煤制烯烴項(xiàng)目污水生化系統(tǒng)常見問題及解決措施

李 成，魏江波

（1.神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊831404；2.神華煤制油化工北京工程分公司，北京100011）

眾所周知，我國(guó)煤化工項(xiàng)目方興未艾，已成為國(guó)家重要的能源儲(chǔ)備。煤制烯烴項(xiàng)目作為煤化工的一個(gè)重要分支，也因此受到廣泛關(guān)注。當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤制烯烴項(xiàng)目一般是以煤為原料先生產(chǎn)甲醇，再將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴并進(jìn)一步生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯等最終產(chǎn)品。由于國(guó)內(nèi)大部分煤制烯烴項(xiàng)目地處中西部地區(qū)，面臨煤多水少、水資源緊張和缺乏納污水體、排污受限的問題，因此實(shí)施廢水“零”排放對(duì)于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。煤制烯烴項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜、污染物種類多、濃度高，加上國(guó)家環(huán)保部門對(duì)煤化工企業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，促使煤制烯烴項(xiàng)目在污水處理方面認(rèn)真貫徹清污分流、污污分治、一水多用、節(jié)約用水的原則，對(duì)不同水質(zhì)的廢水分別進(jìn)行處理，最大限度提高水的重復(fù)利用率及廢水資源化率〔1〕。根據(jù)煤制烯烴項(xiàng)目來(lái)水水質(zhì)的不同，配套的污水處理場(chǎng)往往會(huì)優(yōu)化集成各種不同的處理工藝，比如污水生化處理、含鹽污水膜處理、高效膜濃縮、濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶、廢堿液焚燒等，力爭(zhēng)最終實(shí)現(xiàn)污水“零排放”的目標(biāo)。由此，促進(jìn)了很多污水處理新技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用，同時(shí)對(duì)污水處理的標(biāo)準(zhǔn)也有了更高的要求，這也導(dǎo)致很多煤制烯烴項(xiàng)目在污水處理中出現(xiàn)了這樣那樣的問題，增加了項(xiàng)目運(yùn)行難度和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，亟待解決。污水生化系統(tǒng)作為煤制烯烴污水處理的龍頭，它的運(yùn)行好壞直接決定了整個(gè)污水處理場(chǎng)的運(yùn)行效果，因此筆者對(duì)污水生化系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了深刻剖析。

1 污水生化系統(tǒng)常見問題及解決措施

1.1 來(lái)水溫度高

1.1.1 問題現(xiàn)象及原因分析

一般情況下，按照污水處理場(chǎng)設(shè)計(jì)要求，上游工藝裝置污水排放溫度應(yīng)小于40℃，以滿足生化系統(tǒng)運(yùn)行溫度要求。但實(shí)際運(yùn)行的很多煤制烯烴項(xiàng)目都存在主裝置排水〔氣化污水、MTO（甲醇制烯烴）污水〕水溫較難控制，經(jīng)常出現(xiàn)高溫排水。水溫過高，則對(duì)生化系統(tǒng)運(yùn)行有很大負(fù)面影響，如出現(xiàn)生化污泥活性差，出水懸浮物高，溫度高的生化產(chǎn)水排至膜系統(tǒng)導(dǎo)致微生物滋生過快，使膜的脫鹽率及運(yùn)行壽命降低等問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致活性污泥死亡，影響生化系統(tǒng)出水水質(zhì)。圖1為2017年國(guó)內(nèi)幾個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目的生化綜合進(jìn)水溫度。

圖1 2017年國(guó)內(nèi)幾個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目的生化綜合進(jìn)水溫度

氣化污水、MTO污水在界區(qū)內(nèi)均經(jīng)過換熱器換熱后排放。以新疆某煤制烯烴項(xiàng)目為例，經(jīng)過分析，MTO裝置外排污水溫度超標(biāo)的原因：因催化劑磨損、破碎等造成沉降罐催化劑細(xì)粉不斷積聚至末端，使含催化劑細(xì)粉的MTO污水在換熱器管束中不斷形成污垢層，導(dǎo)致MTO污水與換熱介質(zhì)接觸面換熱效果下降，MTO污水不能有效降溫，致使排放至污水場(chǎng)的MTO污水溫度居高不下，達(dá)到50℃。氣化裝置外排污水溫度偏高原因：（1）氣化灰水硬度平均為1 050 mg/L，堿度為800 mg/L，在污水預(yù)處理系統(tǒng)除氨過程中需加堿提高pH至11，導(dǎo)致氣化污水預(yù)處理單元換熱器內(nèi)管束結(jié)垢嚴(yán)重，換熱效果下降；（2）從換熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，冷水側(cè)進(jìn)出溫度分別為58、62℃，熱水側(cè)進(jìn)出溫度分別為108、98℃，可以看出該換熱器基本已失去換熱作用。以上2股水的水量較大，占生化進(jìn)水量的80%以上，高溫排水導(dǎo)致生化系統(tǒng)溫度經(jīng)常在38～42℃，污水生化系統(tǒng)面臨高溫影響。

