三种焦化废水处理技术的运行费用比较
提要: 以一个产焦规模60万t/a的焦化厂为例，采用实际设计或试验给定的工艺参数进行计算，得出了利用普通生化、A/O生物脱氮和催化湿式氧化三种技术处理同一焦化源头废水--剩余氨水的运行费用，依次为25.35元/m3、28.77元/m3和29.72元/m3，三者之间并没有显著差异，可以为焦化企业所接受。
关键词: 普通生化法 A/O生物脱氮 催化湿式氧化 运行费用 比较
0 引言
催化湿式氧化处理技术和A/O生物脱氮污水处理技术是90年代初期先后开发出来的焦化废水处理技术，两者均能较好地将焦化废水中的COD组分和氨氮污染物氧化降解掉，使废水中的各项污染指标达标排放。催化湿式氧化处理技术还能将生物难于降解的稠环芳烃化合物BaP等有效处理掉，并能脱色、除臭、杀菌，处理后的出水可达到回用要求(出水水质见表 1)。与普通生化法相比，对一个年产45万t焦炭规模的焦化厂而言，两种技术每年均可减少污染物氨氮和CODCr的外排量达到百吨左右，具有显著的环境效益。
表1 三种处理技术的出水水质 处理工艺 出水水质
工艺名称 CODCr(mg/L) NH3－N(mg/L) BaP(μg/L)
普通生化法 200 180 25
A/O生物脱氮法 100 10 20
催化湿式氧化法 ＜50 ＜10 ＜2
但近10年过去了，这两种性能优良的水处理技术并没有在实际生产应用中发挥其应有的作用。其中A/O生物脱氮处理技术只在宝钢焦化厂等为数甚少的几家企业使用，催化湿式氧化处理技术目前还没有一家焦化厂(或煤气厂)采用，这与我国目前水环境受氨氮污染影响较为严重的局面极不相称。
其原因主要是由于催化湿式氧化处理技术是在高温、高压条件下将废水中的有害污染物氧化掉，其催化剂为贵重金属化合物；而A/O生物脱氮处理工艺的设备设施也相对比同等规模的普通生化处理工艺的设备设施要大，其工艺运行过程中还使用了价格不菲的碳酸氢钠或其他碱源，因而与普通生化法相比，两者的单位运行费用均要高得多。也正如此，人们有理由认为：两种焦化废水处理技术虽具有良好的污水处理效果，但其昂贵的操作运行费用是许多企业难以承受的。
由于三种废水处理方法技术上的差异，对进水水质的要求各不相同；使得对同一焦化厂源头废水而言，所要求的预处理条件也不尽相同，废水处理设施的规模也不一样。在这样的前提下，单纯以废水处理设施本身的单位运行费用来比较，进而得出结论的做法就缺乏一定的科学性。本着探讨两种废水处理技术的应用前景出发，笔者在此就催化湿式氧化技术和 A/O生物脱氮处理技术的运行费用与现有焦化厂广泛采用的普通生化处理技术的运行费用进行比较性研究，以供设计部门及焦化厂、煤气厂等企业单位领导人在进行焦化废水处理方案决策时参考。
1 进行费用计算比较的前提条件
焦化废水系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，这是一股组成复杂、浓度高、毒性大、难降解的工业废水，其中主要由剩余氨水(煤气冷凝液)形成。
当采用普通生化处理工艺和A/O生物脱氮处理工艺时，由于废水中的COD组分和氨氮浓度均较高，为保证处理工艺的正常运行，废水须先进行蒸氨等预处理；而催化湿式氧化处理技术则不需进行蒸氨预处理。因此，在运行费用计算比较时，普通生化处理工艺和A/O生物脱氮处理工艺还需包括这部分的费用。
又鉴于焦化工艺，尤其是煤气净化和化工产品回收工艺繁多，各种工艺的废水排放源及产生的焦化废水水质也不尽相同。比较而言，煤气净化工艺为生产硫铵及脱硫脱氰工艺时，其排放的废水最适宜采用催化湿式氧化工艺处理。
因此，为取同一基准进行运行费用计算，今按年产焦炭60万t规模的焦化厂，回收及煤气净化工艺按硫铵、且设有脱硫脱氰装置(如FRC或TH工艺)，蒸氨中一律按脱固定氨考虑。此时其待处理的剩余氨水、粗苯分离水等共约15m3/h。三种处理技术方案的工艺路线如下所示。
(1) 普通生化混凝处理工艺(见图1)：
剩余氨水→蒸氨汽提吹脱→生化处理→混 凝 处 理→外排
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
NaOH 蒸气 稀释水 NaOH 混凝剂
图1 普通生化处理
(2)A/O生物脱氮混凝处理工艺(见图2)：
剩余氨水→蒸氨汽提吹脱→A/O生物脱氮→混 凝 处 理→外排
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
NaOH 蒸气 Na2CO3 少量稀释水 NaOH 混凝剂
图2 A/O生物脱氮处理
(3)催化湿式氧化处理(见图3)：
剩余氨水→催化湿式氧化处理→外排
↑
NaOH
