 由于焦化废水中 含少量有机溶剂，微孔曝气膜必须采用硅橡胶材 质 ， 成本较高， 因此 ， 本工程生化池选用旋混式曝 气器 。这是一种利用空气在水 中所具有 的巨大上 升浮力作为动力对气泡进行切割破碎 的 “ 大孔 排 H 池 H c水 HH 4 0万 回用水 1 0万 t d 尾 水 排 放 滤 布 滤 池 H H沉F e nton 图 1 处理工艺流 程及水量 平衡 图 鎏H望 鲨 F e n t o n I 反应器 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 1 1 月第 1 1 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水1 1 7 气细泡布气” 技术 ， 它克服了微孔曝气易堵塞的缺 点 ， 在类似废水上有成功 的应用 。综合考虑风机的 设备费用和运行成本， 本项目选用空气悬浮离心鼓 风机， 8 用 2 备， 单台风量 2 0 0 m 3 m i n ， 风压 7 0 k P a ， 功率 2 5 0 k W。 ( 6 ) 二沉池。 设 2座周进周出二沉池 ， 直径 3 6 m， 表面水力负荷 1 1 8 m 3 ( m 2 h ) ， 停留时间 2 4 h 。内 设中心传动单管吸泥机， 0 3 7 k W。 ( 7 ) 循 环澄清池 。设 2座循 环澄清池 ， 含反应 区和斜 板沉 淀 区 。单 座 总平 面尺 寸为 2 5 2 m 1 8 9 m， 有效水深 5 0 m， 表面水力负荷 3 5 m3 ( m h ) 。 反应 区内添加粉末活性炭 、 混凝剂 和 P A M用于进 一 步去除 C O D 0和 S S 。 ( 8 ) 超滤( U F ) 。为保证出水满足回用要求 ， 采 用超滤 +纳滤双膜工艺 ，去 除废水 中不可生物降 解有机物及二价盐类 。纳滤前 的预处理采用抗污 染性能良好 ， 能耗低的浸没式超滤。设 1 座超滤车 间， 平面尺寸 2 8 2 m 9 5 m， 包括膜池、 酸洗池、 碱 洗 池 、 设 备 间、 控制 室及配 电室 ， 半地下式 膜池水 深 5 m， 分 8 组 ， 每组 2 格 ， 单格尺寸 1 1 4 m 2 8 8 m， 每格设超滤膜组件 6台， 单 台尺寸 2 0 8 m1 4 5 mX 3 7 m， 膜 面积 1 4 4 0 m2 台， 膜通量 1 5 L ( m h ) 。 抽 吸泵 1 6用 ， 2冷备 ， 流量 1 4 0 m ， 扬程 2 5 m， 变频 控制 ； 反洗泵 2用 2备 ， 流量 3 0 0 m3 h ， 扬程 2 0 m； 反洗鼓风机风量 8 0 m3 mi n ， 风压 5 0 k P a ； 另配套抽 真空系统 1套 、空压机系统 1 套 以及 N a C 1 0 柠檬 酸化学清洗装置各 1 套 。 ( 9 ) 纳滤( N F ) 。由于本工程 出水 主要用途 为 锅炉补给水系统的原水 ，各 回用点根据工 艺需要 还有水处理设 施对原水进一 步处理 ，采用 纳滤膜 处理， 即可满足回用要求 ， 又可以提高膜系统的回 收率 ， 减少需要处理的浓水量 ， 并节约能耗。设 1 座纳滤车间 ，平面尺寸 7 0 m2 7 m，含 N F膜车 间 、 药品间、 清洗 间、 控制室 、 高低配 电间等 。纳滤 膜组设 l 2组 ， 1 0用 2备 ， 3 0壳 组 ，系统 脱盐率 6 0 ， 水回收率 8 0 ； 提升泵 5用 1 备 1 冷备 ， 流 量 4 2 0 m 3 h ， 扬程 2 8 m； 高压泵 l O用 2备 ， 流量 2 1 0 m 3 h ， 扬程 7 0 m ； 冲洗水泵2 用2 备， 流量2 1 0 m 3 h ， 扬程 3 5 m； 以及保安 过滤器 、 化学清洗装置 1 套和 还原剂( N a H S O ) 、 阻垢剂、 H C 1 、 N a O H等化学药剂 的配制投加装置。