1.1.2 解決措施及實(shí)施效果

解決措施：（1）加強(qiáng)對(duì)各股來(lái)水水溫的監(jiān)控，在綜合調(diào)節(jié)罐（池）內(nèi)進(jìn)行合理勾兌，保證生化系統(tǒng)進(jìn)水溫度不超標(biāo)；（2）對(duì)上游裝置優(yōu)化工藝控制，加強(qiáng)主裝置換熱器的清理及改造，通過增加備用換熱器降低排水溫度；（3）在污水生化處理裝置前端設(shè)置換熱器，利用循環(huán)水進(jìn)行降溫，或者采用空冷進(jìn)行二次降溫；（4）在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置臨時(shí)緩存降溫池，一旦來(lái)水溫度超標(biāo)，根據(jù)影響程度將部分高溫污水通過流程切換至臨時(shí)緩存降溫池降溫，降溫后再進(jìn)生化系統(tǒng)處理；（5）增加小型污水冷卻塔進(jìn)行降溫。

經(jīng)過實(shí)地了解，通過上述優(yōu)化改造、調(diào)整，均能保證生化系統(tǒng)進(jìn)水溫度＜40℃，但在改造的同時(shí)要考慮環(huán)保問題。比如增加小型污水冷卻塔進(jìn)行降溫，需要考慮冷卻塔排放的VOC是否符合環(huán)保要求。如果不符合要求，可通過“吹脫-冷凝”的方式將污水中的易揮發(fā)有機(jī)物收集回收，然后再進(jìn)入小型冷卻塔。

1.2 氣化污水懸浮物高

1.2.1 問題現(xiàn)象及原因分析

污水綜合罐出水懸浮物增加后，會(huì)使大量的懸浮物進(jìn)入生化系統(tǒng)，使生化系統(tǒng)活性污泥中無(wú)機(jī)組分占比超過50%，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行能耗增加，排泥量增加。而系統(tǒng)被迫排泥會(huì)使污泥活性組分降低，影響生化系統(tǒng)的處理效果以及處理穩(wěn)定性。另外，排泥量增加后，會(huì)導(dǎo)致污泥脫水和干燥設(shè)備負(fù)荷過高，并且產(chǎn)水的生化污泥按危廢進(jìn)行處置，費(fèi)用較高。煤制烯烴項(xiàng)目污水綜合罐（池）設(shè)計(jì)出水懸浮物一般會(huì)小于100 mg/L。但部分項(xiàng)目由于氣化污水中含部分煤泥、硅等物質(zhì)，使污水綜合罐出水懸浮物指標(biāo)波動(dòng)較大，經(jīng)常出現(xiàn)懸浮物平均值達(dá)400 mg/L的情況，是設(shè)計(jì)水質(zhì)的4倍以上。經(jīng)了解，氣化污水懸浮物高主要有以下2個(gè)原因：（1）氣化污水預(yù)處理系統(tǒng)結(jié)垢非常嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)處理量降低，并影響脫氨及換熱效果。因此，需要經(jīng)常對(duì)換熱器、脫氨塔進(jìn)行清理，這就導(dǎo)致大部分工況下氣化灰水預(yù)處理系統(tǒng)需要打開部分跨線（跨過預(yù)處理的旁路），才能保證處理水量，導(dǎo)致部分懸浮物進(jìn)入到污水處理場(chǎng)。（2）氣化污水混凝劑、絮凝劑投加量不合適，也會(huì)導(dǎo)致懸浮物超標(biāo)。

