煤化工污水處理工藝技術(shù)設(shè)計(jì)

翟忠偉，崔占民

（沈陽萊科知源環(huán)保科技有限公司，遼寧 沈陽 110166）

0 引 言

以某項(xiàng)目的煤制芳烴產(chǎn)生的化工綜合污水為水質(zhì)案例進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)處理量為120 m3/h。該案例水質(zhì)成分復(fù)雜，氨氮、COD、酚含量較高，且含石油類、鹽類及大量難降解的物質(zhì)，污染程度高，處理難度大。

本次設(shè)計(jì)選擇厭氧反應(yīng)工藝+SBR工藝+高級氧化+固氮脫碳氮濾池（沈陽萊科知源環(huán)保集團(tuán)的專利技術(shù)）組合工藝處理，以保證COD、氨氮、酚及難降解物質(zhì)的去除，有效控制能耗比。

SBR池作為生化處理段的核心工藝，投加磷鹽溶液，以滿足微生物生長對營養(yǎng)物的需求。臭氧高級氧化技術(shù)作為深度處理段的預(yù)處理工藝，具有直接氧化去除COD的作用，同時(shí)又增加了可生化性。固氮脫碳氮濾池集吸附、氧化及過濾于一體，配備了物聯(lián)網(wǎng)+智能化控制系統(tǒng)，能有效地控制硝化和反硝化進(jìn)程。

通過智能控制系統(tǒng)在反硝化區(qū)投加甲醇以加速其反硝化進(jìn)程，避免硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮的長時(shí)間累積對系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行堿度不足時(shí)，可隨時(shí)補(bǔ)充氫氧化鈉溶液，以滿足硝化段對堿度的需求。智能控制溶氧曝氣設(shè)備的運(yùn)行，氨氮的處理效果明顯，出水效果好。

固氮脫碳氮濾池作為本次深度處理段的除碳、脫氮的核心工藝，對系統(tǒng)出水是否達(dá)標(biāo)起到關(guān)鍵性作用。

設(shè)計(jì)出水執(zhí)行GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中二類污染物-石油化工行業(yè)一級標(biāo)準(zhǔn)。

1 進(jìn)出水水質(zhì)及工藝流程的設(shè)計(jì)

1.1 水質(zhì)和水量的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)水質(zhì)和水量的計(jì)算數(shù)據(jù)見表1。

表1 設(shè)計(jì)水質(zhì)和水量的計(jì)算數(shù)據(jù)Table 1 Calculation data of design water quality and quantity

1.2 污水處理工藝流程的設(shè)計(jì)

污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Sewage treatment process

1.3 設(shè)計(jì)說明

污水處理站工藝流程主要由預(yù)處理、生化處理和深度處理3個(gè)工段和污泥處理段組成。

1.3.1 預(yù)處理單元預(yù)處理單元包括隔油池、調(diào)節(jié)池、氣浮池。

案例水質(zhì)中煤氣化廢水、地面沖洗水及初期雨水中含有大量的油類物質(zhì)，包括重油、輕油、乳化油等。

所以，應(yīng)設(shè)置隔油池和氣浮機(jī)2套除油系統(tǒng)。氣浮機(jī)出水自流進(jìn)入中間水池。

隔油池出水先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后進(jìn)入后續(xù)處理設(shè)施。

1.3.2 生物處理單元

生物處理單元包括厭氧反應(yīng)池、SBR池。

隔油池來水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)池，通過采用厭氧生物處理降解大部分的污染物質(zhì)，使得污水能在后續(xù)的好氧單元里以較少的能耗和較短的停留時(shí)間下得到處理。

廢水經(jīng)過厭氧處理后仍殘留較多污染物，需進(jìn)一步進(jìn)行好氧處理。好氧工藝采用了SBR池，其整個(gè)運(yùn)行周期由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置5個(gè)基本工序組成。

