山西焦化股份有限公司100t/h焦化中水回用处理工程
技术方案
编制单位：上海东硕环保科技有限公司
2012年11月
目录
第1章概述 (1)
1.1项目概述 (1)
1.1.1 进水水质指标 (1)
1.1.2 回用水处理站回用水水质指标 (1)
第2章设计范围、依据、原则 (3)
2.1设计范围 (3)
2.2设计依据 (3)
2.3设计采用的规范和技术标准 (3)
2.4设计原则 (5)
2.5设计服务范围 (5)
第3章工艺设计 (6)
3.1工艺方案选择 (6)
3.2电化学氧化技术 (6)
3.3高压高频脉冲电化学技术介绍 (8)
3.4电化学机的特点 (12)
3.5中试试验情况 (8)
3.5.1 工艺流程及水量平衡 (10)
3.5.2 各工艺去除效果预测 (11)
3.5.3 工艺流程简述 (11)
3.6设备描述 (16)
3.6.1 电絮凝系统 (16)
3.6.2 高密度澄清池 (19)
3.6.3 臭氧氧化池 (20)
3.6.4 生物活性炭滤池 (21)
3.6.5 过滤器供水泵 (22)
3.6.6 保安过滤器 (23)
3.6.7 超滤装置 (23)
3.6.8 超滤CEB杀菌剂加药系统 (24)
3.6.9 超滤CEB碱加药系统 (25)
3.6.10 超滤CEB盐酸加药系统 (25)
3.6.11 超滤产水池 (26)
3.6.12 超滤反洗泵 (26)
3.6.13 反渗透供水泵 (27)
3.6.14 保安过滤器 (27)
3.6.15 反渗透高压泵 (28)
3.6.16 反渗透 (29)
3.6.17 阻垢剂加药系统 (30)
3.6.18 还原剂加药系统 (31)
3.6.19 清洗系统（超滤、反渗透共用） (32)
3.6.20 回用水池 (33)
3.6.21 反渗透冲洗水泵 (33)
3.6.22 回用水输送泵 (33)
3.6.23 浓水收集水池 (34)
3.6.24 浓水输送泵 (34)
3.6.25 压缩空气系统 (34)
第4章设备清单 (36)
4.1主要土建清单 (36)
4.2主要设备清单 (36)
第5章总平面及公用工程 (51)
5.1总平面布置 (51)
6.2供配电 (51)
第6章投资估算及运行费用 (53)
6.1投资估算 (53)
7.2运行费用分析 (54)
第1章概述
1.1项目概述
焦化企业是用水大户，在山西省水资源相对缺乏的地方，节约用水意义更为突出。山西焦化股份有限公司为了在十二五期间继续遵循循环经济理念，走可持续发展道路，建设环境友好型、资源节约型企业，公司计划将现有的污水处理系统处理出水经膜技术处理后回用。
1.1.1 进水水质指标
本项目需处理的进水为生化处理后的出水，设计时按照最不利的水质指标进行设计，具体水质详见下表。
表1-1生化处理后出水水质指标（除pH和电导率外，其余俊文mg/L）
1.1.2 回用水处理站回用水水质指标
回用水水质指标执行设计规范（GB50050-2007）中再生水回用于工业循环冷却循环水补充水标准，需符合以下要求，见表1-2：
表1-2 回用水水质指标
第2章设计范围、依据、原则
2.1设计范围
1.污水处理工艺的选择；
2.处理构筑物的工艺设计计算；
3.总平面布置及配套工程设计；
4.工程投资估算及运行成本估算
2.2设计依据
根据建设方提供数据。
2.3设计采用的规范和技术标准
本设计采用并参考下述资料、标准与规范：
1.《三废处理技术工程手册》化工出版社2000年第一版
2.《环境工程手册》高等教育出版社1996年第一版
3.《污水综合排放标准》GB8978-1996
4.《污水再生利用工程设计规范》GB/T50335-2002
5.《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
6.《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
7.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
8.《恶臭污染物排放标准》GB14554-93
9.《地下工程防水技术规范》GB50108-2001
10.《供配电系统设计规范》GB50052-95
11.《给水排水设计手册(1～11册) 》中国建筑工业出版社2004年
12.《给水排水标准规范实施手册》中国建筑工业出版社1993年
13.《环境空气质量标准》GB3095-1996
14.《工业企业厂界噪声标准》GB12348-90
15.《给排水工程结构设计规范》GBJ69-84
16.《室外排水设计规范》GB50014-2006
