煤直接液化污水深度處理工程運(yùn)行研究

劉茂軒

（神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陜西省榆林市，719300）

隨著工業(yè)化程度不斷提升，各種高濃度難降解的工業(yè)有機(jī)廢水的排放不斷增加，采用單一的方法處理廢水，常常難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。各種污水處理技術(shù)有自身的優(yōu)勢(shì)，也有自身的不足，通過對(duì)多種技術(shù)的優(yōu)化組合，能更好地處理這些高濃度難降解的工業(yè)有機(jī)廢水。當(dāng)前使用的污水處理技術(shù)，有高級(jí)氧化技術(shù)、生物膜分離技術(shù)、電催化氧化法、超臨界水氧化法、電化學(xué)處理方法等。為保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、降低污染，公司應(yīng)用生物處理技術(shù)、膜分離技術(shù)以及二者相結(jié)合的技術(shù)，對(duì)煤直接液化污水進(jìn)行深度處理工程方案研究。

1 設(shè)計(jì)部分

1.1 設(shè)計(jì)方案

神華煤直接煤液化污水的深度處理系統(tǒng)擬采用A／O 生化處理單元和MBR+ UF+RO 集成膜處理單元形成組合工藝流程。

1.2 設(shè)計(jì)目的

（1）對(duì)A／O+MBR+UF+RO 進(jìn)行調(diào)試，分析其處理效果；

（2）對(duì)A／O-MBR 進(jìn)行耐沖擊實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其是否符合工程設(shè)計(jì)的要求；

（3）驗(yàn)證A／O+MBR+UF+RO 工藝對(duì)于處理煤液化污水的可行性及穩(wěn)定性，為以后的新建項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支持。

1.3 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

1.3.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

進(jìn)入深度處理系統(tǒng)的污水由三部分組成：含油污水處理系統(tǒng)出水 （200m3／h），高濃度污水預(yù)處理系統(tǒng)出水 （90m3／h），生活污水 （60m3／h）。

含油污水處理系統(tǒng)出水 （200 m3／h）出水水質(zhì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤150 mg／L，氨氮（NH3-N）≤15mg／L。

高濃度污水預(yù)處理系統(tǒng)出水 （9 m3／h）出水水質(zhì)指標(biāo)：pH 值7～8，CODcr150～250 mg／L，氨氮 （NH3-N）50～100mg／L。

生活污水 （60 m3／h）水 質(zhì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤500 mg／L，氨 氮 （NH3- N）≤20 mg／L。

確定深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水設(shè)計(jì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤200 mg／L，氨氮 （NH3-N）≤50 mg／L，水溫15℃～38℃。

1.3.2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)

（1）用水單位的水質(zhì)要求。

循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤50mg／L，氨氮 （NH3-N）≤5 mg／L，水溫≤38℃。

電廠除鹽水站補(bǔ)水水質(zhì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤10mg／L，電導(dǎo)率 （25℃）≤5μs／cm，二氧化硅≤5mg／L。

（2）MBR 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)。

MBR 裝置出水首先須滿足循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)要求，同時(shí)須滿足進(jìn)入RO 系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求，其出水水質(zhì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤50 mg／L，氨氮 （NH3-N）≤2mg／L，懸浮物≤10mg／L，水溫≤38℃。

（3）RO 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)。

RO 裝置出水須滿足熱電中心除鹽水站進(jìn)水水質(zhì)要求，其出水水質(zhì)指標(biāo)：pH 值6～9，CODcr≤5 mg／L，電導(dǎo)率 （25℃）≤2μS／cm，二氧化硅≤2 mg／L。

1.4 工藝設(shè)計(jì)技術(shù)方案

1.4.1 生化系統(tǒng)

進(jìn)入A／O 生化池的混合水，首先進(jìn)入?yún)捬跎?（A 池）。污水在A 池中與MBR 膜池回流來的活性污泥進(jìn)行充分混合，在缺氧的環(huán)境中進(jìn)行吸附和反硝化反應(yīng)。

A 池出水進(jìn)入好氧生化池 （O 池）。O 池主要是去除進(jìn)水中的生化有機(jī)物 （BOD），并在硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮 （NH3-N）氧化成硝態(tài)氮NOx-N （NO2ˉ-N、NO3ˉ-N）。

