焦化廢水是一種高濃度、難處理的工業(yè)廢水，經(jīng)生化處理后的出水往往難以達(dá)標(biāo)排放，通常被稱為焦化尾水。焦化尾水的再處理不是因?yàn)樵靸r(jià)過(guò)高難以實(shí)施就是處理效果不佳，一直以來(lái)沒(méi)有找到行之有效的方法。本工程將焦化尾水與含有生活污水的廠區(qū)雜排水相混合，使B/C 提高到0.3 以上，提高了焦化尾水的可生化性，并采用抗沖擊性好、凈化能力強(qiáng)的BAF 作為主體工藝，對(duì)其進(jìn)行再處理〔1〕。該工程運(yùn)行至今已近4 a，出水穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中的一級(jí)排放要求，主要設(shè)備故障率為零，成為該廠的亮點(diǎn)工程。
1 工程背景及進(jìn)出水水質(zhì)
江蘇某鋼鐵集團(tuán)投產(chǎn)了Ⅰ～Ⅲ期焦化廢水的生物處理站。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，廠區(qū)的沖渣廢水和生活污水量不斷增加，過(guò)去的一級(jí)處理工藝已無(wú)法滿足需要。為進(jìn)一步提高焦化廢水的處理效果并實(shí)施節(jié)能減排，減少水資源的浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，該公司決定建設(shè)一個(gè)4 萬(wàn)m3/d 的污水處理及回用工程，處理站出水絕大部分將回用至生產(chǎn)線及用作道路澆灑和綠化用水。
該項(xiàng)目總投資約4 千萬(wàn)，占地面積約11 000 m2，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4 萬(wàn)m3/d，總變化系數(shù)Kz=1.30。運(yùn)行初期受廠內(nèi)條件限制，進(jìn)水流量只有25 000 m3/d。處理污水主要為鋼廠雜排水、焦化尾水及廠區(qū)的生活污水，進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。
2 工藝流程及說(shuō)明
根據(jù)原水水質(zhì)和處理后的出水要求，確定以BAF-微絮凝凈水裝置為主體工藝，氣浮為預(yù)處理工藝。工藝流程見(jiàn)圖1。
從圖1 可以看出，3 股廢水首先進(jìn)入配水井混合，再進(jìn)入氣浮預(yù)處理裝置進(jìn)行泥水分離，浮渣通過(guò)刮渣機(jī)刮入渣槽，自流進(jìn)入儲(chǔ)泥池，清水由提升泵送至BAF。BAF 由兩級(jí)串聯(lián)組成，每級(jí)分10 個(gè)池子，主要去除COD、SS 等；BAF 出水自流進(jìn)入中間水池。中間水池儲(chǔ)水部分供BAF 反沖洗用水，其余經(jīng)加壓送至全自動(dòng)凈水器進(jìn)行過(guò)濾。全自動(dòng)凈水器出水流入回用水池。回用水池分兩個(gè)區(qū)，其中的綠化用水需加藥消毒。BAF 和全自動(dòng)凈水器的反沖洗出水自流進(jìn)入集水池，經(jīng)自然沉降，上清液送入配水井，底泥送入儲(chǔ)泥池。集水池分兩個(gè)區(qū)，一區(qū)為污泥沉淀區(qū)，二區(qū)為清水區(qū)，兼具調(diào)節(jié)和沉淀雙重作用。儲(chǔ)泥池的污泥經(jīng)螺桿泵送至帶式壓濾機(jī)壓泥，泥餅外運(yùn)。
3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備
3.1 組合氣浮裝置
氣浮技術(shù)是在待處理水中通入大量分散的微氣泡，使之黏附在雜質(zhì)絮粒的表面，形成整體密度小于水的團(tuán)粒上浮到水面，實(shí)現(xiàn)固液或液液分離的凈水方法〔2〕。設(shè)計(jì)采用3 套獨(dú)立的氣浮系統(tǒng)，每套由5 部分組成：混凝系統(tǒng)（加藥反應(yīng)區(qū)）、溶氣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)和緩沖池，結(jié)構(gòu)尺寸為23.5 m×14.0 m×3.5 m。
（1）加藥反應(yīng)區(qū)。由三級(jí)攪拌系統(tǒng)構(gòu)成，攪拌速度依次減慢，分別為20、8、5 r/min；絮凝劑選用PAC、PAM，采用電子計(jì)量泵分別在一級(jí)攪拌池和二級(jí)攪拌池前投加。
（2）溶氣系統(tǒng)。溶氣系統(tǒng)由溶氣罐、釋放器、回流水泵、空壓機(jī)、液位浮球控制、壓力表、安全閥等組成。該處理廠采用FA550 溶氣系統(tǒng)裝置。
（3）分離系統(tǒng)。該氣浮系統(tǒng)選用平流式氣浮池。污水中的絮體與微氣泡在這個(gè)區(qū)域相遇混合、接觸、黏附、分離。
