煤氣化廢水處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例

薛宇

（安徽東華環(huán)境市政工程有限責(zé)任公司，合肥　230088）

煤氣化廢水處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例

薛宇

（安徽東華環(huán)境市政工程有限責(zé)任公司，合肥230088）

針對(duì)煤化工廢水水質(zhì)復(fù)雜、難降解有機(jī)物濃度高、含有毒物質(zhì)及水質(zhì)、水量波動(dòng)大等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用勻質(zhì)-隔油-厭氧-兩級(jí)生化-絮凝沉淀-高級(jí)氧化-曝氣生物濾池-V型濾池多級(jí)生化組合工藝對(duì)某項(xiàng)目煤化工廢水進(jìn)行單獨(dú)處理，處理規(guī)模為360 m3/h，介紹了該工藝處理流程及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，給出了主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)。工程運(yùn)行結(jié)果表明，各項(xiàng)出水指標(biāo)能夠達(dá)到HG/T 3923—2007《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中再生水用作循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求（除TDS外）。

煤化工廢水；厭氧；生化處理；深度處理

我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)為“富煤、少氣、貧油”，發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，特別是以煤氣化為龍頭的化工產(chǎn)業(yè)，可促進(jìn)我國(guó)化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［1］。煤化工產(chǎn)業(yè)耗水量巨大，產(chǎn)生的廢水量也大，水質(zhì)復(fù)雜，污染物濃度高，含多種難降解和有毒物質(zhì)，處理難度大［2］。煤化工廢水處理是目前國(guó)內(nèi)外污水處理界公認(rèn)的難題，其已成為制約煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。尋求處理效果更好、工藝穩(wěn)定性更強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用更低的廢水處理技術(shù)，已經(jīng)成為煤化工發(fā)展的自身需求和外在要求。本文介紹了一套煤化工廢水處理工藝流程的設(shè)計(jì)及調(diào)試運(yùn)行，給出了主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)，為同類煤化工廢水的處理提供參考。

1　工程概況

某企業(yè)以高揮發(fā)份煙煤為原料，采用BGL碎煤加壓氣化工藝，年產(chǎn)100萬(wàn)t合成氨、175萬(wàn)t尿素。生產(chǎn)廢水為煤氣化酚氨回收裝置所排的工業(yè)廢水，廢水水量波動(dòng)大，主要污染物為CODCr、酚、NH3-N、油等物質(zhì)。廢水經(jīng)廢水處理裝置處理后全部進(jìn)入回用水處理裝置進(jìn)一步處理后回用于循環(huán)水站補(bǔ)充水。

2　設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

2.1設(shè)計(jì)規(guī)模

煤氣化過(guò)程中，對(duì)粗煤氣進(jìn)行冷卻、洗滌時(shí)產(chǎn)生大量廢水，經(jīng)酚氨回收裝置處理后進(jìn)入本工程處理裝置，廢水規(guī)模為215 m3/h，考慮生產(chǎn)廢水的波動(dòng)性及不可預(yù)見(jiàn)水量，并結(jié)合企業(yè)今后的發(fā)展，處理裝置設(shè)計(jì)規(guī)模取360 m3/h。

2.2設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

本工程廢水處理裝置進(jìn)水主要為化肥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水，出水水質(zhì)要求達(dá)到HG/T 3923-2007《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中再生水用作循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求（除TDS外）。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1　Design influent and effluent water quality

3　廢水處理工藝

3.1處理工藝選擇

煤化工廢水污染物種類多、成分復(fù)雜、濃度高，僅靠傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法處理，往往難以達(dá)到排放或回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于該廢水的處理，通?？煞譃橐患?jí)處理、二級(jí)處理和深度處理［3-4］。一級(jí)處理即預(yù)處理，主要目的是通過(guò)氣浮、隔油等方法去除油、懸浮物等；二級(jí)處理主要為生化處理；深度處理方法主要有混凝法、高級(jí)氧化法等。