1.4.2 MBR 膜分離系統(tǒng)

在MBR 膜池中，MBR 膜將A／O 生化池來活性污泥中的菌膠團(tuán)和游離細(xì)菌、無機(jī)顆粒等全部截留在MBR 膜池內(nèi)，濾過的水匯入集水管中由MBR 產(chǎn)水泵抽出，從而達(dá)到泥水分離的目的。MBR 處理后的出水輸送至循環(huán)水系統(tǒng)。

1.4.3 UF膜分離系統(tǒng)

MBR 出水經(jīng)過UF 過濾器過濾后進(jìn)入超濾（UF）超濾裝置，以進(jìn)一步去除水中的懸浮物。

1.4.4 RO 膜分離系統(tǒng)

UF出水進(jìn)入RO 進(jìn)水罐，經(jīng)過保安過濾器過濾、高壓泵加壓后進(jìn)入反滲透裝置。通過反滲透作用，將鹽類或大分子物質(zhì)與水分離，從而實(shí)現(xiàn)脫鹽的目的。RO 產(chǎn)品水輸送至電廠除鹽水站。

2 分析測(cè)試方法

COD 分析方法采用 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）重鉻酸鉀法，此法COD 在下文中統(tǒng)一簡(jiǎn)寫為COD。

氨氮分析方法采用 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）納氏試劑光度法。

懸浮物分析方法采用 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）重量法。

電導(dǎo)分析方法采用 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）實(shí)驗(yàn)室電導(dǎo)率儀法。

3 煤直接液化污水深度處理工程試驗(yàn)運(yùn)行分析

3.1 A／O-MBR 系統(tǒng)工程試驗(yàn)運(yùn)行分析

3.1.1 A／O-MBR 系統(tǒng)工程試驗(yàn)COD 去除率分析

A／O-MBR 進(jìn)出水COD 曲線如圖1所示。

全程運(yùn)行數(shù)據(jù)分析：

A／O - MBR 進(jìn) 水 水 質(zhì) COD 平 均 值94.9mg／L，A／O-MBR 出水水質(zhì)COD 平均值27.2mg／L，平均去除率為71.3%。從出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)來看，A／O-MBR 組合工藝系統(tǒng)總體運(yùn)行平穩(wěn)，基本達(dá)到最初的工程設(shè)計(jì)要求。

為了測(cè)試A／O 生化池的耐COD 負(fù)荷沖擊的能力，于11月10日對(duì)A／O 生化池進(jìn)水進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。計(jì)劃A／O-MBR 進(jìn)水水質(zhì)COD 目標(biāo)值達(dá)到290mg／L，連續(xù)運(yùn)行5天。

調(diào)整前檢測(cè)高濃度預(yù)處理系統(tǒng)來水水質(zhì)COD為243mg／L，含油污水處理系統(tǒng)來水水質(zhì)COD 為141mg／L，生活污水來水水質(zhì)COD 為483mg／L。經(jīng)過計(jì)算：在保證總進(jìn)水量不變的情況下，需增加生活污水來水量66m3／h、降低含油污水處理系統(tǒng)來水量66 m3／h，以大幅度升高A／O-MBRCOD負(fù)荷。

經(jīng)過調(diào)整，A／O-MBR 進(jìn)水水質(zhì)COD 平均值達(dá)到289.9mg／L。通過5d 的運(yùn)行和觀察后，沒有發(fā)現(xiàn)A／O 生化池和MBR 膜系統(tǒng)的明顯異常情況，且A／O-MBR 出水水質(zhì)COD 平均值也只有23.1mg／L，COD 平均去除率為92.0%。因?yàn)樵囼?yàn)期間高濃度污水預(yù)處理系統(tǒng)和含油污水處理系統(tǒng)的來水中氨氮的比較低，A／O-MBR 總的進(jìn)水氨氮含量變化不大，所以氨氮沒有對(duì)A／O-MBR的運(yùn)行沒有造成大的影響。

穩(wěn)定運(yùn)行階段：8月30日至11月15日。

在按最初的工程設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)平穩(wěn)運(yùn)行期間，A／O-MBR 進(jìn)水水質(zhì)的COD 平 均值為89.8mg／L、A／O-MBR 出水的COD 平均值為29.6 mg／L，A／O-MBR 系統(tǒng)的平均氨氮去除率為67.0%。