1.2.2 解決措施及實(shí)施效果

解決措施：（1）加強(qiáng)氣化污水預(yù)處理的管控，優(yōu)化操作，調(diào)整加藥量，延長(zhǎng)結(jié)垢時(shí)間；（2）出現(xiàn)結(jié)垢時(shí)及時(shí)清理，增加備用脫氨塔和備用換熱器；（3）在下游增設(shè)澄清池，進(jìn)行二次處理；（4）氣化污水管線需要考慮設(shè)置2條排水管線互為備用，管線可設(shè)置法蘭連接，便于清洗操作。

通過上述措施能有效解決氣化污水懸浮物過高的問題，可將氣化污水懸浮物控制在100 mg/L以下。

1.3 生化系統(tǒng)碳源不足問題

1.3.1 問題現(xiàn)象及原因分析

經(jīng)半年的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)某3個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目生化綜合進(jìn)水氨氮均在150 mg/L以上，但生化綜合進(jìn)水COD只有800 mg/L左右，碳氮比在5∶1左右，相對(duì)碳源比例較低。這一方面會(huì)影響活性污泥微生物的正常新陳代謝，另外還會(huì)造成反硝化反應(yīng)效率降低，影響生化產(chǎn)水總氮達(dá)標(biāo)。煤制烯烴項(xiàng)目氣化裝置排放的氣化污水水量較大，并且氨氮含量較高，導(dǎo)致生化綜合進(jìn)水氨氮較高，造成碳源不足，這是一個(gè)普遍問題。傳統(tǒng)生物脫氮由硝化和反硝化2個(gè)階段組成。在碳源不足的條件下，自養(yǎng)硝化菌對(duì)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)不如好氧異養(yǎng)菌，從而導(dǎo)致氨氮不能很好地轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，影響處理效果；另一方面，反硝化需要一定的有機(jī)物作為電子供體〔2〕，有機(jī)物不足會(huì)導(dǎo)致反硝化不徹底，出水硝態(tài)氮含量超標(biāo)。

1.3.2 解決措施及實(shí)施效果

為解決上述問題，很多煤制烯烴項(xiàng)目都采取了碳源投加措施。（1）手動(dòng)投加葡萄糖。該方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，并且費(fèi)用高，不建議采用。（2）設(shè)置碳源投加設(shè)施，配置必要的儲(chǔ)罐和投加泵。由于甲醇可生化性強(qiáng)，在煤制烯烴項(xiàng)目中屬于中間產(chǎn)品，且容易輸送，很多項(xiàng)目都將其作為首選碳源。但根據(jù)甲醇的性質(zhì)，碳源投加設(shè)施要按防爆區(qū)進(jìn)行設(shè)置。

通過投加碳源能有效調(diào)整進(jìn)水碳氮比，保證生化系統(tǒng)的運(yùn)行效果。過多投加碳源也會(huì)造成成本的大幅度增加，因此，控制合適的運(yùn)行碳氮比至關(guān)重要。

1.4 排水總磷達(dá)標(biāo)問題

1.4.1 問題現(xiàn)象及原因分析

目前國(guó)內(nèi)大部分煤制烯烴項(xiàng)目污水生化系統(tǒng)都采用A/O、SBR、MBR、BAF等工藝，雖然部分項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了污水零排放，但部分項(xiàng)目還是有少部分污水需要間斷達(dá)標(biāo)排放。目前外排水總磷要求至少小于1 mg/L，這對(duì)于部分進(jìn)水總磷偏高，生化除磷效果一般的企業(yè)就會(huì)有很大的環(huán)保壓力。一些煤制烯烴項(xiàng)目污水生化系統(tǒng)由于進(jìn)水總磷偏高，并且生化系統(tǒng)除磷效果有限，往往會(huì)導(dǎo)致出水總磷控制指標(biāo)超過1 mg/L，造成排水總磷超標(biāo)問題。

1.4.2 解決措施及實(shí)施效果

解決措施：（1）適當(dāng)采用化學(xué)除磷的方法，嘗試采用前置除磷和后置除磷結(jié)合的方法。（2）在不影響生化污泥濃度的情況下，適當(dāng)增加排泥量，達(dá)到去除總磷的目的，特別是要保證污泥脫水系統(tǒng)的分離液清澈，避免渾濁的分離液帶有大量含磷污泥返回系統(tǒng)造成總磷富集。（3）采用除磷效果更好的生化工藝，如A2O等，但投資相對(duì)較大。（4）有部分企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)加注含磷配方藥劑，從總量上增加了水系統(tǒng)總磷含量，可采用非磷藥劑進(jìn)行替代。

