華亭FMTP項目廢水處理工藝選擇

陳建軍 ，鞏潔平，蘇應(yīng)璽 ，董國亮 ，柳宏偉，馬耀東 ，楊云斌 ，謝亞飛

（1.華能煤業(yè)有限公司，北京 100070；2.華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 華亭 744100）

引 言

華亭FMTP項目是以華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司已投產(chǎn)60萬t/a煤制甲醇裝置（一期項目）為基礎(chǔ)，為延伸產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)建的20萬t/a甲醇制聚丙烯裝置[1]。一期項目配套建設(shè)一套190 m3/h污水處理裝置（采用SBR+BAF處理工藝）和450 m3/h污水回用裝置，均已投入運(yùn)行。FMTP項目配套建設(shè)一套300 m3/h污水處理裝置，處理后污水與一期項目污水合并進(jìn)入污水回用裝置，經(jīng)深度處理后部分送往循環(huán)水。依據(jù)工藝包設(shè)計，F(xiàn)MTP項目污水進(jìn)水中COD質(zhì)量濃度為4 240 mg/L，SS質(zhì)量濃度為960 mg/L，NH3-N質(zhì)量濃度為960 mg/L，B/C值較小，有機(jī)物生化降解難度大，另外裝置產(chǎn)生1.8 m3/h的廢堿液成分非常復(fù)雜，常規(guī)工藝難以處理，需利用多種方法綜合處理。

煤化工污水處理的主要工藝有預(yù)處理、生化處理和深度處理工藝。預(yù)處理工藝主要包括混凝沉淀和氣浮，生化處理主要包括厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝（A2/O）、序批式活性污泥處理工藝（SBR），深度處理工藝主要包括移動床生物膜反應(yīng)器工藝（MBBR）和曝氣生物濾池工藝（BAF）等[2]。通過分析上述這些工藝原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合華亭FMTP項目廢水進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)及項目布置等原則，為FMTP項目選擇了合適的廢水處理工藝流程?，F(xiàn)介紹如下。

1 煤化工污水處理主要工藝分析

1.1 預(yù)處理工藝

1.1.1 混凝沉淀

通過向污水中添加絮凝劑和助凝劑，使污水中難以沉淀的顆粒相互聚集而形成膠體，然后與水體中的雜質(zhì)結(jié)合成較大的絮凝體，通過吸附使絮凝體體積增大而下沉，以實(shí)現(xiàn)污水中雜質(zhì)與水分離的目的。

1.1.2 氣浮

氣浮處理是向廢水中通入空氣，以水中析出的微小氣泡為載體，使廢水中的油類、微小懸浮顆粒等污染物黏在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，通過收集泡沫或浮渣達(dá)到分離的目的。氣浮工藝可減小藥劑的投加量，并能取得較好的處理效果。氣浮工藝主要有溶氣氣浮和渦凹?xì)飧3]。

1.2 生化處理工藝

1.2.1 A2/O工藝

A2/O工藝[4]是在普通活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種生物處理工藝，該工藝分為3個階段，第一階段為厭氧段（即A段），第二階段為缺氧段（即A段），第三階段為好氧段（即O段）。污水依次進(jìn)入?yún)捬醵?、缺氧段、好氧段，并將好氧段的混合液回流至缺氧段，沉淀池的污泥回流到厭氧段。生化除磷的原理是微生物污泥在厭氧條件下釋放磷，在好氧條件下超量吸附磷，通過剩余污泥去除磷；生化除氮的原理是污水在好氧條件下將氨氮硝化成亞硝酸鹽、硝酸鹽，在缺氧條件下將亞硝酸鹽、硝酸鹽反硝化成氮?dú)忉尫?，從而去除氨氮和總氮。這樣一個生化過程，對有機(jī)污染物、氨氮、總氮、磷等有十分明顯的去除效果[5]。

A2/O工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）技術(shù)成熟，運(yùn)行過程簡單，可同步脫氮除磷，出水水質(zhì)較穩(wěn)定；（2）能最大限度利用原污水中的碳源有機(jī)物，減少外加碳源量，節(jié)約運(yùn)行成本；（3）剩余污泥量少，污泥沉降性能和脫水性能較好，處理費(fèi)用較低。

