煤制烯烴項目廢水處理技術及存在問題分析

自 尚

（中國神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司 新疆烏魯木齊 831404）

近些年來，煤制烯烴等新型煤化工項目在我國煤炭資源儲量豐富的中、西部地區不斷建設與投產。但因生產過程中產生的污染物得不到有效控制和處理，煤化工水污染事件不斷被報道而不能正常生產或被迫停產。建設項目預期的經濟和社會目標不能實現，不僅造成社會資源的浪費，而且引起了環境污染。由于煤化工企業廢水排放量大且水質復雜，因此廢水處理成為了制約煤化工發展的瓶頸。尋求處理效果更好、穩定性更強及運行費用更低的處理技術，已經成為了煤化工發展的自身要求和外在需求[1]。

1 煤制烯烴項目廢水的來源及特點

隨著現代煤化工的發展，我國煤制烯烴項目的生產方式主要有兩種：一種是外購甲醇制烯烴；另一種是自產甲醇制烯烴。由于生產方式和生產工藝的不同，生產過程中產生的廢水水質也有所差異。

1.1 外購甲醇制烯烴項目廢水來源及特點

以某100萬噸甲醇制烯烴項目為例，由于甲醇外購，生產裝置不存在煤氣化、凈化以及合成等裝置，故廢水來源較單一，以COD污染物為主，COD在1000mg/L～1500mg/L之間，B/C達到0.35～0.4，可生化性較好。

1.2 自產甲醇制烯烴項目廢水來源及特點

以某180萬噸甲醇制烯烴項目為例，由于甲醇自產，其廢水主要來自氣化裝置和甲醇制烯烴裝置，另外還包括甲醇合成、凈化、聚乙烯、聚丙烯以及硫磺回收等裝置。

煤氣化廢水主要來自煤氣洗滌、冷凝和分離過程，是煤化工行業廢水處理的重點和難點。由于煤氣化工藝的不同，產生的廢水水質也不同。從典型氣化工藝來看[2]，魯奇、溫克勒和德士古氣化爐三種典型工藝所產生的廢水水質情況見表1。

表1 三種典型煤氣化工藝的廢水水質情況

由表1可知，魯奇廢水成分比較復雜，難降解有機物含量大，難處理；溫克勒和德士古廢水成分相對簡單，可生化性較好；三類廢水共性是氨氮較高，這也是氣化廢水處理的重點和難點。廢水性質和氣化爐操作溫度有較大關系，氣化爐溫度越高，難降解有機物燃燒越充分，廢水中有機物含量就越低，相對而言廢水的處理難度越小。此項目采用GE德士古氣化技術，氣化爐操作溫度在1300℃～1400℃，溫度較高，廢水組分較為簡單，廢水水質見表2。

表2 GE德士古氣化爐廢水水質情況

甲醇制烯烴裝置廢水主要來MTO、聚乙烯以及聚丙烯等工藝，其B/C在0.4左右，可生化性較好。水質指標見表3。

表3 甲醇制烯烴裝置綜合廢水水質情況

2 煤制烯烴項目廢水處理技術選擇

煤制烯烴項目廢水處理工藝基本上按照物理-生化-深度處理的方式，包括預處理、生物化學處理、回用處理、濃鹽水結晶處理等單元。

2.1 外購甲醇制烯烴項目廢水處理技術選擇

以某100萬噸DMTO甲醇制烯烴項目為例，廢水主要污染物為COD、油類、氨氮和總磷等，含量相對較少，采用較為簡單的“溶氣氣浮+調節池+接觸氧化+渦凹氣浮”工藝。此項目設計進水COD濃度為2000mg/L，出水COD濃度為500mg/L。實際運行過程中，進水COD濃度在1000mg/L～1500mg/L，出水COD濃度在200mg/L～300mg/L，處理效果比較理想。生物膜法由于具有凈化效果好、出水水質好且穩定、污泥不需回流也不膨脹等優點，因此在進行此類項目的設計的時候可以進行參考及借鑒。

2.2 自產甲醇制烯烴項目廢水處理技術選擇

以某180萬噸甲醇制烯烴為例，其廢水處理以“零排放”為要求，在同類項目經驗的基礎上，其流程設計完備、處理能力較強及具有較強的抗沖擊效果。廢水進入生化系統前進行了預處理，主要包括烯烴廢水預處理和氣化廢水預處理。烯烴廢水預處理包括“隔油+渦凹氣浮+溶氣氣浮”，油含量從120mg/L降到了20mg/L；氣化廢水預處理主要是氣提脫氨工藝，氨氮從400mg/L～500mg/L降至300mg/L以下，降低了生化系統氨氮負荷。

