我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展煤化工的地區(qū)，多為水資源匱乏及生態(tài)脆弱地區(qū)，無(wú)法滿足煤化工發(fā)展所必需的水資源需求，同時(shí)排放的廢水十分難處理，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，如何解決上述問(wèn)題成為影響煤化工發(fā)展的關(guān)鍵因素。包頭煤化工項(xiàng)目是世界第一個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目，博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司根據(jù)多年的水處理經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該廢水的特點(diǎn)，率先提出了行之有效的煤化工廢水解決方案。

1 廢水的來(lái)源及特性

包頭煤化工項(xiàng)目是以德士古爐工藝為主的煤制烯烴項(xiàng)目，廢水處理站接納的廢水主要以煤氣化階段產(chǎn)生的氣化廢水和甲醇制烯烴階段產(chǎn)生的氣提凈化廢水為主，占整個(gè)廢水量的70% 以上，同時(shí)還包括煤氣制甲醇、甲醇制烯烴、烯烴分離、聚乙烯回收、回用水、火炬等裝置的生產(chǎn)廢水及全廠地面沖洗水、污染雨水和生活污水等。

氣化廢水主要是煤氣化爐在制造煤氣的過(guò)程中所產(chǎn)生的廢水，包括氣化爐排出的氣化黑水和洗滌塔的循環(huán)排水，經(jīng)沉淀后排入廢水處理站，其特點(diǎn)是: 高COD、高氨氮、高硬度，COD 組成主要為甲酸、少量的氰化物和苯酚。

煤氣凈化廢水主要為烯烴凈化所產(chǎn)生的廢水，包括急冷塔和水洗塔的排水，經(jīng)沉淀和氣提回收甲醇后的排水，其特點(diǎn)是高COD，含有少量油，COD 組成主要為甲醇和二甲醚。

2 工程設(shè)計(jì)

2. 1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

設(shè)計(jì)水量為400 m3 /h，運(yùn)行水量為400 ～ 500m3 /h，2011 年實(shí)際運(yùn)行的綜合進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。出水水質(zhì)需達(dá)到《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50335—2002)規(guī)定的再生水用作冷卻水的水質(zhì)指標(biāo): pH 值為6．5 ～ 9，COD≤60 mg /L，BOD5≤10 mg /L，NH3-N≤10 mg /L，合格出水提升至回用水裝置，進(jìn)一步回收利用。

表1 綜合進(jìn)水水質(zhì)

Tab．1 Influent quality

 2. 2 工藝流程、主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

工藝流程見(jiàn)圖1。主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)如表2 所示。

 圖1 廢水處理工藝流程

Fig．1 Flow chart of wastewater treatment process

表2 主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)

Tab．2 Main structures and process parameters

 來(lái)自地下管網(wǎng)的生活污水 先經(jīng)過(guò)機(jī)械回轉(zhuǎn)式格柵攔污后進(jìn)入集水池，由污水提升泵送至調(diào)節(jié)池; 帶壓生產(chǎn)廢水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)pH 在線儀表，根據(jù)需要向調(diào)節(jié)池內(nèi)投加堿液，池內(nèi)同時(shí)設(shè)水下推進(jìn)器混合調(diào)節(jié)廢水，廢水由調(diào)節(jié)池提升泵送至初沉池。采用輻流式初沉池，出水經(jīng)由配水井向兩系列A/O 系統(tǒng)平均配水。

在A/O 系統(tǒng)的進(jìn)水渠道上投加營(yíng)養(yǎng)鹽和甲醇，廢水與從O 池回流的硝化液及從二沉池回流的污泥混合進(jìn)入A 池，A 池中間設(shè)隔墻，呈環(huán)形廊道，在水下推進(jìn)器作用下，混合液在A 池內(nèi)呈環(huán)狀流動(dòng)，保證污泥不沉積，完成反硝化反應(yīng)，A 池出水進(jìn)入O池，O 池為長(zhǎng)方形，每個(gè)O 池共分三個(gè)廊道，廢水依次流經(jīng)三個(gè)廊道完成好氧脫碳及硝化反應(yīng)，O 池出水經(jīng)廊道進(jìn)入硝化液回流池，池內(nèi)設(shè)硝化液回流泵，回流硝化液經(jīng)管道送至污泥配水井，并與回流的污泥混合向兩個(gè)A 池平均配水，其他硝化液從硝化液回流池溢流進(jìn)入兩座二沉池。采用輻流式二沉池，內(nèi)設(shè)刮泥機(jī)，二沉池出水進(jìn)入中間水池，池內(nèi)設(shè)生物濾池進(jìn)水泵向曝氣生物濾池供水。曝氣生物濾池共分兩組，每組兩格。曝氣生物濾池出水進(jìn)入排放水池，由池內(nèi)回用水泵送入回用水裝置。