曝氣和缺氧攪拌根據(jù)水質(zhì)反復(fù)多次交替運(yùn)行，SBR池的主要功能是除碳、硝化。

1.3.3 深度處理單元

深度處理工藝主要包括混凝沉淀、高級氧化和固氮脫碳氮濾池工藝。

好氧出水經(jīng)過混凝沉淀和高級氧化后，去除了部分污染物質(zhì)。

高級氧化采用臭氧氧化工藝，利用臭氧的強(qiáng)氧化能力將污水中的大分子及不飽和發(fā)色基團(tuán)進(jìn)行斷鏈和斷鍵處理，可有效地將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為分子質(zhì)量較小的有機(jī)物，提高了污水的可生化性和污水的B/C比。

污水進(jìn)入后續(xù)的固氮脫碳氮濾池進(jìn)一步處理。固氮脫碳氮濾池工藝在深度處理段，利用設(shè)備的智能化控制技術(shù)，營養(yǎng)源二次配比，可對污水進(jìn)行深度硝化和反硝化，除碳、脫氮效果好。

對從固氮脫碳氮濾池出來的污水進(jìn)行消毒處理，殺滅水中的病原微生物，達(dá)標(biāo)排放。

1.3.4 污泥處理單元

污泥處理工段主要包括污泥濃縮池及污泥脫水間等單體。

氣浮浮渣、SBR池、固氮脫碳氮濾池排出的剩余污泥，及混凝沉淀排出的化學(xué)污泥分別進(jìn)入污泥濃縮池，在污泥濃縮池進(jìn)行充分混合、濃縮，之后，經(jīng)污泥泵提升至污泥脫水間進(jìn)行脫水處理，脫水后的泥餅直接外運(yùn)處理。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 水質(zhì)分析及核心工藝選擇

案例水質(zhì)中，酚回收污水、低溫甲醇洗裝置污水、甲醇合成污水、甲醇蒸餾污水中含有大量的油類物質(zhì)，濃度高達(dá)500 mg/L，包括重油、輕油、乳化油等。

該廢水特性為高氨氮、高COD、高酚、高油、高鹽類，含大量難降解的物質(zhì)，污染程度高，處理難度大，尤其是氨氮和酚的去除。

對于高濃度有機(jī)廢水，采用物化方法或直接利用好氧處理，由于運(yùn)行費(fèi)用高、耗能大，且很難達(dá)到預(yù)期的處理效果。

因此，為保證達(dá)到預(yù)期的處理效果，控制能耗比，本次設(shè)計(jì)選擇厭氧反應(yīng)工藝+SBR工藝+高級氧化+固氮脫碳氮濾池組合工藝處理，以保證COD、氨氮、酚及難降解物質(zhì)的去除，同時(shí)有效控制能耗比。

SBR池作為生化處理段的核心工藝，投加磷鹽溶液，以滿足微生物生長對營養(yǎng)物的需求。

臭氧高級氧化技術(shù)作為深度處理段的預(yù)處理工藝，可有效地將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為分子質(zhì)量較小的有機(jī)物，具有直接氧化去除COD的作用，同時(shí)又能增加可生化性，可為后續(xù)的二次生化處理奠定良好基礎(chǔ)。

固氮脫碳氮濾池集吸附、氧化及過濾于一體，配備了物聯(lián)網(wǎng)+智能化控制系統(tǒng)，能有效控制硝化、反硝化進(jìn)程。

為了避免硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮的長時(shí)間累積對系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，同時(shí)充分利用反硝化產(chǎn)生的堿度，通過智能控制系統(tǒng)在反硝化區(qū)投加甲醇，以加速其反硝化進(jìn)程。

系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行堿度不足時(shí)，通過智能控制系統(tǒng)，可隨時(shí)補(bǔ)充氫氧化鈉溶液，以滿足硝化段對堿度的需求。

智能控制溶氧曝氣設(shè)備的運(yùn)行，氨氮的處理效果明顯，出水效果好。

固氮脫碳氮濾池作為本次深度處理段的除碳、脫氮的核心工藝，對系統(tǒng)出水是否達(dá)標(biāo)起到關(guān)鍵性作用。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

2.2.1 初期雨水緩沖池

初期雨水緩沖池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）收集時(shí)間：30 min。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座緩沖池，9.3 m×5.5 m×3.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺潛污泵，Q=20 m3/h，H=16 m，N=2.2 kW。

2.2.2 隔油池

隔油池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）表面負(fù)荷：2.8 m3/m2/h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座隔油池，7.0 m×7.0 m×7.7 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