由此證明：A／O-MBR 綜合工藝系統(tǒng)總體運(yùn)行平穩(wěn)。此工藝具有比較強(qiáng)的耐COD 負(fù)荷沖擊的能力。如果整個(gè)系統(tǒng)在比較高的COD 負(fù)荷下運(yùn)行，相信會(huì)有更高的COD 去除率。

3.1.2 A／O-MBR 系統(tǒng)工程試驗(yàn)氨氮去除率分析

A／O-MBR 進(jìn)出水氨氮曲線如圖2所示。

圖2 A／O-MBR 進(jìn)出水氨氮曲線

為了測(cè)試A／O-MBR 綜合工藝系統(tǒng)對(duì)氨氮的處理能力和耐受能力，我們采取如下方案：在總進(jìn)水量基本不變的前提下，含油污水處理系統(tǒng)出水按比例遞減、高度污水處理系統(tǒng)出水同水量遞增，將A／O-MBR 進(jìn)水氨氮提高到75mg／L。在達(dá)到目標(biāo)濃度后繼續(xù)運(yùn)行5d，觀察其氨氮處理效果。

調(diào)整前檢測(cè)高濃度預(yù)處理系統(tǒng)來水水質(zhì)氨氮為197mg／L，含油污水處理系統(tǒng)來水水質(zhì)氨氮為11mg／L，生活污水來水水質(zhì)氨氮為14mg／L。經(jīng)過計(jì)算：在保證總進(jìn)水量不變的情況下，需增加高濃度污水預(yù)處理系統(tǒng)來水量29m3／h，降低含油污水處理系統(tǒng)來水量29m3／h，以大幅度地升高A／O生化池氨氮負(fù)荷。

8月20日至8月25日，氨氮以高濃度連續(xù)運(yùn)行了5d。此期間A／O-MBR 進(jìn)水氨氮的平均值為74.7mg／L，A／O-MBR 出水氨氮的平均值為0.5mg／L，A／O-MBR 系統(tǒng)的平均氨氮去除率為99.3%。通過上述對(duì)A／O-MBR 氨氮的處理能力和耐受能力測(cè)試，取得了 “總進(jìn)水量基本不變并當(dāng)進(jìn)水中的氨氮達(dá)到一定濃度后維持運(yùn)行5天的測(cè)試方案”的良好效果。

穩(wěn)定運(yùn)行階段：8月30日至11月15日。

在按最初的工程設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)平穩(wěn)運(yùn)行期間，A／O-MBR 進(jìn)水水質(zhì)的氨氮平均值為38.2mg／L、A／O-MBR 出水的氨氮平均值為0.55mg／L，A／O-MBR 系統(tǒng)的平均氨氮去除率為98.6%。

由上述分析，可以得到結(jié)論：A／O-MBR 綜合工藝系統(tǒng)對(duì)氨氮的處理能力很強(qiáng)、對(duì)氨氮的耐受能力非常高。

3.2 UF系統(tǒng)工程試驗(yàn)運(yùn)行分析

3.2.1 UF進(jìn)出水濁度去除率分析

UF進(jìn)出水濁度曲線如圖3所示。

調(diào)試階段：7月5日至7月24日。在此階段，對(duì)各種遠(yuǎn)傳儀表、進(jìn)出水氣動(dòng)快關(guān)閥、進(jìn)水流量調(diào)節(jié)閥、PLC 和DCS操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，儀表和電氣類調(diào)試完以后進(jìn)行進(jìn)水調(diào)試。調(diào)試分為進(jìn)生產(chǎn)水水聯(lián)運(yùn)調(diào)試和進(jìn)MBR 產(chǎn)水實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試。

穩(wěn) 定 運(yùn) 行 階 段：7 月25 日 至11 月15 日。在這段實(shí)際運(yùn)行階段：UF 進(jìn)水水質(zhì)的濁度平均值為1.41 NTU、UF 出水水質(zhì)的濁度平均值為0.58 NTU，UF出水水質(zhì)的濁度平均去除率為58.9% 。由此可以看出UF膜對(duì)濁度具有較好的效果。

