1、工程概況

山西某焦化產業(yè)園區(qū)以生產銷售焦炭為主，園區(qū)企業(yè)在生產運行過程中產生大量的廢水，主要有生產廢水、循環(huán)排污水、化工產品生產泵軸密封沖洗水、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。為解決園區(qū)廢水對環(huán)境的污染，園區(qū)全部廢水經分類后進行收集，并結合各類廢水的水質特征，分別進入園區(qū)廢水處理系統(tǒng)的不同工藝節(jié)點進行處理，最終出水水質達到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》（GB50050—2017）中再生水用于間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水的水質指標，全部回用于園區(qū)內企業(yè)。

該工程設計進、出水水質見表1。

2、工藝流程

因廢水中油類物質濃度較高，故廢水首先需通過除油和氣浮工藝預處理以除去其中的油類物質。針對園區(qū)廢水中有機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A/O工藝進一步降解有機物，同時達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。缺氧池出水進入好氧池，廢水經好氧池處理后自流至二沉池。設兩級A/O工藝的目的是進一步降解廢水中的有機物，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、有機物脫除、兩級反滲透處理等工序?；炷恋淼淖饔檬鞘箯U水中的SS和COD得到進一步降低。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行混合反應，使廢水中的小分子物質吸附架橋形成大分子物質，從而大幅度提高泥水分離效果?；炷恋沓爻鏊M入過濾系統(tǒng)，混凝污泥排入污泥濃縮池。過濾器出水經超濾、樹脂軟化、有機物脫除、兩級反滲透等工序處理后，產水全部回用為循環(huán)水補充水。高鹽濃水進入三效蒸發(fā)結晶系統(tǒng)，產生的結晶鹽由園區(qū)統(tǒng)一外協(xié)處理。

廢水處理工藝流程見圖1。

3、主要構筑物設計參數及設備配置

3.1 預處理工段

預處理系統(tǒng)由集水池、除油池、氣浮設備、調節(jié)池組成。考慮到廠區(qū)廢水種類較多，水質及水量波動范圍大，預處理工段設置調節(jié)池，以達到調節(jié)水量、均化水質的目的。另外設事故池，在系統(tǒng)出現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。

根據設計規(guī)范及設計經驗，結合園區(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。調節(jié)池和事故池容積確定為3312m3，調節(jié)池水力停留時間約22h。主要設備：集水池提升泵2臺，Q=40m3/h，H=160kPa，N=4kW；調節(jié)池提升泵4臺，Q=60m3/h，H=200kPa，N=11kW。溶氣氣浮設備2套，單套處理能力60m3/h。另外設有潛水攪拌機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。主要設備為潛水攪拌機。

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。缺氧池進水通過池底所設管道均勻布水；內置組合填料；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。好氧池設導流管保證進水均勻分布；為保證好氧池中活性污泥濃度，好氧池進水口設污泥回流管，污泥回流比1∶1。一段好氧池主要設備：空氣懸浮鼓風機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；缺氧池內設有組合填料。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。二段好氧池主要設備：空氣懸浮鼓風機3臺（2用1備），Q=60m3/min，H=70kPa，N=75kW。可提升曝氣器450套。

硝化液中含有硝化細菌氧化氨氮產生的硝酸鹽氮，回流到缺氧池后，與缺氧池進水中的有機物混合，由反硝化細菌進行硝酸鹽氮的反硝化反應，實現總氮的去除。設硝化液回流提升泵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；二沉池表面負荷為1.2~1.5m3（/m2·h），旁設污泥池。主要設備：?20m周邊傳動刮泥機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脫水，然后配煤摻燒。尺寸：?×H=7m×6.5m，設?7m污泥濃縮機1臺。

3.3 深度處理工段

①混合反應池

混合反應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形成絮凝物?；旌戏磻爻叽鐬?m×2m×3m，廢水停留時間為20min。主要設備：混合攪拌機1臺，反應攪拌機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。主要設備：?18m周邊傳動刮泥機1臺，N=0.55kW；設污泥提升泵2臺（1用1備），Q=40m3/h，H=160kPa，N=4kW。

③機械過濾器

機械過濾器的作用是去除部分有機物、SS、微生物、膠體等物質，以降低廢水濁度。尺寸：?×H=3m×5m，數量4臺；多介質濾料56.6m3，濾速10m/h。機械過濾器設反洗泵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、SS及大分子有機物等，進而保證進入反滲透系統(tǒng)的廢水水質符合要求。

為避免廢水中硬度較大的雜質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，從而使水質得到凈化。設自清洗過濾器很大程度上減少了系統(tǒng)污垢、菌藻、銹蝕等產生。超濾系統(tǒng)使用的膜元件為中空纖維、外壓式膜，材質：PVDF。超濾裝置設計為2套，單套處理能力65m3/h；單支膜進水膜通量≤40L/（m2·h），最高產水量控制在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3臺DN2500軟化樹脂床，總處理量125m3/h。二級反滲透前設置二級軟化樹脂，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；既可單獨運行，又可同時運行。

⑥有機物吸附脫除裝置

采用有機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物、色度等，以降低膜污堵，延長膜的清洗周期及膜壽命。設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物及溶解鹽類等物質。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，一級反滲透裝置設計為3套，單套設計處理水量為56m3/h，采用二段設計，產水率70%~75%；濃水反滲透裝置設計為2套（1用1備），單套產水40m3/h，采用二段設計，產水率50%~60%。

⑧蒸發(fā)結晶單元

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

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

3.4 污泥脫水車間、加藥間

用機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，分別用于混合反應池和氣浮設備的PAM投加。配套計量泵2臺，Q=0~1000L/h，P=1.0MPa，N=1.5kW；輸粉機功率0.18kW，攪拌機功率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；輸粉機功率0.18kW，攪拌機功率2×0.75kW。

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

4、處理效果

項目運行期間，廢水處理量為1800~2500m3/d。實際進、出水水質見表2。

5、效益分析

5.1 經濟分析

廢水近零排放系統(tǒng)共投資約11800萬元，其中設備、土建、安裝費共計10900萬元，其他費用共900萬元。噸水處理成本30.82元/m3（不含蒸汽費），其中預處理+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）。工程裝機容量約為3293kW，運行容量約為2253kW。

5.2 節(jié)能減排分析

本工程對廢水生化處理后進行深度處理，深度處理工段設計水量為125m3/h，系統(tǒng)產水率達90%，產水水質達到間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水水質指標，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、結論

①采用預處理+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)最終出水水質達到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》（GB50050—2017）中再生水用于間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水的水質指標，全部回用于園區(qū)內企業(yè)，實現了焦化廢水處理的“近零排放”。

②針對園區(qū)廢水種類多的特點，園區(qū)全部廢水進行分類收集，并結合各類廢水的水質特征，分別進入園區(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、水量變化大等特點，在預處理段設調節(jié)池，以達到調節(jié)水量、均化水質的目的；針對廢水有機物、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)產水率；對高濃鹽水進行蒸發(fā)結晶處理，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)的經濟效益。