通過上述方法進(jìn)行管控，能有效降低生化出水總磷，保證產(chǎn)水達(dá)標(biāo)。以新疆某煤制烯烴項(xiàng)目為例，其生化綜合進(jìn)水總磷為10 mg/L，采用A/O工藝，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后，生化出水總磷穩(wěn)定在0.5 mg/L左右。

1.5 排水總氮達(dá)標(biāo)問題

1.5.1 問題現(xiàn)象及原因分析

目前，國(guó)家對(duì)外排水總氮指標(biāo)的控制也越來(lái)越嚴(yán)格。一些煤制烯烴項(xiàng)目污水生化系統(tǒng)由于進(jìn)水總氮有較大幅度的波動(dòng)，且生化系統(tǒng)硝化、反硝化效率有限，往往會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水總氮指標(biāo)過高。

1.5.2 解決措施及實(shí)施效果

解決措施：（1）為避免上游來(lái)水總氮大幅度波動(dòng)，可在生化系統(tǒng)設(shè)置一定停留時(shí)間的調(diào)節(jié)罐（池），進(jìn)行水的均質(zhì)調(diào)節(jié)。（2）優(yōu)化生化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。①溫度：溫度控制范圍為20~40℃。②溶解氧：硝化反應(yīng)DO至少要保持在2 mg/L以上，一般為2~3 mg/L，反硝化系統(tǒng)要將DO控制在0.5 mg/L以下。③pH：硝化反應(yīng)的最適pH為8.0~8.4，反硝化反應(yīng)也需要維持一定的pH，以使其達(dá)到最佳狀態(tài)，其最適pH為7.0~8.5。④碳氮比：有關(guān)研究表明，當(dāng)進(jìn)水BOD5/TKN≥6時(shí)，反硝化碳源是充足的，不必外加碳源。

通過上述方法進(jìn)行管控，能有效降低生化出水總氮，保證產(chǎn)水達(dá)標(biāo)。以新疆某煤制烯烴項(xiàng)目為例，其生化綜合進(jìn)水總氮為300 mg/L，采用A/O工藝，經(jīng)過工藝優(yōu)化調(diào)整，生化出水總氮穩(wěn)定在20 mg/L左右。

1.6 BAF曝氣生物濾池污堵問題

1.6.1 問題現(xiàn)象及原因分析

BAF曝氣生物濾池在部分煤制烯烴項(xiàng)目污水生化系統(tǒng)作為二級(jí)生化處理單元，其發(fā)揮了一定的作用。但據(jù)調(diào)研，其經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)曝氣系統(tǒng)污堵、曝氣不均的問題，造成反洗風(fēng)機(jī)憋壓，影響設(shè)備正常運(yùn)行，從而影響濾池脫碳、脫氮效率，進(jìn)而影響了生化產(chǎn)水水質(zhì)。造成污堵的原因主要有進(jìn)水懸浮物高、濾料板結(jié)等。

1.6.2 解決措施及實(shí)施效果

解決措施：（1）從水力停留時(shí)間等參數(shù)上優(yōu)化曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)，保證有效的反應(yīng)時(shí)間和去除率。（2）控制好前端進(jìn)水懸浮物，避免懸浮物過高堵塞單孔膜曝氣器。（3）定期對(duì)單孔膜曝氣器進(jìn)行更換，并將板結(jié)濾料進(jìn)行松動(dòng)、補(bǔ)充和更換。（4）考慮采用處理效率更好的新型有機(jī)填料取代無(wú)機(jī)填料。

通過上述方法進(jìn)行管控，能有效解決曝氣生物濾池污堵，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)國(guó)內(nèi)部分煤制烯烴項(xiàng)目污水生化系統(tǒng)做了較為深入的調(diào)研，在此基礎(chǔ)上分析、總結(jié)、提煉出共性問題，對(duì)于新建裝置以及老裝置的改造都有一定的借鑒意義。在新項(xiàng)目工藝路線設(shè)計(jì)以及老項(xiàng)目工藝改造過程中，都要針對(duì)來(lái)水溫度高、懸浮物高、總氮總磷高、碳源偏低以及曝氣生物濾池污堵的問題設(shè)置相應(yīng)的處理設(shè)施。對(duì)于不同的項(xiàng)目在面臨同樣的問題時(shí)，要從自身的設(shè)計(jì)以及綜合條件來(lái)考慮整改措施，原封不動(dòng)的照搬往往會(huì)衍生出其他問題，要本著科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來(lái)解決相關(guān)問題。