焦化廢水處理石灰軟化法

在工業(yè)生產(chǎn)體系中，焦化廠是重要的一項組成。20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末期是我國煉焦制氣工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時期，在這20余年的時間里，焦化行業(yè)快速進步與發(fā)展，這對于我國工業(yè)的發(fā)展及經(jīng)濟的進步具有重要的促進作用。但是這些焦化廠在快速進步發(fā)展的同時，也給環(huán)境保護工作帶來了一定的難度。若不進行處理，焦化廠所排放的焦化廢水不僅會污染環(huán)境，甚至還會威脅人們的生活，做好焦化廢水的合理處理對于促進焦化行業(yè)的進步與發(fā)展具有顯著意義。

在焦炭生產(chǎn)、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過程中會產(chǎn)生各類廢水，這些廢水統(tǒng)稱為焦化廢水。焦化廢水的成分往往受煤炭性質(zhì)及煉焦產(chǎn)品回收等諸多因素的影響而非常復(fù)雜，焦化廢水中污染物質(zhì)繁多，其中的有機物多以酚類化合物為主，占總有機物的一半以上。焦化廢水有機物還包含多環(huán)芳香族化合物和含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等。焦化廢水無機物以硫化物、氰化物、硫酸鹽、銨鹽等為主。焦化廢水的突出特點是有機物及氨氮濃度高，生物降解困難，且水質(zhì)變化大。焦化廠通常采用活性污泥法處理經(jīng)蒸氨、脫酚預(yù)處理的焦化廢水，處理后水中的氰、油、酚等有害物質(zhì)能夠大大降低，但對有機物及氨氮的去除率并不能滿足直排標(biāo)準(zhǔn)，因此，還需進一步深度處理，即三級處理。

隨著《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16171―2012)的實施及環(huán)保要求的不斷提高，焦化企業(yè)廢水直排指標(biāo)自2015年1月起修改為出水COD濃度≤80mg/L，出水氨氮濃度≤10mg/L，這進一步增加了焦化廢水處理的難度。為了落實地方環(huán)保措施及國家節(jié)能減排政策，焦化廢水深度加工處理回用及現(xiàn)有深度加工處理回用工藝的升級改造成為擺在國內(nèi)許多焦化企業(yè)面前的難題。

近年來，以膜法處理為主體工藝路線正成為焦化廢水深度處理回用處理的主流，但因焦化廢水中組分復(fù)雜，在一定程度上影響膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在膜系統(tǒng)運行過程中，鈣鹽結(jié)垢問題是影響其穩(wěn)定運行的一個重要因素。

高密度澄清池是利用池中的泥渣和混凝劑與原水中的雜質(zhì)顆粒相互接觸、吸附、沉淀，以達到泥水分離目的的凈水構(gòu)筑物，近年來在水處理領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用和研究。

某廠焦化廢水零排項目中采用雙膜法對經(jīng)生化預(yù)處理后的焦化廢水進行深度處理，為滿足RO膜系統(tǒng)的良好運行，該項目利用高密度澄清池技術(shù)采用石灰軟化法對致垢成分（鈣、鎂等）進行了處理。

1、項目概況

1.1 工藝簡述

某廠焦化廢水深度處理項目原水為經(jīng)生化預(yù)處理后的廢水，廢水先進入調(diào)節(jié)池后，依次經(jīng)高密沉淀池軟化系統(tǒng)、多介質(zhì)過濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、樹脂軟化系統(tǒng)及RO系統(tǒng)處理，經(jīng)RO系統(tǒng)處理后的產(chǎn)水回用，濃水去蒸發(fā)系統(tǒng)再處理。

高密度沉淀池在澄清沉降上能夠極大地提高產(chǎn)水水質(zhì)，在污水處理、工業(yè)廢水處理、飲用水生產(chǎn)和污泥處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)于高密度沉淀池系統(tǒng)的組成、工作原理及應(yīng)用等在相關(guān)文獻中已有詳細(xì)闡述，其流程如圖1所示。

由圖1可知，所設(shè)計的高密度沉淀池系統(tǒng)由第一反應(yīng)池、第二反應(yīng)池、絮凝池及沉淀池組成。在第一及第二反應(yīng)池中通過投加液堿或石灰、純堿（視來水堿度高低選擇性投加）、聚合硫酸鐵，在攪拌機的快速攪拌作用下使原水與藥劑充分混合反應(yīng)，懸浮顆粒脫穩(wěn)。在導(dǎo)流筒內(nèi)的攪拌槳慢速攪拌作用下，通過在導(dǎo)流筒中投加PAM，使反應(yīng)后的焦化廢水及回流污泥（使污泥濃度調(diào)節(jié)回流量）由下至上混合均勻，最終形成較大的絮體。絮凝池內(nèi)形成的絮體經(jīng)推流區(qū)翻墻后到達沉淀池內(nèi)進行沉淀濃縮形成污泥，沉淀池內(nèi)的污泥在刮泥機的緩慢刮掃下形成密度較高的污泥。在沉淀池上部設(shè)置斜板，可進一步除去逃逸的絮體，保證產(chǎn)水水質(zhì)。絮凝池礬量少時，可將部分濃縮污泥通過污泥回流泵送至絮凝池池底，多余濃縮污泥適時通過污泥排放泵泵送至壓泥機進行脫水處理。