本工程廢水含有一定油類物質(zhì)，且水溫較高，廢水發(fā)泡性較強(qiáng)，采用常規(guī)的氣浮工藝，去除效果較差，且會(huì)使得空氣預(yù)氧化導(dǎo)致廢水色度加深，預(yù)氧化中間產(chǎn)物醌類物質(zhì)難以生化降解，使后續(xù)生物工藝處理效能下降。根據(jù)其它類似工程經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)池后設(shè)置隔油系統(tǒng)，使預(yù)處理更徹底，同時(shí)避免醌類物質(zhì)產(chǎn)生。

本工程廢水中的主要污染物成分有單元酚、多元酚、NH3-N、有機(jī)氮、脂肪酸及其它較難降解有機(jī)物，廢水的可生化性較差，傳統(tǒng)的生化系統(tǒng)處理難度大，因此在預(yù)處理之后設(shè)置厭氧、一級(jí)生化系統(tǒng)、二級(jí)生化系統(tǒng)。厭氧處理采用外循環(huán)厭氧工藝，完成厭氧共代謝過(guò)程，在改善酚氨回收廢水水質(zhì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)部分有機(jī)物的羧化和苯?；?，避免多元酚向醌類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，為后續(xù)好氧生物工段創(chuàng)造有利條件［5］。一級(jí)生化處理采用生物低氧氧化工藝，生物低氧氧化工藝的低氧狀態(tài)具有水解酸化作用，對(duì)難降解CODCr有較好的適應(yīng)性；且低氧曝氣能夠節(jié)省大量能耗、避免泡沫的產(chǎn)生、減小反應(yīng)池容積從而節(jié)省基建費(fèi)用［6］。二級(jí)生化處理采用改良AO工藝，可根據(jù)酚氨回收廢水剩余NH3-N和有機(jī)物的降解需要調(diào)整回流比。

通過(guò)多段生化處理，廢水中的大部分污染物得到了有效去除，但仍含有一定量的難生物降解CODCr，并且色度較大，結(jié)合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，深度處理采用絮凝沉淀-臭氧氧化-曝氣生物濾池-V型濾池工藝。

3.2處理工藝流程

廢水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

酚氨回收廢水壓力流送至廢水處理裝置，經(jīng)隔油沉淀池去除SS和油后進(jìn)入后續(xù)生物處理。經(jīng)預(yù)處理的廢水在投配池混合后，經(jīng)泵提升至厭氧塔，在塔內(nèi)完成厭氧共代謝過(guò)程，在改善酚氨回收廢水水質(zhì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)部分有機(jī)物的羧化和苯?；霓D(zhuǎn)變過(guò)程，并利用厭氧細(xì)菌將部分污染物轉(zhuǎn)化成甲烷，同時(shí)將部分難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解有機(jī)物，并為后續(xù)好氧生物工藝降低處理難度和減輕運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

厭氧塔出水進(jìn)入一級(jí)AO系統(tǒng)，通過(guò)在池中投加一定量的炭粉增加污泥濃度，控制特定的水力條件、高污泥濃度、低DO（ρ（DO）=0.3～0.5 mg/L）等參數(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除、NH3-N短程硝化反硝化和脫氮過(guò)程。

一級(jí)AO系統(tǒng)出水進(jìn)入改良AO池，其通過(guò)控制池內(nèi)的DO濃度，實(shí)現(xiàn)兼氧與好氧交替運(yùn)行，可以改善難降解污染物的性質(zhì)，強(qiáng)化降解廢水中剩余的有機(jī)污染物和NH3-N。改良AO池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離。

二沉池出水進(jìn)入高密度沉淀池，通過(guò)吸附劑的物理化學(xué)吸附功能，進(jìn)一步吸附去除廢水中難降解的CODCr，有效地降低了廢水中色度和難降解有機(jī)物，同時(shí)使得吸附劑和廢水中的雜質(zhì)一同沉淀，部分吸附劑回流到吸附段的首段繼續(xù)反應(yīng)，部分吸附劑被排出，達(dá)到了良好的出水效果。

高密度沉淀池出水進(jìn)入臭氧氧化池，利用多相催化臭氧氧化技術(shù)產(chǎn)生·OH等強(qiáng)活性自由基進(jìn)一步去除廢水的色度，同時(shí)對(duì)廢水進(jìn)行改性，有利于提高后續(xù)生物處理的去除效率。