17.《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
18.《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001版）
19.《建筑防雷设计规范》GB50057-94（2000版）
20.《供配电系统设计规范》GB50052-95
21.《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
22.《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94
23.《低压配电设计规范》GB50054-95
24.《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83
25.《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
26.《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92
27.《电力工程电缆设计规范》GB 50217–94
28.《电气设备安全设计导则》GB4064-83
29.《工业自动化仪表电源、电压》GB3368-82
30.《不间断电源设备》GB/T 7260-87
31.《电子测量仪器安全要求》GB4793-84
32.《流量测量仪表基本参数》GB1314-91
33.《外壳防护等级的分类》GB4208-93
34.《自动化仪表工程施工及验收规范》GB 50093-2002
35.《仪表供电设计规定》HG/T 20509-2000
36.《仪表供气设计规定》HG/T 20510-2000
37.《信号报警、安全联锁系统设计规定》HG/T 20511-2000
38.《仪表配管配线设计规定》HG/T 20512-2000
39.《仪表及管线伴热和绝热保温设计规定》HG/T 20514-2000
40.《自控设计常用名词术语》HG/T20699－2000
41.《分散型控制系统工程设计规定》HG/T 20573-95
42.《可编程控制器系统设计规定》HG/T20700－2000
43.《自控安装图册》HG/T21581－95 其它国家现行标准、规范以及标准图集
2.4设计原则
1. 合理性：全面规划，合理建设，充分考虑利用原有设施及设备，与现有格局和谐共存，根据技术成熟、经济合理的原则进行总体设计和单元构筑物设计，并充分注意节能，力求减少动力消耗，以节约能源，降低处理成本及运行费用。工程设计应以工艺成熟、操作稳定（具有抗冲击性）、安全可靠、节能、运转周期长为原则。既要体现技术发展水平，又要脚踏实地立足原有装置客观实际功能。
2. 可靠性：设备选型应成熟可靠，结构简单、易维修，抗腐蚀，制造材料应能满足介质要求。监控仪表和自动化设备应维修维护方便，污水处理控制系统应采用成熟、可靠的PLC工业自动控制系统；确保污水处理装置的稳定性和可靠性。
3. 经济性：污水处理装置能在不同工况下自动调节负荷，使装置始终在最理想、最经济点运行；针对所收集污水的特点和处理要求，进行各种高效处理设施的优化组合，以达到占地面积少，适用性强的目的，专用设备的选型进行充分比选，达到性能价格比的最优化，在保证质量和安全可靠的前提下，降低系统造价和运行管理费用。充分发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益。
4. 先进性：在确保功能可靠、运行稳定、灵活性强、操作管理方便的前提下，根据设计进水水质和排放标准的要求，尽量采用新技术，采用高效节能、简便易行的处理工艺。
5.无二次污染：充分考虑环境问题，设计新颖美观，布局合理，合理控制噪声，及气味，污水处理产生的污泥，其处理及处置工艺根据污泥量、污泥性质综合确定，并充分考虑资源的再利用，防止二次污染
2.5设计服务范围
设备，土建、工艺管线、电气、仪表、等施工方案、图纸。
第3章工艺设计
3.1工艺方案选择
焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物，成分复杂，污染物浓度高、色度高、毒性大，性质非常稳定，是一种典型的难降解有机废水。它的超标排放对人类、水产、农作物都构成了很大危害。如何改善和解决焦化废水对环境的污染问题，已成为摆在人们面前的一个迫切需要解决的课题。
