兰炭废水零排放研究优化

3.3.5.1　兰炭废水“零排放”方案

（1）兰炭生产工艺流程。

在原有生产工艺的基础上，确定其生产及污水处理总体流程（图3-29）。兰炭生产流程分为备煤、炭化、筛焦、煤气净化和污水处理等五个工段。合格原煤经筛煤工段后，运送至炭化炉炉顶煤仓，经中温干馏后，再经湿式熄焦处理后得到兰炭。炭化过程中所产生的煤气、焦油等产品则通过净化等处理工段后，进行回用或外售。

（2）废水“零排放”及设计供需水平衡。

如图3-29所示，该生产工艺流程可实现废水“零排放”：其新鲜水主要用于直冷池与间冷池，同时部分废水送入污水站处理之后回用；污水站出水则主要用于熄焦补充水，熄焦所产生的水蒸气则继续用于炭化工段；蒸氨处理过程中所产生的浓氨水则将被用于脱硫净化煤气。

同时，根据生产流程及规模，利用物料平衡分析初步确定其供需水平衡表3-19。由表3-19可见，各工段水输入输出数量平衡。全厂水只需进行处理后回用，可实现废水“零排放”。因此，能否实现兰炭生产废水“零排放”，其关键在于其生产废水能否经污水处理工段后，满足生产回用要求。

图3-29　兰炭生产工艺流程

表3-19　供需水平衡表

3.3.5.2　废水处理工艺设计

（1）废水来源及水质特点。

由图3-29与表3-19可知，生产污水主要源于煤气净化工段的剩余循环水、熄焦废水以及厂区生活污水，其水量分别为18.5 t／h、2.6 t／h和1.7 t／h。由表3-20可知，焦化生产废水中COD和氨氮含量较高，并含有机酚类物质、少量焦油等其他有机污染物，属于较难处理的工业废水之一。

表3-20　某焦化企业生产废水监测数据　单位：mg／L

（2）废水处理工艺及其规模。

传统焦化废水处理多采用化学法、物理化学法以及生物化学法，我国已有各种规模的焦化厂数百家，采用生物法处理较多，且以传统活性污泥法为主，但处理后出水中的氨氮远远不能达标。目前采用的生物强化工艺多采用A／O法、A2／O法和A／O2法等，处理效果明显（需在生化工艺前添加蒸氨等预处理措施）。其中A／O工艺在充分利用普通好氧生化工艺中蒸氨、除油、污泥沉淀、混凝沉淀等设施基础上，只需将生化曝气设施改造并扩建成反硝化反应池和硝化反应池，完善好氧处理，即可提高COD和氨氮处理效果。此外，此工艺是《国家重点行业清洁生产技术导向目录（第三批）》中推荐的工艺，并已经在安阳钢铁集团、常州中天等企业焦化废水处理中得到很好应用，且运营费用可为多数焦化企业接受。因此，可选用A／O工艺作为废水处理生化单元。

1）水质、规模确定。

类比已有企业污水来源、特点、水量，确定兰炭污水进入生化处理阶段前（经预处理后）的水质（表3-21）。

表3-21　兰炭污水处理废水水质　单位：mg／L

污水处理站所处理的污水主要包括在正常情况下需处理的生产污水18.5m3／h、生活污水2.6 m3／h，以及前10 min初期雨水收集池的雨水（约为624.6 m3／次），按3天处理排放，处理量达8.97 m3／h。再考虑供水不连续等因素，确定污水处理站的处理规模为40 m3／h。

2）预处理单元。

由于废水中氨氮和挥发酚的浓度较高，直接进入生化处理会对处理效果造成严重影响。为保证入水水质，可对废水进行稀释或实施蒸氨、脱酚的预处理措施。若对废水稀释，必然增大处理规模，还会造成水资源浪费。因此，在废水进入污水处理站前设置蒸氨再脱酚的废水预处理单元。其流程如图3-30所示。

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图3-30　兰炭生产废水预处理单元流程

蒸氨法是焦化废水预处理脱氨中常用的方法，一般经处理后可使氨氮含量降到150～300 mg／L。虽然蒸氨过程对水蒸气消耗较大，但是如将此过程所得氨水用于生产废气的脱硫过程，可取得一定的环境效益与经济效益。剩余污（废）水再经脱酚处理，不仅可以降低废水中的挥发酚含量，还能除去水中的焦油等物质。设计预处理单元采用络合萃取法，选用磷酸三丁酯（TBP）-煤油溶液为萃取剂，可以有效脱除碱渣废水中的高浓度酚，并可通过碱洗反萃取的方式进行再生（再生萃取剂性能稳定），同时试验研究表明，能满足循环使用需求。在已建成的企业运行中，已可满足污水处理站进水水质中COD≤2000 mg／L、挥发酚≤200 mg／L、氨氮≤300 mg／L，可保证后续生化处理单元稳定运行。

