BAF-高级氧化工艺在处理煤化工废水中的应用_王德志.pdf

852023 年4月BAF-高级氧化工艺在处理煤化工废水中的应用BAF-高级氧化工艺在处理煤化工废水中的应用王德志1，许晖2，王韦胜1，刘杰3（1.南京市市政设计研究院有限责任公司山东分院，山东青岛，266000；2.青岛理工新环境技术开发有限公司，山东青岛，266000；3.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛，266000）摘 要：某污水处理厂原设计为市政城市污水处理厂，运作平稳。随着区域经济发展和环保标准的提升，需增加对煤化工废水的处理，并开展提标更新改造。设计在原工艺前对煤化工废水进行 BAF+臭氧高级氧化预处理，对原有二级处理设施和深度处理设施进行升级改造，改造后出水水质可稳定达到地表水环境质量标准GB3838-2002 中的类类水标准。关键词：反硝化；曝气生物滤池；高级氧化；类类水；煤化工废水；中图分类号：X784；X703 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）02-0085-03Application of BAF-advanced Oxidation Process in the Treatment of Coal Chemical WastewaterWangDe-zhi1，XuHui2，WangWei-sheng1，LiuJie3（1.ShandongBranchofNanjingMunicipalDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.，QingdaoShandong266000，China；2.QingdaoLigongNewEnvironmentTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.，QingdaoShandong266000，China；3.QingdaoMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstituteCo.,LTD.，QingdaoShandong266000，China）Abstract：Asewageplantwasoriginallydesignedasamunicipalsewagetreatmentplant,anditsoperationisstable.However,withthedevelopmentoftheregionandtheimprovementofdischargestandards,itisnecessarytoupgradetoaddthetreatmentofcoalchemicalwastewater,andanreconstructionprojectwasneeded.ThecoalchemicalwastewaterispretreatedbyBAF+ozoneadvancedoxidationtechnologybeforetheoriginalprocess,andtheoriginalsecondarytreatmentfacilitiesandadvancedtreatmentfacilitiesareupgraded.Afterthereconstruction,thewaterqualityoftheeffluentcanstablyreachtheclassIVstandardinGB3838-2002.Keywords:denitrification;biologicalaeratedfilter;advancedoxidation;classstandard;coalchemicalwastewater;作者简介：王德志（1988），男，本科，工程师，从事市政给排水设计与研究。0 引言曝气生物滤池（BAF）1是一种污水处理中常用的生物膜法工艺。这种工艺一般使用粒径 35mm 的滤料，将生物接触氧化法和过滤工艺结合了起来，使其在高效去除含碳、氮污染物的同时具有过滤的功能，从而获得较高的出水水质。高级氧化技术2主要有芬顿氧化法3、光催化氧化法4和臭氧氧化法5等，主要原理为在氧化剂和催化剂的多重作用下，将废水中的难降解有机物降解为小分子和易生物降解的有机物，较多应用于难降解废水的处理中。唐山海港某污水处理厂选用 BAF 和高级氧化技术相结合的工艺对煤化工废水6进行处理，获得了很好的效果。1 工程概况污水处理厂的原处理规模为 50000m3/d，采用“预处理+生化+二沉+絮凝沉淀+转盘过滤”的处理工艺，主要接纳市政污水，出水执行标准为城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002中的一级A标准。随着海港的发展，该污水处理厂需进行改造和DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.02.015862023 年第 2 期（总第 166 期）提标，加强对部分煤化工废水的处理要求，并将出水标准提高到地表水环境质量标准GB3838-2002 中的类类标准7。