A2/O法工藝的主要缺點(diǎn)：（1）工藝流程較長，處理構(gòu)筑物較多，占地面積較大；（2）相對于SBR工藝，系統(tǒng)內(nèi)增加了硝化液和污泥的回流，增加了能耗；（3）處理的污水出水 COD 仍很高[6]；（4）COD、TN、NH3-N、TP 的去除主要依靠微生物的作用，在一定程度上影響了污染物的去除效果[4]。

1.2.2 SBR工藝

SBR工藝是在一個或多個平行運(yùn)行的池子中完成生物降解和泥水分離過程[6]。SBR工藝每一操作循環(huán)由4個階段組成：進(jìn)水/曝氣，沉淀，潷水，閑置。該工藝按照“曝氣-非曝氣”階段不斷重復(fù)進(jìn)行，在曝氣階段主要完成生物降解過程，在非曝氣階段雖然也有部分生物作用，但主要是完成泥水分離過程，故SBR工藝無需設(shè)置二沉池。完成泥水分離后，利用潷水器排出每一循環(huán)操作中的出水，根據(jù)活性污泥實(shí)際增殖情況，在每一循環(huán)的最后階段（潷水階段）自動排出剩余污泥。SBR池閑置期間活性污泥處于饑餓狀態(tài)，待進(jìn)入下一周期后能起到很強(qiáng)的吸附去除能力。該技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一體，無污泥回流系統(tǒng)。SBR工藝可以去除有機(jī)污染物，通過硝化/反硝化過程去除大量的氨氮，其出水中氮的質(zhì)量濃度可低至12 mg/L[7]。

SBR工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增大，效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好；（2）運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好；（3）耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，能有效抵抗水量和有機(jī)污染物的沖擊；（4）工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)行較為靈活；（5）反應(yīng)池內(nèi)存在 COD、BOD5濃度梯度，能有效控制活性污泥膨脹；（6）工藝流程簡單、投資少，主體構(gòu)筑物為若干平行的SBR池，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)，調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略，布置緊湊且占地面積小。

1.3 深度處理工藝

1.3.1 MBBR工藝

MBBR工藝是一種介于固體填料生物接觸氧化法和生物流動床之間的新工藝[8]，主要原理是將密度與水相近的填料加入反應(yīng)器中，使其在污水中處于懸浮狀態(tài)，通過機(jī)械攪拌和曝氣使填料在污水中翻滾流動，填料上布滿了生物膜，污水與生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物新陳代謝功能下，污水中有機(jī)污染物、氮和磷等被除去。

MBBR工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）填料與水接觸面積大，容積負(fù)荷高，占地面積小；（2）沖擊負(fù)荷以及溫度變化對其影響要遠(yuǎn)小于對活性污泥法的影響，對沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，耐沖擊性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，且污泥生成量少，易于操作管理，處理效果穩(wěn)定；（3）攪拌和曝氣系統(tǒng)操作方便，維護(hù)簡單，曝氣系統(tǒng)采用穿孔曝氣管系統(tǒng)，不堵塞，維護(hù)管理工作量低；（4）填料和水流在生物池內(nèi)得到充分混合，生物池不易堵塞，生物池容積利用率高。

1.3.2 BAF工藝

BAF工藝是一種新型污水生物處理技術(shù)，主要原理是依靠附著在填料表面高含量的生物膜介質(zhì)，利用微生物的降解作用和填料的過濾吸附功能去除廢水中的污染物[9]。

曝氣生物濾池是普通生物濾池的一種變形形式，即在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長的載體，并根據(jù)污水流向不同分為下向流或上向流。污水自上向下或由下向上流過濾料層，在濾料層下部鼓風(fēng)曝氣，使空氣與污水逆向或同向接觸，污水中的有機(jī)污染物在填料表面生物膜的作用下通過生化反應(yīng)降解，填料同時起到物理過濾作用。當(dāng)曝氣生物濾池運(yùn)行到一定程度時，由于濾料上增厚微生物膜的脫落，出水中會帶有部分脫落的微生物膜，使出水水質(zhì)變差，此時必須對濾池進(jìn)行反沖洗。