3）污水处理单元。

设计选用A／O单元流程，如图3-31所示。该处理单元主要由除油池、浮选池、缺氧池、好氧池、二沉池、混凝反应池、混凝沉淀池等组成。废水首先进入除油池进行隔油处理，除去少量焦油及轻油后进浮洗池，除去水中乳化油；然后同生活污水一起进入均合池调节水质、水量并进行预曝气；随后进入缺氧池及好氧池除去氨氮及大部分COD、BOD5等污染物。现有研究结果表明，前述污水经A／O处理后，仍有8%左右的溶解性有机物难以生化去除。如只采用净循环水系统为补充水，则需考虑该废水深度处理宜采用混凝沉淀、过滤、臭氧氧化、活性炭过滤及超滤等工艺，有研究表明通过采用铁碳微电解、微波辐射等工艺也取得了良好的处理效果。结合实际情况，确定将出水经沉淀后进混凝反应池进行深度处理，以进一步除去水中有害物质，最后出水经沉淀后送熄焦作为补充水。

图3-31　兰炭生产污水处理单元流程

4）污泥处理和处置单元。

对污泥有效处理和处置是最终实现污水成功处理的必要条件。根据《国家危险废物名录》（2008），焦化废水处理装置污泥属于危险废物，因此确定将按《危险废物储存污染控制标准》（GB 18597—2001）要求贮存后，统一送危险废物处理中心处理。

（3）其他辅助设施与方案。

1）地下水污染防治设施。

为防止工程建设对地下水的污染，应做好以下防渗措施：

a.施工期应做好厂区工业场地的防渗措施。工业场地地面硬化处理，尤其是焦场，应按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599—2001）要求采取防渗措施。

b.工业场地各生产装置附近，尤其是各类贮槽、气柜以及生产废水的所有贮运管线、处理设施、事故池等，必须采取有效的防渗措施。

此外，若建自备电站，因其排水主要为锅炉、循环冷却器以及含盐（排）水（锅炉和循环冷却器排水一般不含污染物质），所以可将其直接回用厂内熄焦；浓盐水则可经中和处理后用于厂内熄焦。

2）应急方案。

应急方案主要针对非正常及事故排放下所采取的环保工程措施。非正常及事故排放主要是由于高浓度生产废水直接送污水处理系统，因冲击负荷过大，会使厌氧菌丧失功能，生化处理效果短时间难以得到恢复；或遇停电事故、炉体发生事故或需要检修时可能导致生产废水得不到处理，不能满足复用水要求。可采取的应急方案如下，以确保生产废水不外排：

a.设双回路电源，备用循环水泵和生化处理装置出水泵，尽可能缩短事故的持续时间；

b.可利用原有调节池等构筑物（如消防、事故污水池）兼做污水处理站事故废水临时存放池，待事故解决或检修完成后，再抽回污水处理站进行处理。

3.3.5.3　处理效果及环保投资可行性分析

（1）处理效果可行性分析。

本类似工艺在攀钢焦化场已投入使用，运行一直比较稳定。2007年1—10月计20次的监测结果表明：该焦化废水中污染物COD、挥发酚、氨氮排放浓度分别为220mg／L、1.20mg／L、4.3 mg／L，去除率分别为93.7%、99.9%、98.5%，除COD外，其余出水水质均达到了《钢铁工业水污染物排放标准——焦化生产工艺》（GB 13456—92）一级标准（COD排放浓度满足二级标准），该系统对污染物去除效率相对较好。

（2）环保投资可行性分析。

经类比分析，初步确定上述污水“零排放”建设投资为1000万元，约占总投资的9.26%；项目年运行费用约为154万元（含15年折旧费74万元），约占该工程设计产值的0.484%，两者均略低于类似企业的设计项目，所以该投资可为大部分同等生产规模兰炭企业所接受。

3.3.5.4　结论

对榆林市兰炭企业生产污水“零排放”工艺进行了研究。结果表明，该工艺可实现兰炭企业生产废水“零排放”，且具有相对较低的建设与运营成本，由此既保证了环境效益又取得了一定的经济效益，对榆林地区兰炭产业发展模式的构建有重要意义。