2.2.3 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）HRT=24 h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座調(diào)節(jié)池，22.5 m×22.0 m×6.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺離心泵（1用1備），Q=130 m3/h，H=10 m，N=5.5 kW。

（4）潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺，7.5 kW。

2.2.4 事故池

事故池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）HRT=24 h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座事故池，22.5 m×22.0 m×6.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺離心泵，Q=80 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW。

2.2.5 氣浮池

氣浮池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）表面負(fù)荷：3.0 m3/m2/h。

（2）回流比：30%～45%。

（3）主要建構(gòu)筑物：1座氣浮池，12.0 m×4.0 m×3.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（4）主要設(shè)備：2套渦凹?xì)飧C(jī)，2.2 kW。

（5）反應(yīng)器攪拌機(jī)：2臺，7.5 kW。

（6）鏈條式連續(xù)刮渣機(jī)：1臺，0.55 kW。

2.2.6 中間水池

中間水池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）HRT=0.5 h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座中間水池，5.0 m×2.6 m×5.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺離心泵，Q=135 m3/h，H=35 m，N=30 kW。

2.2.7 厭氧反應(yīng)池

厭氧反應(yīng)池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）HRT=6.1 h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座厭氧反應(yīng)池，φ10.0 m×22 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺離心泵，Q=250 m3/h，H=6 m，N=7.5 kW。

（4）厭氧反應(yīng)器三項(xiàng)分離器：32組。

（5）厭氧反應(yīng)器氣水分離器：2套。

（6）厭氧反應(yīng)器泥水分離器：2套。

（7）厭氧反應(yīng)器布水系統(tǒng)：2套。

2.2.8 SBR池

SBR池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）氨氮負(fù)荷：0.05 kgNH3-N/(kgMLSS/d)。

（2）污泥負(fù)荷：0.067 kgBOD/(kgMLSS/d)。

（3）污泥濃度：3 500 mg/L。

（4）溶解氧濃度：2.0 mg/L。

（5）氧利用率：23%。

（6）工作周期：12.0 h。

（7）主要建構(gòu)筑物：4座SBR池，22.5 m×22.0 m×6.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（8）主要設(shè)備：16臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，N=7.5 kW。

（9）旋臂式潷水器：4臺，Q=360 m3/h，N=0.75 kW。

（10）LECO高效曝氣器（沈陽萊科知源環(huán)保集團(tuán)專有產(chǎn)品）：360套；充氧能力：2～12 m3/個(gè)；氧利用率：18%；規(guī)格：φ52 mm×1 200 mm。

2.2.9 緩沖水池

緩沖水池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）HRT=4 h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座緩沖水池，10.6 m×9.0 m×5.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺離心泵，Q=140 m3/h，H=10 m，N=7.5 kW。

2.2.10 混凝沉淀池

混凝沉淀池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）表面負(fù)荷：1.5 m3/m3·h。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座沉淀池，15.9 m×7.5 m×6.6 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：2臺框式攪拌機(jī)；轉(zhuǎn)速：65 r/min；N=1.5 kW。

2.2.11 高級氧化池

高級氧化池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）HRT=45 min。

（2）主要建構(gòu)筑物：1座氧化池，10.6 m×4.2 m×5.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（3）主要設(shè)備：臭氧發(fā)生器：1臺；臭氧產(chǎn)量：2.0 kg/h；N=16 kW。

（4）鈦金曝氣盤：20套；直徑100 mm。

2.2.12 固氮脫碳氮濾池

固氮脫碳氮濾池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）氨氮負(fù)荷：0.08 kgNH3-N/(kgMLSS/d)。

（2）總氮負(fù)荷：0.03 kgTN/(kgMLSS/d)。

（3）容積負(fù)荷：5 kgBOD5/(m3·d)。

（4）主要建構(gòu)筑物：2座固氮脫碳氮濾池，6.5 m×6.5 m×5.6 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（5）主要設(shè)備：復(fù)合濾料，200 m3，2～3 mm，4～6 mm；