生化采用“生化-反硝化”為核心的A/O法生物脫氮工藝，將反硝化前置。在缺氧池，來水有機碳被反硝化菌所利用，減輕了好氧池的有機負荷，同時產生的堿度約為好氧池硝化反應消耗堿度的1/2，可以補償硝化反應堿度消耗。好氧池在缺氧池之后，COD去除率可達90%～95%，同時脫碳和脫氮效果明顯。此項目為了操作的靈活性和穩定性，生化處理按三套系統進行設計。設計每套處理水量約 300m3/h，COD濃度為 1200mg/L，NH3-N濃度為200mg/L，出水滿足GB8978-1996的一級標準，即COD＜60mg/L，NH3-N＜5mg/L。

生化系統出水污染物中由于有難降解有機物的存在，往往COD及色度等指標不滿足回用要求，需要進行深度處理，一般深度處理方法有混凝、過濾、吸附、膜分離、化學氧化及生物膜等。本項目深度處理采用“BAF曝氣生物濾池+超濾+反滲透”，由于回用水系統來水包括循環水和混床再生水等，硬度和懸浮物含量較高，因此在雙膜工藝之前選用高密度澄清池，利用“石灰+碳酸鈉”方法進行軟化，滿足回用水要求。

濃鹽水處理采用HERO高效反滲透工藝，主要包括“高密池軟化系統+強酸陽床+弱酸陽床+脫碳塔+超濾+高效反滲透+強酸陽床”；其中高效反滲透是核心設備，在高pH值條件下運行，脫鹽率可達97%以上，回收率為90%，濃水與再生廢水混合并經過預熱后從底部物料罐循環至立式降膜蒸發器頂部，通過物料分配系統進入換熱管，并在管壁上形成物料膜，完成部分濃縮；濃縮后的濃縮晶漿進入結晶器，利用閃蒸完成最后濃縮，蒸發結晶過程將濃鹽水濃縮3～4倍。

3 煤制烯烴項目廢水處理存在的問題及建議

煤制烯烴項目廢水雖然成分各異，但也存在和其他煤化工項目共性的問題，具體體現在以下幾個方面：

3.1 烯烴項目氣化廢水硬度較高，當廢水總硬達1000mg/L以上時，容易導致廢水處理設備結垢，使得液下設備電機散熱效果差而燒壞，嚴重影響設備壽命；管線結垢后只能更換管線[3]。故煤制烯烴等煤化工項目全廠廢水加權平均后的硬度大于1000mg/L時，建議氣化廢水進行除硬預處理，減輕對水處理設備的損害。

3.2 烯烴裝置廢水中含有油類及二甲醚等難降解的物質，進入生化系統前應增加隔油和氣浮等設施，減輕對后續生化系統的沖擊。若沒有此類設施，則運行過程中極易受到油類的沖擊，尤其在生產裝置不穩定的情況下。另外，運行過程中應加強二甲醚的監控，避免裝置異常時對生化系統造成沖擊。

3.3 煤制烯烴等化工項目，生產過程中涉及的化學品種類較多，尤其是表面活性劑類，對生化系統影響較大，曝氣過程中產生大量的泡沫，夾帶活性污泥上浮，使其降解性能變差，嚴重時會使污泥大量流失，影響出水水質。生產過程中，應加強廢水處理裝置與各裝置之間的溝通，尤其是主裝置在更換化學品時，應提前考慮廢水生化系統的處理能力，避免對生化系統的沖擊。

3.4 新型煤化工發展較快，在水處理設施或系統的管理方面，經驗欠缺，一些煤化工水處理管理和操作人員往往沒有相關專業或從業背景，缺乏必備水處理經驗，也是廢水處理過程中的重要問題。在實際生產過程中應配備足夠的熟練專業人員，同時加強技能培訓，建立專業化的團隊，從業人員既要熟悉生產裝置工藝，又要掌握水處理工藝。

3.5 實際生產過程中的跑、冒、滴、漏，造成點源污染物的無組織排放，也是廢水處理的難題。由于生產裝置物料濃度較高，微量的物料就會沖擊廢水生化系統，受抑制濃度的影響，生化系統可能就會癱瘓。因此加強生產裝置運行過程中點源污染物的監控分析，避免高濃度污染物對生化系統的沖擊。

3.6 項目開車過程中受各種因素影響，可能都會造成裝置開車過程持續時間較長，突發事件頻出。加之一些犧牲公用工程系統保主化工系統、重生產輕環保等錯誤思想的存在，使得水處理設施在開車期間更容易受到水質波動的影響。pH值、溫度、污染物負荷、水量負荷及有毒有害物質等因素都會對水處理過程產生沖擊性影響，開車過程必須制定切實可行的開工方案及應急預案。

[1]韓忠明,潘勇延.現代煤化工企業的廢水處理技術及應用[J].分析化學工業與工程技術,2013,34(6):26.

[2]高晉生,魯軍,王杰.煤化過程中的污染與控制[M].北京:化學工業出版社,2010.

[3]崔恒玲.煤制烯烴項目生產廢水的水質特點和處理研究[J].科技世界,2013,24(25):46.