（4）排渣系統(tǒng)。由刮渣機(jī)、渣槽、排渣管道組成。該工程采用行車式刮渣機(jī)，刮渣機(jī)由行程開(kāi)關(guān)控制，能在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)定時(shí)刮沫和撇渣，也可手動(dòng)操作。
（5）緩沖池即氣浮系統(tǒng)的清水區(qū)。
3.2 曝氣生物濾池（BAF）
BAF 是20 世紀(jì)80 年代后期開(kāi)發(fā)的一種污水處理新工藝，兼具生物膜法和活性污泥法的許多優(yōu)點(diǎn)，其基本原理是在一級(jí)處理的基礎(chǔ)上，以粒徑5 mm左右的粒狀濾料及其表面附著生長(zhǎng)的生物膜為處理介質(zhì)，利用生物膜的生物代謝作用、濾料的物理過(guò)濾作用和它們的物理吸附作用以及反應(yīng)器內(nèi)生物多級(jí)捕食作用，完成有害物質(zhì)在同種單一反應(yīng)器內(nèi)的去除。該工程設(shè)計(jì)曝氣生物濾池分為兩級(jí)，每級(jí)由并列的10 個(gè)池體組成，并分成兩大組，每組5 個(gè)池體，采用全地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)參數(shù)為：
一級(jí)曝氣生物濾池（單池）結(jié)構(gòu)尺寸為8.4 m×7.9 m×6.9 m，陶粒填料粒徑4～8 mm，水力負(fù)荷2.83m3/（m2·h），濾料COD 負(fù)荷2.95 kg/（m3·d），氣水比為2∶1，必要時(shí)可增加到3∶1。
二級(jí)曝氣生物濾池（單池）結(jié)構(gòu)尺寸為8.4 m×7.9 m×5.9 m，陶粒填料粒徑4～8 mm，水力負(fù)荷2.83m3/（m2·h），濾料COD 負(fù)荷2.95 kg/（m3·d），氣水比為2∶1。
3.3 微絮凝凈水裝置
過(guò)濾系統(tǒng)采用上海某廠生產(chǎn)的微絮凝凈水系統(tǒng)。其應(yīng)用情況并不理想，自動(dòng)裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，無(wú)法正常使用，后經(jīng)改裝增加了電動(dòng)裝置，使反沖洗由原先的自動(dòng)變成了強(qiáng)制電動(dòng)控制，該裝置還存在其他一些使用問(wèn)題。凈水裝置實(shí)質(zhì)就是一個(gè)砂濾池，其主要作用是進(jìn)一步去除水體中的懸浮物，保證回用水清澈透明，因此按照濾池的設(shè)計(jì)就能滿足要求。
3.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了完整性和可靠性要求，進(jìn)行了單元化、模塊化的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)分成三級(jí)控制層：設(shè)備層、控制層、監(jiān)控管理層。
設(shè)備層：采用集中控制、分散操作的設(shè)計(jì)原則，設(shè)置合理的現(xiàn)場(chǎng)操作箱，為了保證系統(tǒng)的安全性和檢修方便，動(dòng)力控制系統(tǒng)集中安裝控制。
控制層：采用Quantum CPU 486 處理器的PLC及在線式智能化儀表，完成各工藝段的參數(shù)測(cè)量、采集、控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。
監(jiān)控管理層：整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC 控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的監(jiān)控、組態(tài)及自動(dòng)、手動(dòng)控制，操作人員和系統(tǒng)維護(hù)工程師可在各自的操作權(quán)限下對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行管理和修改。
4 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果分析
4.1 運(yùn)行參數(shù)的確定
調(diào)試前對(duì)整個(gè)系統(tǒng)要進(jìn)行清水試水檢查，確保無(wú)泄漏后，通清水進(jìn)行試運(yùn)行，確保設(shè)備運(yùn)行正常后才能進(jìn)入調(diào)試階段。
通過(guò)4 個(gè)月的調(diào)試，逐漸熟悉了污水處理站設(shè)備的運(yùn)行方式，了解了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和規(guī)律，確定了較好的運(yùn)行參數(shù)。