初沉池污泥自流入儲(chǔ)泥池，由污泥泵送至污泥濃縮池，二沉池污泥排入污泥回流池，由污泥回流泵將回流污泥送至配水井與回流的硝化液混合向A池配水，污泥回流管道上設(shè)流量計(jì)。污泥回流池內(nèi)同時(shí)設(shè)剩余污泥泵，將剩余污泥送至污泥濃縮池，濃縮池排出的污泥重力流入污泥調(diào)配池，池內(nèi)設(shè)混合攪拌器。調(diào)配池內(nèi)污泥由污泥輸送泵送至臥螺離心脫水機(jī)，脫水后進(jìn)入污泥斗，由汽車外運(yùn)。

3 工程運(yùn)行分析

3. 1 調(diào)試

本項(xiàng)目重點(diǎn)在于A/O 調(diào)試，為了較快地培養(yǎng)出活性污泥，采用接種污泥法，即向生物反應(yīng)池內(nèi)投加接種污泥。接種污泥一次投加量為150 t(含水率為80%)，加水調(diào)節(jié)，使生化池污泥濃度達(dá)到1 000 mg /L，在20 ℃左右進(jìn)行悶曝。然后逐步少量進(jìn)水、排水，反復(fù)悶曝以恢復(fù)污泥活性，直至污泥沉降比＞10%。

接著進(jìn)行漸增的間歇進(jìn)水和間歇悶曝，使污泥沉降比＞ 20%，并逐步提高廢水BOD5負(fù)荷，直至達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷［0．08 kgBOD5 /(kgMLSS·d)］。污泥濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的濃度(4 000 mg /L)以后進(jìn)行生物脫氮系統(tǒng)的調(diào)試，雖然廢水B /C 比值較高、氨氮濃度較高(200 mg /L)，可生化性較好，但需要投加磷酸鹽及甲醇以保證生化系統(tǒng)、硝化及反硝化過(guò)程順利進(jìn)行，使整個(gè)生化系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，從而達(dá)到良好的處理效果。

3. 2 運(yùn)行效果

本系統(tǒng)24 h 連續(xù)運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)對(duì)主要水質(zhì)參數(shù)(COD、氨氮)的監(jiān)測(cè)平均值及去除效果分別如圖2、3 所示。

 圖2 A/O+BAF工藝對(duì)COD 的去除效果

Fig．2 Removal of COD by A/O+BAF process

 圖3 A/O+BAF工藝對(duì)NH3-N 的去除效果

Fig．3 Removal of NH3-N by A/O+BAF process

綜合廢水的COD 值受煤氣化和凈化廢水水質(zhì)影響，波動(dòng)范圍較大，實(shí)際運(yùn)行時(shí)COD 值為800 ～1 800 mg /L，水量和水質(zhì)均大于設(shè)計(jì)值，但工藝去除效果穩(wěn)定，BAF 出水COD ＜ 60 mg /L，COD 去除率＞92%。綜合廢水的NH3-N 主要來(lái)自煤氣化廢水，濃度為150 ～ 250 mg /L，A/O工藝對(duì)NH3-N 有很好的去除效果，出水NH3-N ＜ 10 mg /L，NH3-N 去除率＞ 95%，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

另外，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，監(jiān)測(cè)到氣化廢水中鈣、鎂離子含量很高，其中鈣離子的平均濃度約為500 mg /L，鎂離子的平均濃度約為40 mg /L。氣化廢水平均總硬度約為1 500 mg /L(以CaCO3計(jì))，導(dǎo)致設(shè)備容易結(jié)垢。

具體分析結(jié)垢的主要原因包括: ①煤原料中鈣的含量很高; ②德士古爐煤氣化工藝的灰熔點(diǎn)要求在1 500 ℃以下，劣質(zhì)煤為了排熔渣的需要，往往需要添加石灰作為助熔劑，又人為地增加了熔渣和氣化廢水中鈣的含量。考慮硬度對(duì)膜片式曝氣器影響，在二期改造中采用防堵塞煤化工專用的旋流曝氣器。具體參見(jiàn)http://www.jianfeilema.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3. 3 運(yùn)行費(fèi)用

該工程運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、水費(fèi)、人工費(fèi)。工程電耗為3．59 kW·h /m3，按電價(jià)為0．4元/(kW·h )計(jì)，電費(fèi)為1．44 元/m3 ; 噸水消耗PAM、32% 的NaOH、磷鹽分別為0．007 7、0．014、0．005 7 kg，各藥劑價(jià)格分別為20 000、700、5 500元/t，則藥劑費(fèi)為0．20 元/m3 ; 噸水水耗為0．083m3，生產(chǎn)水價(jià)按0．8 元/m3 計(jì)，則水費(fèi)為0．07 元/m3 ; 定員6 人，工資按平均為4 000 元/(月·人)計(jì)算，則人工費(fèi)為0．08 元/m3 ; 運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)1．79 元/m3。

4 結(jié)論

針對(duì)采用德士古爐工藝的煤制烯烴項(xiàng)目廢水特點(diǎn)，采用A/O + BAF 生化工藝，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，處理成本低，出水水質(zhì)達(dá)到《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50335-2002) 規(guī)定的再生水用作冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，根據(jù)煤質(zhì)及工藝特點(diǎn)，廢水硬度較高，生化池曝氣器建議選用防堵塞旋流曝氣器。