甲醇制烯烴污水生化處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例

張蔚，魏江波

（中國(guó)神華煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京　100011）

甲醇制烯烴污水生化處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例

張蔚，魏江波

（中國(guó)神華煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京100011）

某甲醇制烯烴（MTO）項(xiàng)目污水生化處理裝置設(shè)計(jì)水量為350 t/h。根據(jù)該項(xiàng)目有機(jī)污水的水質(zhì)特點(diǎn)和處理難點(diǎn)，對(duì)污水生化處理技術(shù)進(jìn)行了比選，確定采用除油預(yù)處理-水解酸化-改進(jìn)型活性污泥曝氣池-MBR組合工藝。詳細(xì)介紹了各工藝單元的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，在設(shè)計(jì)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度不超過1 200 mg/L，石油類質(zhì)量濃度不超過90 mg/L的條件下，出水水質(zhì)達(dá)到初級(jí)再生水水質(zhì)要求，可作為循環(huán)水場(chǎng)和煙氣脫硫的補(bǔ)充水進(jìn)行回用。

甲醇制烯烴；生化處理；改進(jìn)型活性污泥曝氣池；MBR

某甲醇制烯烴（MTO）項(xiàng)目以外購甲醇作為原料，采用DMTO技術(shù)［1］經(jīng)一步催化反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為混合低碳烯烴（主產(chǎn)物為乙烯、丙烯），混合低碳烯烴經(jīng)烯烴分離裝置分離后通過下游深加工裝置生產(chǎn)聚乙烯和聚丙烯。項(xiàng)目包括60萬t/a甲醇制烯烴裝置、60萬t/a烯烴分離裝置（乙烯、丙烯合計(jì)）、30萬t/a低密度聚乙烯（LDPE）裝置、30萬t/a聚丙烯（PP）裝置，以及配套的公用工程、輔助設(shè)施和廠外工程等。本項(xiàng)目的有機(jī)污水主要來自于甲醇制烯烴、烯烴分離、聚乙烯、聚丙烯等裝置的生產(chǎn)污水及全廠地面沖洗廢水、污染雨水、生活污水等。項(xiàng)目配套建設(shè)污水生化處理裝置，對(duì)全廠生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的污水進(jìn)行深度處理，處理后出水達(dá)到初級(jí)再生水標(biāo)準(zhǔn)回用于循環(huán)水場(chǎng)和鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了該項(xiàng)目配套建設(shè)的污水生化處理裝置的工藝設(shè)計(jì)，給出了污水處理的工藝流程，以及各處理單元的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和功能等。

1　污水來源及水量

進(jìn)入污水生化處理裝置的有機(jī)污水主要來自三部分，第一部分為MTO工藝污水，為工藝副產(chǎn)水，是經(jīng)過氣提凈化后的凈化水；第二部分為生活污水；第三部分為低濃度生產(chǎn)污水和其它生產(chǎn)污水。

生化處理裝置設(shè)計(jì)處理規(guī)模為350 m3/h，其中MTO工藝污水量為172.5 m3/h，生活污水量為20 m3/h，低濃度生產(chǎn)污水為50 m3/h，其它生產(chǎn)廢水量為30 m3/h。

2　設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2.1設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)來水的水質(zhì)經(jīng)過加權(quán)平均計(jì)算得出，具體見表1。

表1　加權(quán)平均水質(zhì)及設(shè)計(jì)取值Tab.1　Weighted average and designed va1ue of inf1uent water qua1ity

2.2設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

污水生化處理裝置處理出水要求達(dá)到初級(jí)再生水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，再生水回用于循環(huán)水場(chǎng)和煙氣脫硫裝置作為補(bǔ)充水，初級(jí)再生水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照《煉油化工企業(yè)污水回用管理導(dǎo)則》中的初級(jí)再生水用于循環(huán)水補(bǔ)水的水質(zhì)控制指標(biāo)。

3　工藝技術(shù)選擇

3.1污水水質(zhì)特性分析

（1）MTO工藝污水有機(jī)污染物濃度高、成分復(fù)雜。甲醇制烯烴反應(yīng)產(chǎn)物中約56%是水，這部分水在急冷塔和水洗塔中冷凝，經(jīng)汽提塔提取微量未反應(yīng)完全的甲醇、二甲醚后外排。外排的MTO工藝污水以有機(jī)物為主，基本不含無機(jī)物，有機(jī)污染物濃度較高，CODCr的質(zhì)量濃度高時(shí)可達(dá)1 500 mg/L［2］，且m（BOD5）/m（CODCr）值不小于0.3。由于污水中的主要污染物成分較多，有乙醛、丙醛、丙酮、異丙醇、甲乙酮、戊酮等較難處理的有機(jī)物，因此需考慮提高廢水的可生化性，并應(yīng)考慮深度處理工藝，滿足最終的出水要求。