BAF工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）工藝流程簡單，由于曝氣生物濾池對懸浮物的生物截流作用，故不需設(shè)置污泥回流泵房；（2）對可生化性較低的污水具有較好的處理性能，用于污水深度處理時，其污泥負(fù)荷很低，可以獲得較好的出水水質(zhì)。

BAF工藝的主要缺點(diǎn)：（1）對濾板水平度要求非常高，稍有不平，容易導(dǎo)致在曝氣和反洗時濾料厚度和阻力不均，在一定程度上影響污染物的去除效果；（2）反應(yīng)池需要定期進(jìn)行反沖洗，反洗時填料上微生物易流失，每個反洗周期后需要重新培養(yǎng)生物膜，此段時間出水難以達(dá)標(biāo)。

2 FMTP項目污水處理工藝選擇及流程

2.1 FMTP項目污水進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)

依據(jù)工藝包和國標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)[10]，F(xiàn)MTP項目污水進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 FMTP項目污水進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)

2.2 進(jìn)水水質(zhì)及水量波動較大的預(yù)防措施

首先設(shè)計均質(zhì)調(diào)節(jié)池，池內(nèi)設(shè)空氣穿孔管，使進(jìn)入均質(zhì)池內(nèi)的各種污水均勻混合，保證污水進(jìn)入生化處理和深度處理階段水量和水質(zhì)相對穩(wěn)定。另外在均質(zhì)調(diào)節(jié)池進(jìn)水管線上設(shè)計了水質(zhì)和流量在線監(jiān)測儀表以及手動取樣口，若污水進(jìn)水水質(zhì)超過設(shè)計值時，為避免廢水中超標(biāo)的污染物破壞污泥的活性，暫將水質(zhì)超標(biāo)的廢水先排放至事故池，讓其在事故池中自然揮發(fā)和降解，待廢水指標(biāo)合格后，用廢水泵重新送至污水單元進(jìn)行處理。若污水水量超過設(shè)計值時，則多余部分污水先進(jìn)入事故池，剩余部分進(jìn)入污水裝置正常處理。

2.3 預(yù)處理工藝的選擇

對于FMTP項目污水進(jìn)水中雜質(zhì)、FMTP催化劑及油，應(yīng)在氣浮池的進(jìn)水端分別投加聚合鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），使污水與其混合反應(yīng)后進(jìn)入氣浮池。

由于懸浮物和油濃度較高，應(yīng)設(shè)計兩級氣浮，一級氣浮工藝選用渦凹?xì)飧。脺u凹曝氣機(jī)散氣葉輪的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將液面上的空氣通過曝氣機(jī)輸入水中，產(chǎn)生微小氣泡并均勻分布在水中，污水中的懸浮物和微量的油與氣泡結(jié)合形成氣-固混合體，使其密度下降而上浮至水面，得以分離。二級氣浮工藝選用溶氣氣浮，利用較高壓力的溶氣水進(jìn)入氣浮池后，析出大量氣泡，與懸浮物結(jié)合，形成氣-固混合體，使其密度下降而上浮至水面，得以分離。氣浮池中應(yīng)設(shè)有鏈條式刮沫機(jī)，刮出表面的浮渣。污水經(jīng)過氣浮處理后，可去除大部分SS、油及部分COD。

對于廢堿液成分復(fù)雜的污水，先直接排放至一期項目的氣化裝置，用于配置煤漿，再進(jìn)入氣化爐進(jìn)行燃燒反應(yīng)，之后與氣化廢水一同送入污水處理裝置。

2.4 生化處理與深度處理工藝的選擇

2.4.1 選擇原則

2.4.1.1 布置原則

由于一期項目建設(shè)時未充分考慮FMTP項目污水處理裝置布置問題，預(yù)留建設(shè)場地較小。選擇處理工藝時，在滿足工藝生產(chǎn)流程前提下，應(yīng)盡量選擇流程較短、占地面積較小的處理工藝，以節(jié)省用地。