臭氧氧化池出水進(jìn)入曝氣生物濾池，利用濾料的吸附、截濾和生物降解的功能，去除廢水中剩余的有機(jī)物和NH3-N等污染物，曝氣生物濾池出水排入V型濾池過(guò)濾后進(jìn)入回用水處理裝置。

3.3設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）針對(duì)常規(guī)氣浮工藝能耗較高，且有預(yù)氧化中間產(chǎn)物醌類物質(zhì)產(chǎn)生，本項(xiàng)目預(yù)處理采用隔油沉淀工藝，其操作簡(jiǎn)單、維護(hù)容易，能使預(yù)處理更徹底，為后續(xù)生物處理提供保障。

（2）生化處理采用厭氧-兩級(jí)生化的多級(jí)生化處理工藝，通過(guò)兩方面改良，大大提高生化處理效果，一是在一級(jí)AO池中投加炭粉、控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)同步脫碳脫氮；二是在改良AO系統(tǒng)內(nèi)，根據(jù)工藝需要（NH3-N硝化和反硝化脫氮）調(diào)節(jié)AO氧化池回流比。

（3）深度處理采用臭氧氧化-曝氣生物濾池工藝，該工藝在類似工程上均有良好運(yùn)行效果，增強(qiáng)了本工程可靠性。

4　主要處理構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1預(yù)處理

（1）調(diào)節(jié)池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為31.0 m×30.0 m×7.9 m，有效水深為7.1 m，水力停留時(shí)間為18.3 h，設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)，廢水調(diào)節(jié)池提升泵3臺(tái)。

（2）隔油沉淀池。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座尺寸為23.0 m×4.5 m×3.5 m，有效水深為2.5 m，水力停留時(shí)間為1.4 h，設(shè)刮油刮泥機(jī)2臺(tái)，絮凝反應(yīng)攪拌機(jī)2臺(tái)。

4.2生化處理

（2）一級(jí)AO系統(tǒng)。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座尺寸為45.0 m×31.0 m×6.8 m，有效水深為6.0 m，水力停留時(shí)間為46.5 h，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為1.5 kg［CODCr］/（m3·d），污泥質(zhì)量濃度為5 000 mg/ L，污泥負(fù)荷為0.30 kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d），污泥齡大于100 d；設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)12臺(tái)，潛水推流器4臺(tái)，潛水回流泵4臺(tái)。采用鼓風(fēng)曝氣，離心風(fēng)機(jī)4臺(tái)（與改良AO池共用），管式曝氣器2 504根，厭氧沉淀池刮泥機(jī)2臺(tái)。

（3）改良AO系統(tǒng)。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座尺寸為41.0 m×31.0 m×6.8 m，有效水深為6.0 m，水力停留時(shí)間為42.3 h，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為0.5 kg［CODCr］/（m3·d），污泥質(zhì)量濃度為2 500 mg/ L，污泥負(fù)荷為0.20 kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d），污泥齡大于100 d；設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)8臺(tái)，潛水回流泵4臺(tái)。采用鼓風(fēng)曝氣，設(shè)管式曝氣器2 160根，二沉池刮泥機(jī)2臺(tái)，污泥泵4臺(tái)，消泡水泵8臺(tái)。

4.3深度處理

（1）高密度沉淀池。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座尺寸為12.0 m×12.0 m×8.3 m，有效水深為7.3 m，水力停留時(shí)間為5.8 h，沉淀表面負(fù)荷為1.5 m/h；設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái)，提升式刮泥機(jī)2臺(tái)，提升式攪拌機(jī)2臺(tái)，混合攪拌機(jī)2臺(tái)，回流污泥泵3臺(tái)，剩余污泥泵2臺(tái)，污水提升泵3臺(tái)。

（2）臭氧氧化系統(tǒng)。臭氧制備間1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為19.0 m×8.0 m×5.0 m（凈高），設(shè)臭氧發(fā)生器3臺(tái)。