（2）MTO工藝污水中含有少量油蠟類物質(zhì)。MTO反應(yīng)產(chǎn)品氣中的油類物質(zhì)約占產(chǎn)品氣總量的0.3%，由于其凝固點(diǎn)較低，易于在急冷水和水洗水中冷凝下來。冷凝下來的油蠟大部分為芳烴和長(zhǎng)鏈烷烴，其中芳烴類物質(zhì)占95%左右，并以三甲基苯、四甲基苯和五甲基苯為主。冷凝下來的油類物質(zhì)隨汽提塔進(jìn)料進(jìn)入汽提塔，而汽提塔原設(shè)計(jì)作用是提取未反應(yīng)的少量甲醇和二甲醚，大部分油類物質(zhì)無法脫除，導(dǎo)致這部分油類與長(zhǎng)鏈烷烴類物質(zhì)分散于MTO工藝污水中［3］。此類物質(zhì)只靠隔油沉淀難以達(dá)到較好的去除效果，需采取氣浮等除油措施。

（3）綜合污水中缺乏N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。除生活污水中N、P含量可滿足微生物需求外，MTO工藝污水幾乎不含N、P，其它生產(chǎn)廢水包括地面沖洗水、機(jī)泵及取樣冷卻器排水、PP/PE裝置切粒水、初期污染雨水等，這部分廢水雖然m（BOD5）/ m（CODCr）值達(dá)到0.4，屬于易生化廢水，但N、P含量也較少。缺乏上述營(yíng)養(yǎng)元素不利于活性污泥微生物的培養(yǎng)與增值，對(duì)污水處理有很大影響，需外加N、P元素以滿足微生物需求。

3.2處理工藝選擇

本項(xiàng)目污水主要來源于MTO工藝污水，其具有鹽分濃度低，污染物組分復(fù)雜、可生化性較好的水質(zhì)特點(diǎn)，但同時(shí)存在污染物排放濃度波動(dòng)大的問題，而處理要求高，出水CODCr的質(zhì)量濃度要達(dá)到50 mg/L以下，對(duì)整體污水處理工藝流程的去除率要求較高。因此，選擇采用了除油預(yù)處理-水解酸化-改進(jìn)型活性污泥曝氣池-MBR的主體工藝流程。

除油預(yù)處理采用隔油沉淀、兩級(jí)氣浮預(yù)處理工藝，減輕對(duì)生化處理系統(tǒng)的沖擊。由于MTO工藝污水中含有異丙醇、甲乙酮、丙酮、戊酮等較難生化處理的污染物，在生化處理前設(shè)置了水解酸化階段，將難降解并可能抑制生化的物質(zhì)轉(zhuǎn)為小分子、易于生化降解的中間體，提高污水的可生化性［4］。

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝相結(jié)合的新型高效污水處理與深度處理回用工藝，具有出水水質(zhì)好、占地面積省的特點(diǎn)［5］。該技術(shù)通過膜的高效分離作用，大大提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中優(yōu)勢(shì)菌的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率［6］。同時(shí)，該工藝能大大減少剩余污泥的產(chǎn)量，從而基本解決了傳統(tǒng)生物方法存在的剩余污泥產(chǎn)量大、占地面積大、運(yùn)行效率低等突出問題［7］。

4　工藝設(shè)計(jì)

4.1處理工藝流程

工藝流程見圖1，主要包含預(yù)處理、生化處理、污泥處理等。

圖1　污水生化處理工藝流程Fig.1　Process f1ow of sewage biochemica1 treatment

MTO工藝污水正常情況下直接進(jìn)入隔油沉淀池去除油及大密度的懸浮物、雜質(zhì)，然后重力進(jìn)入渦凹?xì)飧〕兀–AF）及溶氣氣浮池（DAF）。在進(jìn)入兩級(jí)氣浮池前均加入PAC及PAM對(duì)乳化油進(jìn)行破乳。隔油氣浮預(yù)處理后，經(jīng)泵提升至調(diào)節(jié)罐均衡水質(zhì)水量，當(dāng)有事故發(fā)生導(dǎo)致生產(chǎn)污水水量急劇增加或水質(zhì)急劇惡化，不能正常處理時(shí)則提升至事故罐暫存，再由事故罐提升泵將污水打入隔油沉淀池處理，保證后續(xù)處理的正常運(yùn)行，保證出水水質(zhì)。