2.4.1.2 兩級處理工藝串聯(lián)原則

若僅選擇一級生化處理工藝，不能滿足處理要求，其出水中仍含有少量氨氮和有機(jī)物，需對其進(jìn)行深度處理，才能達(dá)到污水回用的處理要求，故需選擇兩級串聯(lián)的污水處理工藝。

2.4.2 兩級串聯(lián)污水處理工藝選擇

2.4.2.1 生化處理工藝的選擇

由于A2/O污水處理工藝流程較長，污水處理構(gòu)筑物較多，且設(shè)計有硝化液和污泥的回流，在一定程度上增加了能耗，加之存在出水COD較高的問題，依據(jù)華亭FMTP污水生化處理工藝的選擇原則，生化處理工藝不宜選擇A2/O工藝。

SBR工藝的技術(shù)核心是SBR池，該工藝集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)，且工藝簡單，處理效果穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷，操作靈活，占地面積小。故選用SBR工藝較為適合FMTP項目實(shí)際情況。

2.4.2.2 深度處理工藝的選擇

BAF工藝對濾板水平度要求非常高，稍有不平會制約污水處理效果，另外反應(yīng)池定期進(jìn)行反沖洗時，填料上微生物易流失，每個反洗周期后需要重新培養(yǎng)生物膜，在一定時間段上制約了污水的處理效果。故深度處理工藝不宜選擇BAF工藝。

MBBR工藝具有占地面積小、運(yùn)行性能穩(wěn)定、操作簡單、維護(hù)方便、生物池不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，且MBBR工藝依靠曝氣池內(nèi)曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，使移動床生物膜充滿了整個反應(yīng)器空間，增大了附著相和懸浮相生物與污水的接觸面積，污水處理效果明顯，出水水質(zhì)穩(wěn)定。故選用MBBR工藝較為適合FMTP項目實(shí)際情況。

綜上，結(jié)合華亭FMTP項目的實(shí)際情況，生化處理工藝選擇SBR工藝、深度處理工藝選擇MBBR工藝，廢水經(jīng)過SBR和MBBR兩級污水處理工藝，再經(jīng)污水回用處理，可滿足國標(biāo)污水處理的指標(biāo)要求。

2.5 FMTP項目廢水處理工藝流程

采用SBR、MBBR兩級污水處理工藝的FMTP項目污水處理單元流程示意圖見圖1。FMTP項目污水處理單元主要由磷鹽投加裝置、堿投加裝置、PAM和PAC添加裝置、均質(zhì)調(diào)節(jié)池、一級和二級氣浮池、SBR裝置、MBBR裝置、二沉池、污泥脫水裝置及對應(yīng)的控制系統(tǒng)等組成。

圖1 FMTP項目污水處理單元流程示意圖

污水首先進(jìn)入均質(zhì)調(diào)節(jié)池，污水在池內(nèi)均勻混合后，在出水中加入PAM和PAC，之后進(jìn)入一、二級氣浮池，去除廢水中剩余催化劑、懸浮物和有機(jī)污油，氣浮池出水進(jìn)入SBR池，廢水中的大部分COD、BOD被去除，再進(jìn)入MBBR池中進(jìn)一步去除污染物，MBBR池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離。生化污泥、氣浮池污泥等均排放至污泥脫水間，經(jīng)過濃縮脫水機(jī)形成泥餅后外運(yùn)，處理后廢水送至污水回用裝置繼續(xù)處理。若進(jìn)水水質(zhì)及水量超過設(shè)計值，可將一部分污水進(jìn)水排放至事故池，以減小對污水處理單元的破壞性沖擊。

3 結(jié) 語

華亭FMTP項目污水污染物濃度高，負(fù)荷變化較大，且項目污水處理單元布置面積有限，在對預(yù)處理技術(shù)、生化處理及深度處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析基礎(chǔ)上，為FMTP項目選擇了SBR工藝和MBBR工藝兩級串聯(lián)的污水處理技術(shù)，以保證FMTP項目污水處理單元處理廢水各項指標(biāo)滿足國標(biāo)要求，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。