目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后进行生物脱酚二次处理。但是，焦化废水经上述处理后，外排废水中氰化物、COD及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况，近年来国内外学者开展了大量的研究工作，找到了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为化学法和物化法为主，分别说明如下：
3.2电化学氧化技术
电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。
含有一定离子浓度的废水，在电场作用下产生电流，电流在通过废水的过程中发生氧化还原反应，对废水中的有机物进行氧化降解，控制电流的强度和电氧化时间，可以控制不同的降解程度，甚至可将有机物分解成二氧化碳和水，氧化还原降解主要有两种不同的途径，一是在电极板表面直接发生反应，对废水中的有机物进行氧化降解，通过改进不同的催化剂涂层可以不同程度地提高氧化效率和电流效率；二是电流通过废水过程中产生高活性的OH自由基和活性氯自由基，及其高活性氧化剂如次氯酸钠、臭氧等，该活性物质与废水中有机物反应，达到有机物降解的目的。前者被称为直接电化学氧化，后者被称为间接电化学氧化，祥见下图。
R—污染物；O－氧化产物；C－间接电化学过程产生的中间活性物质直接氧化的电极反应如下：
2H2O → 2·OH + 2H+ + 2e-
有机物+ ·OH → R + CO2 + H2O (R为中间产物)
2NH3 + 6·OH → N2↑ + 6H2O
2·OH → H2O + 1/2O2
若废水中含有高浓度的Cl-时，Cl-在阳极放出电子，形成Cl2，进一步在溶液中形成ClO-，溶液中的Cl2/ClO-的氧化作用能有效去除废水中的COD及NH3-N。这种氧化作用即为间接氧化，反应如下：
阳极：
4OH- → 2H2O + O2 + 4e-
2Cl- → Cl2 + 2e-
溶液中：
Cl2 + H2O → ClO- + 2H++Cl-
有机物+ ClO- →R +Cl-+CO2 + H2O
3.3高压高频脉冲电化学技术介绍
电解法处理废水具有反应速度快，脱色率高，产泥量小，管理方便，易实现自动化控制等优点。它在电化学作用下，能改变废水物理性质和化学性质。把有机物转化成二氧化碳和水，使废水无害化，同时当进水中污染物质浓度发生变化时，可通过调整电压与电流的方法进行控制，保证出水稳定。它与其它处理方法相比具有处理时间短、设备容积小、占地面积少等优点。传统电解法采用低压电流电路，存在着电耗高、电极材料消耗大等缺点，故而未能在工业上获很大量应用。
高压脉冲电化学技术突破传统低电压、大电流的电解法，而采用高电压小电流-高压脉冲电化学法（HVES）。该法采用电化学原理，借助外加高压电作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，经单一电化学设备即可对废水中的有机物或无机物进行氧化还原反映，进而凝聚、浮除，将污染物从水体中分离，可有效地去处废水中的COD、重金属、SS、油、磷酸盐等各种有害污染物。
3.4中试试验情况
针对原水水质的分析情况，我公司通过在山西焦化所做电絮凝中试试验发现，经电絮凝工艺处理后，出水颜色变浅，为浅棕色，水质清澈透明。说明电絮凝工艺能有效分解有色物质，降低出水色度。另外，从试验数据可看出，出水COD浓度要明显低于进水COD浓度，其去除率一般要高于40%，去除效果明显。当原水COD低于100mg/L时，出水COD值一般低于50mg/L，其平均去除率为47.85%；当原水COD值为100～200mg/L 和200～669mg/L时，其平均去除率分别为50.78%和61.79%。进水COD越高，其平均去除率越高。对COD高于200mg/L的原水有高于50%的COD去除率。电耗是电絮凝工艺处理污水的主要成本，处理成本低。
经电絮凝处理后的污水，COD不能保证低于60mg/L，达不到进膜要求，因此还需加一道处理工艺。针对电絮凝出水水质及出水需达到进膜要求，本项目宜选用AOP工艺，其中O3-BAC工艺操作简便，便宜管理，对于电絮凝处理效果不佳的硫氰化物，能够得到较好的去除，且电絮凝处理后pH>8，可使O3氧化效率提高；相比Fenton试剂氧化工艺，可节省药剂投加费用，无悬浮物及阴离子产生，保证后续膜系统安全性。我公司在长治潞宝通过O3氧化对电絮凝处理后的焦化废水中试试验发现，O3去除COD效果
明显，能够达到后续的进膜水质要求，同时节省了电絮凝工艺的用电量，能与电絮凝工艺有很好的互补。
针对山西焦化水质分析情况，我公司经过讨论和反复论证，最终决定采用以下工艺方案：