（6）專用濾板布水系統(tǒng)（沈陽萊科知源環(huán)保集團(tuán)專有產(chǎn)品）：2套。

（7）溶氧曝氣器（沈陽萊科知源環(huán)保集團(tuán)專有產(chǎn)品）：2套。

（8）水泵：2臺，Q=150 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW。

2.2.13 消毒清水池

消毒清水池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）主要建構(gòu)筑物：1座清水池，8.9 m×7.4 m×5.5 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（2）主要設(shè)備：2臺潛水泵，Q=135 m3/h，H=35 m，N=30 kW。

2.2.14 污泥濃縮池

污泥濃縮池的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。（1）濃縮污泥量：240 t/d。

（2）進(jìn)泥含水率：98%～99.7%。

（3）出泥含水率：96%～98%。

（4）出泥量：70 t/d。

（5）主要建構(gòu)筑物：1座污泥濃縮池，8.0 m×5.5 m×6.0 m，鋼砼結(jié)構(gòu)。

2.2.15 污泥脫水間

污泥脫水間的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）污泥體積：8.7 m3/h。

（2）進(jìn)泥含水率：98%。

（3）產(chǎn)泥含水率：80%。

（4）運(yùn)行速度：8 h/d。

（5）主要建構(gòu)筑物：1座污泥脫水間，11.9 m×8.6 m×6.0 m（兩層），框架結(jié)構(gòu)。

（6）主要設(shè)備：帶式壓濾機(jī)，1套，帶寬：1.2 m，N=2.2 kW。

（7）螺桿泵：2臺，Q=10.5 m3/h，H=0.2 m，N=4 kW。

2.3 運(yùn)行成本設(shè)計(jì)計(jì)算

本次設(shè)計(jì)運(yùn)行成本只考慮設(shè)備的電費(fèi)和藥劑費(fèi)，其他費(fèi)用，如管理費(fèi)、污泥運(yùn)輸費(fèi)、檢修費(fèi)等與設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)不大，本次設(shè)計(jì)不考慮。

藥劑費(fèi)的計(jì)算見表2。

表2 藥劑費(fèi)的計(jì)算Table 2 Calculation of pharmaceutical charges

電費(fèi)的計(jì)算見表3。

表3 電費(fèi)的計(jì)算Table 3 Calculation of electricity charges

由表1、表2數(shù)據(jù)計(jì)算所得：藥劑費(fèi)+電費(fèi)為2.08元/t水。

本次設(shè)計(jì)的噸水處理藥劑費(fèi)為1.02元。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，一般煤化工污水，如焦化污水，不同的工藝、水量、水質(zhì)指標(biāo)，噸水處理藥劑費(fèi)用一般在1.5～2.2元之間（水量特別小，污染物濃度特別高的除外）。

本次設(shè)計(jì)選擇的厭氧工藝，提高了好氧工藝SBR的去除率，固氮脫碳氮濾池的智能化控制技術(shù)，營養(yǎng)源的二次配比，再次降低了整個(gè)工藝過程的藥劑使用量。

噸水電費(fèi)為1.06元，屬于理論設(shè)計(jì)值。實(shí)際運(yùn)行中，采用變頻控制運(yùn)行，費(fèi)用會(huì)稍低。SBR工藝屬于間歇運(yùn)行工藝，實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)水量情況調(diào)整運(yùn)行周期，噸水電費(fèi)會(huì)存在浮動(dòng)。

本次設(shè)計(jì)噸水電費(fèi)相對于一些煤化工的焦化污水能耗比低，工藝選擇合理。

3 結(jié) 語

基于本案例煤化工污水的特性，設(shè)計(jì)先除油，選擇了以除COD、氨氮、酚、難降解物質(zhì)效果良好的核心工藝組合，保證設(shè)計(jì)預(yù)期出水效果。

COD、氨氮、酚類的有效去除率＞90%，能耗比合理，其中，噸水電耗為1.06元，噸水藥劑費(fèi)為1.02元，相比于國內(nèi)外類似水質(zhì)運(yùn)行費(fèi)用偏低，類似案例水質(zhì)可參考焦化廢水、煤制甲醇、煤制烯烴、煤制石油等項(xiàng)目水質(zhì)設(shè)計(jì)案例的數(shù)據(jù)。