圖3 UF進(jìn)出水濁度曲線

3.2.2 UF系統(tǒng)工程試驗(yàn)懸浮物去除率分析

UF進(jìn)出水縣浮物曲線如圖4所示。

調(diào)試階段：7月5日至7月24日。在此階段，對(duì)各種遠(yuǎn)傳儀表、進(jìn)出水氣動(dòng)快關(guān)閥、進(jìn)水流量調(diào)節(jié)閥、PLC 和DCS操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，儀表和電氣類調(diào)試完以后進(jìn)行進(jìn)水調(diào)試。調(diào)試分為進(jìn)生產(chǎn)水水聯(lián)運(yùn)調(diào)試和進(jìn)MBR 產(chǎn)水實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試。

穩(wěn) 定 運(yùn) 行 階 段：7 月25 日 至11 月15 日。在這段實(shí)際運(yùn)行階段：UF 進(jìn)水水質(zhì)的懸浮物平均值為4.8 mg／L、UF 出水水質(zhì)的懸浮物平均值為0.54mg／L，UF出水水質(zhì)的懸浮物平均去除率為88.8% 。由此可以看出UF 膜對(duì)懸浮物具有良好的效果。

圖4 UF進(jìn)出水懸浮物曲線

3.3 RO 系統(tǒng)工程試驗(yàn)電導(dǎo)率去除率分析

RO 進(jìn)出水電導(dǎo)率曲線如圖5所示。全實(shí)驗(yàn)階段：7月5日至11月15日。UF 進(jìn)水水質(zhì)電導(dǎo)率平均值33.2μs／cm，UF 出水水質(zhì)電導(dǎo)率平均值0.67μs／cm，UF出水水質(zhì)的電導(dǎo)率平均去除率為98.0%。

圖5 RO 進(jìn)出水電導(dǎo)率曲線

穩(wěn) 定 運(yùn) 行 階 段：8 月30 日 至11 月15 日。在這個(gè)階段：RO 進(jìn)水水質(zhì)的平均脫鹽率為39.3μs／cm、RO 出水水質(zhì)的電導(dǎo)率平均值為0.54μs／cm，RO 出水水質(zhì)的平均脫鹽率為98.6%，大于RO 出水的電導(dǎo)率控制指標(biāo) （大于97%）。由此可以看出RO 膜對(duì)電導(dǎo)率的去除具有優(yōu)良的效果。

4 結(jié)論

經(jīng)過近五個(gè)月調(diào)試、測(cè)試和運(yùn)行，得出結(jié)論：采用A／O-MBR+UF+RO 工藝對(duì)煤直接液化污水進(jìn)行深度處理，各裝置出水水質(zhì)均能達(dá)到工程最初設(shè)計(jì)目標(biāo)，產(chǎn)品水全部回用。

A／O- MBR 系 統(tǒng)：進(jìn) 水COD 平 均 值 為289.9mg／L，出 水COD 平 均 值 為23.1 mg／L，COD 平均去除率為92.0%；進(jìn)水出水氨氮為74.7mg／L，出水氨氮為0.5 mg／L，氨氮平均去除率為99.3%；A／O-MBR 出水水質(zhì)符合循環(huán)水補(bǔ)水的水質(zhì)指標(biāo)，可以回用于循環(huán)水系統(tǒng)。

UF進(jìn)水水質(zhì)的懸浮物平均值為4.8 mg／L，UF 出水水質(zhì)的懸浮物平均值為0.54 mg／L，UF出水水質(zhì)的懸浮物平均去除率為88.8%。

RO 進(jìn)水水質(zhì)的電導(dǎo)率平均值為39.3μs／cm、RO 出水水質(zhì)的電導(dǎo)率平均值為0.54μs／cm，RO出水水質(zhì)的平均脫鹽率為98.6%。RO 出水水質(zhì)符合電廠除鹽水站補(bǔ)水的水質(zhì)指標(biāo)，可以回用于電廠除鹽水站。

由此得出結(jié)論：整個(gè)深度處理系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)和性能與工程設(shè)計(jì)保持了較高程度的一致性，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到最初工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具有較強(qiáng)的抗沖擊、抗污染能力，具備高標(biāo)準(zhǔn)處理煤直接液化污水的能力。

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