生化处理后排水→电絮凝工艺系统→加碱曝气池→高密度澄清池→O3—BAC系统→保安过滤器→超滤系统→超滤水池→RO供水泵→保安过滤器→高压泵→一级反渗透系统→回用水池→回用水泵→用户用水点
山西焦化股份有限公司
100t/h焦化中水回用处理工程
技术方案上海东硕环保科技有限公司（中外合资）
Shanghai Denovo Environment Protection Co.,Ltd
10
3.4.1 工艺流程及水量平衡
备注：1、本项目所用电絮凝工艺为高压高频脉冲电絮凝机，较在山西焦化中试的电絮凝装置处理效果更佳，且运行管理更简便；
2、本项目暂设一级RO系统，产生20%的浓水，由于浓水电导率仍在RO适应范围内，可考虑设二级RO系统，提高水处理效率。
3.4.2 各工艺去除效果预测
各工艺去除效果预测见下表。
表3-1 各工艺去除效果预测
3.4.3 工艺流程简述
(1) 电絮凝工艺
本项目采用高压高频脉冲电絮凝技术，高压脉冲电絮凝设备是利用加在电絮凝槽内正负两极上的高压脉冲电压，使废水电解产生活性氢、活性氧和极板溶解在废水中产生的初生态氢氧化物絮体时具有强烈吸附作用来对废水进行氧化、还原、吸附、凝聚反应。是废水净化的专用设备。它适用于印染、染料化工、医院、皮革、电镀等行业的废水处
理。
本装置技术先进、设计合理．具有投资少，处理效果好、运行费用低，使用维修简单等优点。
本装置电化学槽内极板以串联形式分布，以减少电容充放电时影响脉冲波形。电能作用率得以提高。实现了低电耗、高净化效率的目的。极板可采用多种材料，即溶解性与不溶性极板等。
本装置的特点
(1)除FeSO4调整外无需外加化学物；
(2)絮凝效果好
(3)可以处理含高浓度污染物废水；
(4)连续、稳定的循环运行过程
(5)全自动化系统；
(6)运行成本低，耗电低；占地面积小
(2) 加碱曝气池
焦化废水经电絮凝工艺处理后，还含有一部分的Fe2+离子，因此需要曝气并加碱，使得剩余Fe2+离子氧化成Fe（OH）3，利于后面高密度澄清池混凝沉淀。
(3) 高密度澄清池
高密度沉淀池是一种紧凑、高效、灵活的新型污水处理工艺，可以广泛地应用于各项领域。可用于处理工业和生活污水、引用水、雨水以及三级废水。这种新型水处理工艺在欧洲国家十分流行的。高密度沉淀池时由法国得利满公司开发出的一项先进专利澄清技术，该技术应用面广泛，适用于饮用水生产、污水处理、工业废水处理和污泥处理领域。高密度沉淀池技术在欧洲市场已应用多年，比如法国的MOUT水厂、德国的来格朗等诸多欧洲水厂均采用该工艺。目前已进入中国市场，国内已有工程采用该处理工艺，如乌鲁木齐、石墩子山水厂扩建工程、石家庄市桥西污水处理厂污水回用改造工程、首钢污水处理过程等。如保定市地表水厂采用高密度沉淀池作为污泥浓缩池，提高了浓缩效率，节省了占地。
其工作原理为，在混合池内设置快速搅拌机，使投加的混凝剂快速分散，与池内原
水充分混合均匀，用以形成小的絮体。混凝剂一般为氯化铁，主要作用是使悬浮颗粒脱稳。经过预混凝的原水流至反应池内圆形导流筒的底部，原水、回流污泥和阻凝剂由导流筒内的搅拌桨由下至上混合均匀。由慢速搅拌反应池和推流式反应池组成串联反应单元，以获得较大的絮体，达到沉淀区内快速沉淀。带有污泥回流的快速絮凝，由快速搅拌器搅拌，以确保快速絮凝及絮凝所需要的能量。絮凝剂投加在搅拌器的下方。从污泥浓缩区到快速絮凝区进行连续的外部泥渣回流，极高的污泥浓度提高了絮凝的效果。絮凝矾花慢速地进入沉淀区，这样可以避免繁华损坏。絮凝矾花在沉淀池下部汇集成污泥并浓缩。斜板设置在沉淀池的上部，用于去除多余的矾花，保证出水水质。部分浓缩污泥在浓缩区内由污泥循环泵送至反应池入口，另一部分剩余污泥由污泥泵抽出，送至污泥脱水间或进行其他处理。
沉淀浓缩区保证了矾花增长所需的慢速絮凝，生成的矾花具有较高的密度。然后水慢速流至沉淀区以保证矾花的完整性。高密池底部刮泥机的连续挂扫促进了沉淀区污泥的浓缩，实践上，如果沉淀浓缩区没有刮泥系统就不能有效地排泥，往往就会降低高密度沉淀池的性能。
高密度沉淀池工作特点：
（1）采用合成的有机絮凝剂PAM。混凝时添加PAM作阻凝剂，使得反应可产生较大的矾花，污泥回流可进一步增加矾花的密度和沉降性能，加快其沉淀速度。
（2）从慢速推流反应区到斜板沉淀区矾花能保持完整，并且产生的矾花颗粒大、密度高。
（3）高效的斜板沉淀可保证沉淀区较高的上升流速（可达20~40m/h），絮凝矾花可得到很好的沉淀。
（4）能有效地完成污泥浓缩，沉淀池排泥浓度可达15%，无须进行再次浓缩，可直接脱水处理。
（5）处理效率高。有文献显示，高密度沉淀池对SS的去除率在85%左右，对COD 的去除率可达85%~96%，BOD的去除率高达92%。