2 设计水量及水质该污水处理厂提标改造工程的市政污水进水规模调整为 20000m3/d，增加煤化工废水进水规模 13000m3/d，改造后总处理规模为 33000m3/d。出水水质由一级A标准提高至类类水标准，设计进出水水质见表 1。表1 设计进出水水质项目市政污水煤化工废水出水水量（m3d-1)200001300033000(COD)/(mgL-1)40019430(BOD5)/(mgL-1)240276(TN)/(mgL-1)4511215(NH3-H)/(mgL-1)35251.5(TP)/(mgL-1)530.3(SS)/(mgL-1)20070103 提标改造方案3.1 存在的问题一方面，相较于市政污水，煤化工废水具有难降解有机物含量高、可生化性差和总氮高的特点。因此不能将煤化工废水直接与市政污水混合，需要对化工废水进行单独预处理后才能进入原有处理单元与市政污水混合处理。另一方面，由于该工程有提标任务，原有处理设施对污水中 COD、TN 和 TP 指标的去除能力有限，因此需对原有二级处理设施和深度处理设施进行升级改造，以达到设计的出水标准。3.2 工程方案本方案分为新建煤化工废水预处理设施和原有处理设施升级改造两部分。改造后工艺流程详见图 1。（1）煤化工废水预处理方案煤化工废水预处理的目的是最大限度地去除总氮中的硝态氮和提高废水的可生化性8。首先，在预处理前端，本方案设置调节池进行水质水量调节，然后采用高效沉淀池去除大部分的悬浮物，从而使后续构筑物专用于处理污水中的溶解性污染物。其次，考虑到曝气生物滤池具有优异的脱氮性能并且占地面积小，因此本工程采用曝气生物滤池进行反硝化脱氮。最后，虽然提高废水可生化性的方法主要有厌氧法和高级氧化法，但废水已经在各个工厂的污水处理站内进行了厌氧处理且 COD 指标较低，再采用厌氧法进行预处理效果较差，因此，本工程采用臭氧催化高级氧化法来提高废水的可生化性。综上，此预处理方案采用“调节池高效沉淀池反硝化曝气生物滤池臭氧催化池”的工艺。（2）原有处理设施升级改造方案本方案包括对二级处理阶段的生化池进行改造和对深度处理部分进行升级两部分。二级处理阶段的生化池原为四组三沟式氧化沟工艺，处理效率较低，本方案采用投加 MBBR 填料并增加缺氧区的方法，将生化池改造为 MBBR 泥膜复合工艺（IFAS）9。在深度处理阶段，本方案在原处理设施的后段增加了臭氧抛光池和吸附池，并在工艺尾端再次应用高级氧化技术对污水中的难降解物质进行催化氧化，利用吸附填料进行吸附去除，确保出水达到类类水标准。图 1 改造后工艺流程4 主要处理单元及设计参数4.1 高效沉淀池设 1 座 2 格，为半地下钢筋混凝土结构。混合区停留时间 3.5min，絮凝区停留时间 19min，斜管沉淀区上升流速 9.35m/h。污泥回流比 5%。混凝剂 PFS 投加量 50mg/L，助凝剂阴离子 PAM 投加量 1mg/L。4.2 反硝化曝气生物滤池反硝化曝气生物滤池采用半地下钢筋混凝土结构，主要由上向流生物滤池、进出水及反冲洗排水廊道和出水提升及回流水泵房组成。（1）上向流生物滤池设 1 座 3 格，总 面 积 167.37m2，滤 料 总 体 积619.27m3。设计反硝化容积负荷 2.35kgNO3-N/（m3d），煤化工废水进水PAC、PAM回流碳源提升提升O3O3市政污水进水消毒排放现状预处理设施改造生化池现状二沉池现状提升泵站现状转盘滤池现状混凝沉淀池新建调节池新建吸附池新建高效沉淀池新建臭氧抛光池新建臭氧催化池新建反硝化曝气生物滤池872023 年4月BAF-高级氧化工艺在处理煤化工废水中的应用设计表面水力负荷 8.02m3/（m2h）。单格长 7.88m，宽 5.31m，单格面积 41.84m2。滤池总高度 7.28m，其中，配水区高 1.2m，承托层高 0.5m，滤料层高 3.7m。配水区采用整体浇筑滤板、长柄滤头配水配气系统，每格滤池设长柄滤头 2080 套。承托层采用双层卵石结构，下层粒径 1825mm，装填高度 0.35m，上层粒径918mm，装填高度 0.15m。滤料层采用陶粒滤料，粒径 46mm。滤池采用降水位反冲洗10，冲洗顺序为降液位 2min，气洗 3min，气水联合冲洗 4min，水洗3min，此步骤重复 3 次。（2）进出水及反冲洗排水廊道由于生物滤池采用上向流，滤池的进水总渠、出水总渠和反冲洗排水总渠均位于滤池的上部，因此本工程将这些渠道设计成一个整体的多层廊道，设置在滤池组的一侧上方。在多层廊道中，反冲排水总渠在最下方，往上依次为出水总渠、进水总渠。同时，在总渠左右两侧分别设置单格配水渠和单格排水渠，从而节省占地。（3）出水及回流水泵房滤池出水提升和回流采用一套泵组，共设 3 台单级立式离心泵，其中，回流泵和提升泵各 1 台，备用 1台，单台流量 700m3/h，扬程 15m，功率 45KW，变频运行。泵房集水池有效容积 200m3，设于与滤池组平行的一侧。4.3 臭氧催化池采用高级氧化技术对煤化工废水进行催化氧化预处理，提高可生化性。设 1 座 3 池，为半地下钢筋混凝土结构，每池再设 2 格进行两级催化氧化。