均質(zhì)后的生產(chǎn)污水流入水解酸化池，水解酸化池可提高污水的可生化性。水解酸化池采用池底均勻布水（脈沖式），形成穩(wěn)定的污泥床，池中設(shè)置填料，利于活性污泥的培養(yǎng)。為防止水解酸化池污泥流失需從生化池回流污泥，因膜池混合液溶解氧濃度較高，直接回流至水解酸化池不利于水解酸化過程的進(jìn)行，采取單獨(dú)設(shè)置污泥回流池，自污泥回流池回流污泥至水解酸化池，污泥在污泥回流池經(jīng)過充分的溶解氧釋放再由回流泵提升至水解酸化池。

由于本項(xiàng)目廢水中N、P含量較低，所以不需設(shè)置脫氮除磷的厭氧段和缺氧段，水解酸化池出水直接進(jìn)入改進(jìn)型曝氣池去除污水中的大部分污染物。曝氣池采用改進(jìn)型活性污泥法，通過在曝氣池進(jìn)水端設(shè)置厭氧形式的高負(fù)荷生物選擇池，在該區(qū)段維持較高底物濃度，使選擇池中的生態(tài)環(huán)境有利于選擇性地發(fā)展菌膠團(tuán)細(xì)菌，應(yīng)用生物競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制抑制絲狀菌的過度生長(zhǎng)和增殖，從而控制曝氣池污泥膨脹的產(chǎn)生和發(fā)展［8］。生物選擇池的設(shè)置能適應(yīng)較大的沖擊負(fù)荷，減輕了沖擊負(fù)荷對(duì)后續(xù)好氧階段的影響，有利于好氧區(qū)運(yùn)行穩(wěn)定，保證處理效果。

曝氣池出水進(jìn)入MBR池，利用膜的截留作用將活性污泥保留在生化池中，使泥水分離。MBR池中的污泥質(zhì)量濃度達(dá)到4～8 g/L，提高了抗沖擊負(fù)荷的能力，降低了污泥負(fù)荷，MBR池出水完全滿足水質(zhì)要求。MBR池中的污水經(jīng)過設(shè)備間的膜抽吸泵抽吸至回用水罐，經(jīng)回用水泵加壓后回用。

本項(xiàng)目污水生化處理部分的污泥由隔油沉淀池污泥、氣浮池浮渣、生化池剩余污泥組成，隔油沉淀池的污泥及生化池剩余污泥經(jīng)濃縮池濃縮后與氣浮池浮渣一起在污泥池混合后，經(jīng)污泥脫水離心機(jī)脫水后將脫水泥餅外運(yùn)至園區(qū)固廢處理場(chǎng)處理。

4.2主要污水處理單元

4.2.1除油預(yù)處理工藝

除油預(yù)處理階段采用隔油池-兩級(jí)氣浮工藝。進(jìn)入隔油池的MTO工藝污水中油的質(zhì)量濃度為100 mg/L，隔油池除油率較低，出水中油的質(zhì)量濃度為90 mg/L，經(jīng)過CAF、DAF氣浮池后出水中油的質(zhì)量濃度分別為50、18 mg/L。

隔油池、CAF及DAF設(shè)計(jì)處理能力均為300 m3/h。設(shè)置隔油池2座，尺寸為26.45 m×6.00 m× 2.50 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，表面負(fù)荷為0.95 m3/ （m2·h），水力停留時(shí)間為2.1 h。設(shè)置氣浮池集水池1座，尺寸為8.00 m×6.00 m×4.60 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)置容積為5 000 m3的調(diào)節(jié)罐2個(gè)，容積為5 000 m3的事故罐2個(gè)。

4.2.2水解酸化池

設(shè)水解酸化池4座，尺寸為10.00 m×8.00 m× 8.60 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)填料、布水系統(tǒng)及出水堰槽，CODCr容積負(fù)荷為3.5 kg/（m3·d），水力停留時(shí)間為8 h，污泥回流比為50%。

4.2.3改進(jìn)型活性污泥曝氣池

設(shè)曝氣池2座，尺寸為48.00 m×31.80 m× 6.20 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)流量為350 m3/h，設(shè)計(jì)污泥質(zhì)量濃度為6 g/L，設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為0.08 kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d），污泥產(chǎn)率為0.6 kg［SS］/kg［BOD5］，停留時(shí)間為42.9 h，設(shè)計(jì)溫度為15～25℃，供氣總量為180 m3/min，氣水比為30：1。在曝氣池前段設(shè)置生物選擇池，水力停留時(shí)間為0.76 h。配套設(shè)計(jì)磷酸鹽加藥裝置及氮鹽加藥裝置。

4.2.4MBR池

設(shè)MBR池6座，尺寸為10.00 m×9.50 m× 6.50 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)流量為350 m3/h，設(shè)計(jì)污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，設(shè)計(jì)回流量為400%，停留時(shí)間為3.3 h。本設(shè)計(jì)采用的MBR膜為平板膜，PVDF材質(zhì)，孔徑為0.4 μm。MBR池內(nèi)設(shè)膜組件正常處理水量為350 m3/h，運(yùn)行通量為10.64 L/（m2·h）；最大處理水量為455 m3/h，運(yùn)行通量為13.84 L/（m2·h）。MBR池配套設(shè)計(jì)膜清洗池、產(chǎn)水泵、回流污泥泵、化學(xué)清洗設(shè)備等。