图3 催化湿式氧化处理
其处理水量按进生化处理装置、A/O生物脱氮装置及催化反应装置的水量计，分别为60m3/h、50m3/h、15m3/h。处理工艺条件为：蒸氨、普通生化处理、A/O生物脱氮工艺参数按目前通用参数选取，催化湿式氧化工艺参数则按小试结果所列参数进行计算。据此计算得出三种处理工艺的技术经济指标如表2所示(处理水量均以15m3/h计)。2 运行费用的比较计算
2.1 运行费用的计算条件
在此进行计算的各种价格如下所示。
(1)原材料价格：
氢氧化钠(30%)：400元/t 、Na2CO3：1200元/t
聚合硫酸铁：350元/t 、磷酸(85%)：2150元/t
表2 技术经济指标
项目 单位 普通生化 A/O生物脱氮 催化湿式氧化
NaOH(30%) t/a 940 935 876
Na2CO3 t/a 490
聚合硫酸铁(PFS) t/a 160 135
磷酸(85%) t/a 30 25
工业水 m3/a 210000 140000
电耗量 kW•h/a 630000 450000 3540200
蒸气 t/a 28380 27830
煤气量 m3/a 1251500
循环水 m3/h 100 100 45
其它基建投资 万元 700 750 773
定员 人 22 22 10
(2)动力价格：
工业水：1.0元/m3 、电：0.4元/(kW•h) 、蒸气：45元/t 、 煤气：0.9元/m3 、循环水：0.15元/m3
(3)工人工资及附加费：12000元/(人•年)。
(4)催化剂的更换费用：
催化剂运行5年后，全部更换，一次更换费用为40万元/m3。
(5)车间经费：包括折旧、大中小修及其它。
对催化湿式氧化技术而言，因催化剂5年一更换，已经折旧过，故折旧时应扣除这部分费用，其装置运行按20年计，折旧率为每年5%(基建投资扣除回收费用)。大中小修及其它费用则按设备投资费用的5%取值。其它废水处理方法，折旧和大中小修等费用均按其基建投资的 5%取值。
(6)费用计算时，不考虑土地的使用费以及排放废水所需交纳的排污费和污染物超标排放的惩罚费。
2.2 计算结果
依据上述计算条件，得到表3所示的计算结果。到此可知，从废水源头算起，普通生化法、A/O生物脱氮技术和催化湿式氧化技术三者的单位运行费用分别为：25.35元/m3、28.77元/m3、29.72元/m3；三者之比为1∶1.135∶1.172。与前者相比，A/O生物脱氮技术和催化湿式氧化技术的单位运行费用虽然要高，但其间没有显著性差异，能够为我国焦化厂(煤气厂)等企业单位所接受。而只考虑废水处理装置，不计蒸氨等预处理设施的费用，并以废水处理设施的规模计算，则普通生化法的运行费用不高于5元/m3，A/O 生物脱氮技术的运行费用在8元/m3，将近前者的两倍；而催化湿式氧化处理技术的运行费用仍为29.72元 /m3，为普通生化法的5～6倍之多。这样进行费用比较显然有失公允。
表3 三种处理技术的运行费用结果
项目 单位 普通生化 A/O生物脱氮 催化湿式氧化
NaOH(30%) 元 376000 374000 350400
Na2CO3 元 588000
聚合硫酸铁(PFS) 元 56000 47250
磷酸(85%) 元 64500 53750
工业水 元 210000 140000
电耗量 元 252000 180000 1416080
蒸气 元 1277100 1252350
煤气量 元 1126350
循环水 元 131400 131400 59130
工人工资及附加费 元 264000 264000 120000
催化剂更换费 元 600000
折旧 元 350000 375000 116500
大中小修及其它 元 350000 375000 116500
合计 元 3331000 3780750 3904960
单位操作费用 元/m3 25.35 28.77 29.72
3 结论及建议
从上述计算结果可以看出，催化湿式氧化处理技术和A/O生物脱氮处理技术的运行费用与普通生化法相比并没有显著的差异，三者之差最大不超过20%。如若再考虑土地的使用费、排污费和超标惩罚费，在某种程度上，普通生化的处理费用还有可能较A/O生物脱氮技术和催化湿式氧化技术的处理费用为高。因此，从治理污染、保护环境出发，笔者建议企业决策人和设计部门应尽力推广实施A/O生物脱氮处理技术和发展催化湿式氧化处理技术，将现有焦化厂(煤气厂)的普通生化处理工程的改造工作尽快提到日程上来
三种焦化废水处理技术的运行费用比较
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