单池净尺寸为 8.4m4.0m5.8m（H），单级接触时间22min。臭氧投加量 5081mg/L。每级催化池采用整体浇筑滤板及短柄滤头配水系统，采用单水反冲洗，提升反冲洗强度。每级催化池设 DN150 不锈钢臭氧曝气盘 20 个，专用催化剂填料 57.4m3。催化池顶部设置电加热式臭氧尾气破坏器，对臭氧尾气进行处理，处理能力 60kg/h。4.4 臭氧抛光池设于工艺流程尾端，进一步去除废水中的难生物降解的 COD，去除水中浊度，确保出水达到要求。设1 座 5 池，每格结构形式与臭氧催化池相同，分两级进行催化氧化。单座净尺寸为 9.90m4.70m6.85m（H），单级接触时间 22min。臭氧投加量 1630mg/L。池顶部设置电加热式臭氧尾气破坏器，对臭氧尾气进行处理，处理能力 60kg/h。4.5 制氧间采用 3 套加压吸附真空解吸 VSPA 制氧系统为臭氧发生间制臭氧提供氧气源，每套制氧量 210Nm3/h，氧气纯度 90%，功率 220kW。每套制氧系统的主要设备有罗茨鼓风机和罗茨真空泵一体机组 1 套，罗茨鼓风机进气量 42m3/min，升压 49.0KPa，罗茨真空泵抽气量 60m3/min，真空度-53.3Kpa；预处理器 1套，尺寸 1m1m1.5m（H）；吸附塔 2 座，单座直径 1.4m；氧压机 1 座，排气量 210Nm3/h，出口压力0.2Mpa；压氧缓冲罐 1 座，直径 1.4m，容积 3m3；氧气缓冲罐 1 座，直径 2m，容积 12m3。制氧间设置氧气泄露报警仪，与事故排风系统和制氧系统联动控制。4.6臭氧发生间采用 3 台臭氧发生器，VPSA 系统制取的原料氧气经露点仪检测合格后，进入每台臭氧发生器，单台产量 30kgO3/h，臭氧浓度 10wt%。配套设备有：内循环冷却系统 3 套，每套含内循环冷却泵、板式换热器、膨胀罐各 1 台，通过板式换热器对臭氧发生器进行内循环冷却。臭氧发生间设置臭氧泄露报警仪，与事故排风系统和臭氧发生器联动控制。4.7 反冲洗水泵站由于反硝化曝气生物滤池、臭氧催化池、臭氧抛光池和吸附池均需要定期反冲洗，因此本工程对工艺流程尾端消毒工艺前的清水池进行改造，作为反冲洗水泵站。泵站设置两套反冲洗泵组：一套泵组设 5 台潜水泵，4 用 1 备，单台流量 565m3/h，扬程 15m，功率 37KW，为臭氧催化池和臭氧抛光池提供反冲洗服务；另一套泵组设 4 台水泵，3 用 1 备，单台流量320m3/h，扬程 15m，功率 18.5KW，为反硝化曝气生物滤池和吸附池提供反冲洗服务。4.8 反冲洗废水池为降低反冲洗废水直排对污水处理构筑物的水质水量冲击，本工程设置反冲洗废水池 1 座，集中收集各处理构筑物的反冲洗废水，经均质均量调节池均匀提升至工艺流程前端的调节池。废水池净尺寸为44.20m13.59m5.30m（H），有效容积 2763m3。主要设备有：潜水搅拌机 7 台，5 用 2 库备，单台功率（下转第 112 页）1122023 年第 2 期（总第 166 期）参考文献1 MerchantZ，GoetzET，Keeney-KennicuttW，etalThelearnercharacteristics，featuresofdesktop3Dvirtualrealityenvironments，andcollegechemistryinstruction：Astructuralequationmodelinganalysis J ComputersEducation，2012，59（2）：551-5682 FerrellJB，CampbellJP，MccarthyDR，etalChemicalExplorationwithVirtualRealityinOrganicTeachingLaboratoriesJ Journalofchemicaleducation，2019，96（9）：1961-19663 ErdemMB，KirazA，H，etalAconceptualframeworkforcloud-basedintegrationofVirtuallaboratoriesasamulti-agentsystemapproach J ComputersandIndustrialEngineering，2016，102（C）：452-4574 李嘉.虚拟现实技术在化学分子结构教学上的应用简介J.化学教育（中英文），2018，39（03）：49-54.5 陈嘉欣，占小红，杨笑.国内外 VR/AR 技术在化学教育的应用研究述评基于可视化的共词分析J.化学教学，2022（01）：8-13+20.6 卢雨辰.浅谈 VR 技术在化学物质结构与性质教学中的应用J.现代职业教育，2019（02）：102-103.7 钟绍春，钟卓，范佳荣，赵雪梅，杨澜.智能技术如何支持新型课堂教学模式构建J.中国电化教育，2022（02）：21-29+46.8 高嵩，赵福政，刘晓晖国外虚拟现实（VR）教育研究存在的问题与启示J 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