另设 1座超滤产水池和纳滤产水 池， 两池合建 ， 其中 U F 产水池 2 0 0 0 m ， N F产水池 5 0 0 0 m 。回用水泵 6台 ， 4用 2备 ， 流量 5 6 0 m3 h ， 扬程 2 8 m。 ( 9 )浓水 处理系统 。浓水处理系统设计水量 1 0 0 0 0 m 3 d ， 进水 C O D 4 0 0 m g L ， 且主要都是难 生物降解的有机物， 只能采用高级氧化法处理。目 前常用 的高级 氧化技术有芬 顿( F e n t o n ) 氧化和 臭 氧氧化两种 。在污水深度处理 当中， 臭氧氧化法氧 化性略弱于 F e n to n 法 ，对某些难降解废水的有效 性不如 F e n t o n法。F e n t o n法具有投资成本低 、 对水 质变异的忍受程度 大、操作维护容易及操作成本 相对较低等优点。 本工程采用膨胀床 F e n to n 法 ， 该 法是传统 F e n to n氧化法的改 良技术，主要原理是 将 F e n t o n 氧化法产生的 F e 在膨胀床反应槽 中的 载体表面产生 F e O O H的结晶 ，而 F e O O H也 是 H 2o ： 的一种催化剂，而因为有 F e O O H的存在， 可 以大幅降低 F e 催化剂的加药量 ，另一方面由于 该反应在 p H 4 5下 即可进行 ， 又大大节约投加酸 碱药剂的量， 进而降低操作成本与污泥产生量， 是 目前针对生物难降解有机废水操作成本最低的高 级氧化技术 。浓水先排人中间水池 ， 均质均量并调 节 p H至 4 5 ，通过耐酸泵送人 2套膨胀床 F e n t o n 反应器， 单套处理能力 2 1 0 m 3 h 。反应器材质采用 3 1 6 不锈钢 ， 直径 3 3 5 m， 高 1 2 9 m。每套反应器 配 4台耐酸循环泵 ， 2用 2备 ， 流量 2 2 0 m 3 h ， 扬程 1 5 m， 用于使反应器内载体保持膨胀状态， 并在循 环管路上分别投加双氧水和硫酸亚铁， 使其与废水充 分混合反应。 根据每 1 k g H 2 0 ： 可去除0 4 7 k g C O D 计 算 ，浓度 2 7 5 双氧水消耗量约 2 4 。每消耗 1 H2 0 ： 需要投加 0 7 k g F e ( 传统 F e n t o n法约需要 1 5 k g F e ) ， 则折算成七水合硫酸亚铁的量约为 2 3 。反应器出水分别经过中和池、 脱气池、 絮凝池， 各池内设穿孔管采用空气搅拌。中和池内投加氢 氧化钠溶液调节 p H至中性 ； 脱气池用于脱除水中 残余双氧水分解生成的氧气，以免影响后续的沉淀； 絮凝池内投加高分子絮凝剂。 絮凝池出水进入 1 座直 径 2 8 m的沉淀池 ， 表面水力负荷 0 6 8 m3 ( m。 h 】 ， 内设 周边传动刮泥机 ， 3 k W。 沉淀池出水经过循环澄清 池澄清及滤布滤池过滤后达标排放。循环澄清池 内视运行情况投加粉末活性炭以吸附残余的有机 物 ， 保证尾水 C O D 。达标 。 ( 1 0 ) 污泥处理系统。 污水处理过程中 ， 气浮及澄 清产生绝干泥约 l 3 4们 ， 含水率 9 8 ； 生化处理产 生绝干泥约 3 1 ff d ， 含水率 9 9 3 ； F e n t o n反应产生 绝干泥约 7 1 d d ， 含水率 9 8 。 污泥经调理后采用板 框压滤机脱水至含水率低于 6 0 外运填埋处置。 5 投资及 运行成本 本工程总投资约 5 6 4 0 5 万元 ，单位处理成本 8 9 7元 t ， 可变成本 6 0 3元 t 。 6 分析及 总结 以焦化废水为主的工业园区污水 ，其性质具 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m