（1）氣浮系統(tǒng)。氣浮系統(tǒng)的調(diào)試主要是確定最佳的加藥量和溶氣系統(tǒng)的工作參數(shù)。根據(jù)該工程中氣浮進(jìn)出水水質(zhì)確定最佳加藥量為PAC 20 mg/L，PAM 1.8 mg/L；溶氣系統(tǒng)水泵的工作壓力為0.3~0.5 MPa；溶氣壓力0.5~0.55 MPa；回流比為30%，釋放微米氣泡直徑為30 μm。
（2）曝氣生物濾池。曝氣生物濾池采用復(fù)合式接種掛膜方式（接種污泥取自焦化廠A2/O 工藝污泥濃縮池），首先用提升泵將污泥分4 批打入曝氣生物濾池悶曝4 d，之后采用分階段進(jìn)水全流程試運(yùn)行來(lái)培養(yǎng)生物膜。水質(zhì)及微生物的檢測(cè)結(jié)果表明微生物掛膜迅速，對(duì)水質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。
曝氣生物濾池的反沖洗由中央工控機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)控制。最佳反沖洗參數(shù)為：水反沖洗強(qiáng)度5.83L/（m2·s），氣反沖洗強(qiáng)度16 L/（m2·s）。此外，根據(jù)各池堵塞狀況并參考其他文獻(xiàn)資料，確定反洗周期為7 d，各反沖階段時(shí)間分配：氣洗時(shí)間5 min，氣水聯(lián)合洗時(shí)間3 min，水漂洗時(shí)間5 min，總反洗時(shí)間為17 min（包含開(kāi)閥、閉閥時(shí)間）。反洗后，大約6 h 出水恢復(fù)到反洗前的處理效果。實(shí)踐證明按上述反沖強(qiáng)度和時(shí)間操作，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水無(wú)大的波動(dòng)。
（3）微絮凝裝置。通過(guò)對(duì)非電控凈水設(shè)備的水質(zhì)及運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)，確定最佳加藥量為PAC 5 mg/L、PAM 1 mg/L。
4.2 運(yùn)行結(jié)果分析
該工程自調(diào)試成功以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，系統(tǒng)出水各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。具體水質(zhì)情況及去除效果見(jiàn)表2。
從表2 可以看出，各處理單元對(duì)廢水中污染物的去除率較高。
5 運(yùn)行成本分析
處理站總裝機(jī)容量為1 855 kW，目前每天的耗電量是12 000 kW·h，日耗電費(fèi)為7 200 元，折合0.288 元/m3。日耗PAC 460 kg，藥費(fèi)920 元/d；日耗PAM 30 kg，藥費(fèi)900 元/d；其他藥劑費(fèi)50 元/d；藥劑費(fèi)合計(jì)1 870 元/d，折合0.075 元/m3。年工資福利費(fèi)用按30.6 萬(wàn)元計(jì)算，折合0.023 元/m3。的直接處理費(fèi)用是0.386 元/m3?？紤]到站區(qū)的其他運(yùn)行費(fèi)用，主要包括設(shè)備折舊費(fèi)、維修基金費(fèi)、管理費(fèi)等，每年按183.97 萬(wàn)元計(jì)，折合為0.252 元/m3。因此水廠的運(yùn)行費(fèi)用為0.637 元/m3。具體參見(jiàn)更多相關(guān)技術(shù)文檔。
6 結(jié)論
（1）采用氣浮作為預(yù)處理工藝，不僅處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低，并且能夠保證BAF 的進(jìn)水水質(zhì)，以減少反沖洗頻率。
（2）該工藝生物處理采用曝氣生物濾池，具有流程簡(jiǎn)單、容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、占地面積小、無(wú)需污泥回流、不存在污泥膨脹、基建及運(yùn)行成本低、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。
（3）微絮凝凈水系統(tǒng)工作穩(wěn)定性差，在以后的設(shè)計(jì)中不宜采用，可由常規(guī)的濾池替代。
（4）整個(gè)工藝占地面積小，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)能夠達(dá)到綠化及回用要求。
（5）合理選擇BAF 的反沖洗周期，是防止濾料板結(jié)及影響生物膜生長(zhǎng)厚度的關(guān)鍵因素，也是控制BAF 正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。