4.2.5污泥處理

設(shè)污泥濃縮池1座，直徑14.00 m，高5.00 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)濃縮機(jī)1套；設(shè)置污泥貯池1座，尺寸為5.00m×5.00 m×5.50 m，停留時(shí)間為13.6～17.9 h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)置攪拌機(jī)1臺(tái)，N=1.5 kW；設(shè)置污泥脫水設(shè)備1套，內(nèi)含污泥脫水離心機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)處理能力為13 m3/h。設(shè)置PAM自動(dòng)加藥設(shè)備1套，PAM的消耗量為0.2 kg/h。

4.3預(yù)期處理效果

MTO污水處理各工藝單元預(yù)期處理效果見表2。

表2　各單元預(yù)期處理效果Tab.2　Desired effect of each treatment unit

4.4運(yùn)行成本測(cè)算

經(jīng)初步測(cè)算，污水生化處理裝置采用組合工藝制成初級(jí)再生水，噸水電耗約為3.6 kW·h，電價(jià)按0.45元/kW·h計(jì)，折合電費(fèi)約為1.6元/m3；化學(xué)品消耗折合費(fèi)用約為1.0元/m3；平板膜更換費(fèi)用按5年1次計(jì)，折合費(fèi)用約為0.9元/m3；總計(jì)運(yùn)行費(fèi)用估算約為3.5元/m3，低于當(dāng)?shù)氐男迈r水水價(jià)。

5　結(jié)論

（1）MTO項(xiàng)目污水產(chǎn)量大，水質(zhì)復(fù)雜，污染物濃度波動(dòng)大，設(shè)計(jì)采用除油預(yù)處理-水解酸化-改進(jìn)型活性污泥曝氣池-MBR組合工藝進(jìn)行處理，出水可達(dá)到初級(jí)再生水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，能夠回用作循環(huán)水場(chǎng)和煙氣脫硫裝置的補(bǔ)充水。該工藝系統(tǒng)可靠、運(yùn)行效率高、操作方便，并且回收率穩(wěn)定，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益、生產(chǎn)效益。

（2）本工藝采用MBR技術(shù)解決了傳統(tǒng)活性污泥法造成的沉淀部分對(duì)最大生物濃度的限制，反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，是傳統(tǒng)方法的2～3倍，達(dá)8～10 g/L，對(duì)水質(zhì)水量的變化適應(yīng)力強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)；在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，有利于專性菌的培養(yǎng)，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率，CODCr去除率高。

［1］劉中民，劉昱，葉茂，等.1.80Mt/a甲醇進(jìn)料DMTO工藝技術(shù)及其裝置特點(diǎn)［J］.煉油技術(shù)與工程，2014，44（7）：1-6.

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［7］鄭宏林，朱家民，黃金有，等.膜生物反應(yīng)器在污水資源化中的研究與應(yīng)用探討［J］.水處理技術(shù)，2009，35（10）：21-26.

［8］胡睿.生物選擇器與污泥膨脹控制［J］.山西建筑，2010，36 （24）：210-212.

An example of project design for biochemical treatment of methanolto-olefin wastewater

ZHANG Wei，WEI Jiang-bo
（Beijing Construction Branch of China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co.，Ltd.，Beijing 100011，China）

The designed water capacity of sewage biochemica1 treatment equipment in a methano-to-o1efin （MTO）project was 350 t/h.According to the characteristics of the organic sewage from the said project and the difficu1t points of its treatment，severa1 biochemica1 treatment techno1ogies were compared，and then，the combined process of oi1 remova1 pretreatment-hydro1ytic acidification-improved activated s1udge aeration tank-MBR was se1ected fina11y.The main design parameters of each unit in the said process were introduced in detai1，it was shown that under the condition that the design mass concentrations of CODCrand petro1eum in the inf1uent water were 1ower than 1 200 and 90 mg/L respective1y，the eff1uent water qua1ity met the specification of primary rec1aimed water qua1ity，which cou1d be reused as make-up water of circu1ating water fie1d and f1ue gas desu1furization system.

methano1-to-o1efins；biochemica1 treatment；improved activated s1udge aeration tank；MBR

X703.1；X783.2

B

1009-2455（2016）02-0058-04

張蔚（1984-），女，安徽宿州人，工程師，碩士，主要從事水處理工程設(shè)計(jì)與給排水專業(yè)技術(shù)管理，（電子信箱）zhangweii@csc1c.com。

2015-12-23（修回稿）