（3）曝氣生物濾池。分4格，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單格尺寸為7.0 m×7.0 m×7.3 m，濾料高度為3.5 m，停留時(shí)間為3.5 h；火山巖濾料686 m3；承托層58.8 m3；濾板196塊；長(zhǎng)柄濾頭9 604個(gè)；單孔膜擴(kuò)散器7 740個(gè)；曝氣風(fēng)機(jī)4臺(tái)，反洗風(fēng)機(jī)3臺(tái)（與V型濾池共用），反洗水泵3臺(tái)（與V型濾池共用）。

（4）V型濾池。分2格，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單格尺寸為7.0 m×7.4 m×4.9 m，濾料高度為1.2 m，停留時(shí)間為1 h；均粒濾料100.8 m3；承托層8.4 m3；濾板98塊；長(zhǎng)柄濾頭4 704個(gè)。

5　工程運(yùn)行效果

本工程2014年5月開(kāi)始調(diào)試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)3個(gè)

表2　工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.2　Monitoring result of actual effluent water quality

6　技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本工程廢水處理裝置總投資約12 000萬(wàn)元，總處理成本為3.8元/t，運(yùn)行成本為2.4元/t。

7　結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)采用勻質(zhì)-隔油-厭氧-兩級(jí)生化-絮凝沉淀-高級(jí)氧化-曝氣生物濾池-V型濾池多級(jí)生化組合工藝對(duì)煤化工酚氨回收廢水進(jìn)行單獨(dú)處理，在設(shè)計(jì)進(jìn)水條件下，各項(xiàng)出水指標(biāo)能夠達(dá)到HG/T 3923-2007中再生水用作循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求（除TDS外），為煤化工廢水的零排放提供了技術(shù)支撐。

（2）本工藝具有改善煤化工廢水可生化性、能耗省、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。工程運(yùn)行結(jié)果表明，該組合工藝具有良好的處理效果和較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。月調(diào)試運(yùn)行后，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。進(jìn)、出水監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

［1］黃開(kāi)東，李強(qiáng)，汪炎.煤化工廢水“零排放”技術(shù)及工程應(yīng)用現(xiàn)狀分析［J］.工業(yè)用水與廢水，2012，43（5）：1-6.

［2］童莉，郭森，周學(xué)雙.煤化工廢水零排放的制約性問(wèn)題［J］.化工環(huán)保，2010，30（5）：371-375.

［3］于海，孫繼濤，唐峰.新型煤化工廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（3）：1-5.

［4］周躍，李強(qiáng).煤化工廢水“零排放”技術(shù)進(jìn)展［J］.煤炭加工與綜合利用，2014，（2）：54-59.

［5］韓洪軍，徐鵬，賈勝勇，等.厭氧/生物增濃/改良AO/BAF工藝處理煤化工廢水［J］.中國(guó)給水排水，2013，29（16）：65-67.［6］江清華，王榮昌，楊殿海.污水低氧脫氮機(jī)制及其應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.環(huán)境污染與防治，2009，31（11）：68-74.

Engineering design example of coal gasification wastewater treatment

XUE Yu
（Anhui Donghua Environment and Municipal Engineering Co.，Ltd.，Hefei 230088，China）

In view of the characteristics of coal chemical wastewater such as complex water quality，high concentration of hard-degradable organic matters，high toxicity，great fluctuation of water quality and quantity and so on，a multi-stage biochemical combined process of homogeneous material-oil separation-anaerobic unittwo stage biochemical unit-flocculation sedimentation-advanced oxidation-biological aeration filter-V type filter was adopted for single treatment of coal chemical wastewater of a project.The treatment scale of the said project was 360 m3/h；the treatment flow and design features of the above process were introduced with the design parameters of the main structures provided at the same time.The actual operation results of the project showed that，the effluent water quality met the requirement of recycled water used as circulating cooling water（expect TDS）in HG/T 3923-2007 Reusing Wastewater Quality Standard for Industrial Circulation Cooling Water.

coal chemical wastewater；anaerobic；biochemical treatment；advanced treatment

X784.031

B

1009-2455（2016）04-0067-04

薛宇（1984-），男，江蘇徐州人，工程師，本科，主要從事污水處理工程設(shè)計(jì)，（電話）0551-62523554（電子信箱）xueyu@chinaecec.com。

2016-05-10（修回稿）