該深度處理項目中的軟化處理流程如下：生化預(yù)處理后的焦化廢水進入調(diào)節(jié)池，經(jīng)水泵提升后進入高密度沉淀池系統(tǒng)，在高密度沉淀池系統(tǒng)第一反應(yīng)池內(nèi)投加石灰以去除鎂硬度，原水中的鈣硬度通過第二反應(yīng)池中投加純堿去除，第二反應(yīng)池中同時投加聚合硫酸鐵，絮凝池中投加PAM，廢水最后進入沉淀區(qū)沉淀，最終實現(xiàn)總硬度的降低及產(chǎn)水濁度的改善。

1.2 項目來水情況

該項目某月內(nèi)生化來水總堿度、電導(dǎo)率、總硬度、鈣硬度、濁度及pH值的化驗數(shù)據(jù)總體波動性比較大。

該項目某月31日內(nèi)來水堿度及電導(dǎo)率數(shù)據(jù)如圖2所示。根據(jù)圖2，每日間隔4h取樣化驗分析，該項目焦化廢水來水總堿度在450～700mg/L波動，且波動較大；來水電導(dǎo)率在9000～10500μS/cm起伏波動。

該項目某月31日內(nèi)來水總硬度及鈣硬度（均以CaCO3計）數(shù)據(jù)如圖3所示，每日間隔4h取樣化驗分析，該項目焦化廢水來水總硬度在175～250mg/L浮動；來水鈣硬度在75～175mg/L浮動。

該項目某月31日內(nèi)來水濁度及pH值數(shù)據(jù)如圖4所示，每日間隔4h取樣化驗分析，該月來水濁度在10～35NTU浮動；來水pH值在8.3左右。可見，來水pH值較為平穩(wěn)。

2、軟化產(chǎn)水效果

生化來水經(jīng)軟化處理后，軟化產(chǎn)水總堿度降低；在純堿加藥量一定的情況下，軟化產(chǎn)水總堿度變化趨勢同原水總堿度變化趨勢一致，如圖5所示。

軟化產(chǎn)水總硬度及水中鈣硬度如圖6所示，對比圖3中原水中總硬度175～250mg/L的范圍，軟化產(chǎn)水總硬度大部分?jǐn)?shù)值在5～25mg/L，總硬度去除率接近90%。

軟化產(chǎn)水濁度及pH值如圖7所示，軟化產(chǎn)水pH值控制在11.5～12，軟化出水濁度總體上低于2NTU，同圖4中原水濁度10～35NTU相比，軟化產(chǎn)水濁度有大幅度改善。

3、項目堿度控制

探討某項目運行中控制PAM加藥濃度在2mg/L左右，聚合硫酸鐵加藥濃度在60mg/L左右。如前所述，來水pH值在8.3左右，此時水中總堿度大多以HCO3-存在，通過投加石灰將pH值提高至11.8左右，要發(fā)生如下的一些反應(yīng)。

通過來水pH值、總堿度、總硬度及鎂硬度數(shù)據(jù)可推算出未投加純堿時原水剩余的總堿度數(shù)據(jù)，如圖8所示。同理，可推算理論上完全去除鈣離子情況下所需的碳酸根濃度，在實際運行控制中可通過控制碳酸根保持一定的富裕度，以確保鈣離子的去除效果。

圖8為該項目31日內(nèi)投加純堿時軟化產(chǎn)水總堿度與理論上不投加純堿時的軟化產(chǎn)水總堿度對比圖，軟化產(chǎn)水每日間隔4h取樣化驗分析。由圖8可知，為了保證軟化產(chǎn)水總硬度較高的去除率，項目投加純堿值較理論值高200mg/L，其中總堿度值低于0mg/L的區(qū)間部分代表來水軟化所需原水中總堿度不足。

在實際工藝運行過程中，可通過適當(dāng)降低純堿加藥量，觀測產(chǎn)水總硬度是否滿足工藝運行需求，逐步優(yōu)化項目加藥用量，提高項目運行成本的經(jīng)濟性。

4、結(jié)論

利用高密度沉淀池采用石灰軟化法對焦化廢水進行硬度處理，能夠大幅度改善來水濁度問題，并能降低原水中的總硬度，達到膜系統(tǒng)進水要求。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)化驗數(shù)據(jù)分析，適當(dāng)調(diào)整純堿加藥量，在滿足使用要求的情況下實現(xiàn)項目加藥的經(jīng)濟性。（來源：新疆昌源水務(wù)科學(xué)研究院有限公司，烏魯木齊市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心）