（6）集混凝、沉淀和浓缩功能为一体的水处理构筑物，结构紧凑，降低了土建造价并且节约了建设用地。
（7）运行费用较高，因此需对药剂的投加进行优化控制，以使完整的运行费用降至
最低。
(4) 臭氧-生物活性炭工艺
该工艺是将臭氧氧化和生物活性炭的吸附降解作用联用的一种方法，这一工艺包含了臭氧消毒、化学氧化、物理吸附和生物降解。其影响因子相互之间关系如图5所示。
④
图臭氧—生物活性炭技术影响因子关系示意图
该工艺首先利用臭氧预氧化作用，初步氧化分解水中的有机物及其它还原性物质，降低生物活性炭滤池的有机负荷，同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环，转化成简单的脂肪烃，改变其生化特性。臭氧除了自身能将某些有害有机物氧化变成无害物外，在客观上还可以增加小分子的有机物，使活性炭的吸附功能得到更好的发挥。活性炭能够迅速地吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集微生物，使其表面能够生长出良好的生物膜，靠本身的充氧作用，炭床中的微生物就能以有机物为养料大量生长繁殖好气菌，致使活性炭吸附的小分子有机物充分生物降解。臭氧-生物活性炭工艺能够有效地去除水中的有机物和氨氮，对水中的无机还原性物质、色度、浊度也有很好
的去除效果。臭氧制取原理如下图：
(5) 超滤装置
超滤装置主要是去除分散和悬浮在原水中的无机有机悬浮物、胶体物质，去除浊度，降低SDI值，保证后续反渗透系统的进水水质要求。
超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一，以大分子与小分子分离为目的，膜孔径在20~1000A之间。在超滤过程中，水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的溶剂水及小分子溶质透过膜，成为滤液，比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为浓缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。
超滤是一种靠机械筛分原理来去除液体中杂质的技术，因为其对悬浮物、胶体、细菌和微生物有高效而稳定的截留效果，因此近年来被广泛应用于饮用水、工业给水和废水处理领域。
(6) 反渗透装置
反渗透装置是本水处理系统中最主要的脱盐装置，利用反渗透膜的选择透过特性除去水中绝大部分可溶性盐分、有机物及微生物等，以保证出水水质的要求。
RO反渗透膜孔径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。一般进口反渗
透膜脱盐率都能达到99%以上，5年内运行能保证97%以上。
3.5设备描述
3.5.1 电絮凝系统
主要参数：
电絮凝循环槽（包含FeSO4加药池）：
数量：1座。
材质：RC衬EPOXY。
尺寸：W3m × L8m × H2.5m（其中FeSO4加药池尺寸W3m × L3m × H2.5m）附件：液位发讯器。
溢流管及勘水管等必要阀件。
进水控制阀PVC 8” × 1组。
PVC SCH 80 配管。
FeSO4加药池搅拌机
数量：2台(1用1备)
功率：2.2KW
材质：碳钢防腐
原水加压泵(电絮凝进水泵)
数量：4台(3用1备)
型式：卧式离心泵(SUS#304)
功率：5.5KW
能力：38T/h×33MH
附件：进出水阀、逆止阀
PVC SCH 80 配管。
盘式过滤器
数量：4套
产水量：40m3/hr/套
材质：PP塑料
进出口：2" 主管：4" (4支/组)
附件：PVC SCH80配管
手动阀(4"× 3个/套),气动阀(4” × 3个/套)、电磁阀(1/4" × 4个/套)
4" 浮子流量计1支，压力表2只
过滤器反洗泵：(4组共用)
数量：2台(1用1备)
型式：立式离心泵
马力：5.5KW
能力：40 m3/hr × 3300 mmAq
附件：进出口水阀、逆止阀
PVC SCH 80 配管。
电絮凝机设备：
数量：3+1套
产水量：30m3/hr/套
电凝槽材质：碳钢+橡胶或PP 15mm
电凝槽尺寸：W2200 × L3300 ×H2400 mm
极板材质：铁板
极板尺寸：W0.5m×L1.0m×厚度3~5mm
操作电力：30~50KW(以电压200V ,电流200A估算，平均约40kw)
附件：DIN-UPVC、手动阀、气动阀
液位发讯器× 1组套
进水pH计1组(总出水)