煤制甲醇工藝的廢水處理技術研究進展

張 杰

(山西焦煤集團五麟煤焦開發有限責任公司，山西 汾陽 032200)

引 言

自全球石油危機爆發以來，世界各國對石油的競爭日益激烈。我國是一個“富煤、貧油、少氣”的國家，煤炭儲量相對豐富。發展煤制甲醇工藝，不僅是煤炭高效清潔利用的重要一環，生產的甲醇也可作為清潔能源以及石油化工的重要原料。目前，全國各地尤其是煤炭資源豐富地區紛紛上馬煤制甲醇項目，但是此項目的耗水量較大，且廢水排放量也較大，廢水中含有大量的有機污染物、酚類、氰類等，具有生物毒性，因此受到科研機構和各級環保部門的重視。且煤炭資源豐富地區的水資源相對缺乏，為了處理好節水減排和環境保護的問題，我們需要采用合理的技術對廢水進行深度處理并加以利用，達到可持續發展的目的。目前煤制甲醇工藝廢水的深度處理技術，對我國煤化工企業選擇合適的廢水處理工藝具有一定的指導作用。

1 廢水組成及特點

煤制甲醇工藝產生的廢水成分十分復雜，含有大量的酚類、油、氨氮化合物以及其他有毒有害的有機化合物，且根據煤質及工藝的不同其成分也發生較大的變化。該類廢水的特點是大部分來自氣化廢水、高氨氮含量，COD含量適中以及具有一定可生化性的有機廢水，若將其直接排入到環境中會對環境造成嚴重的破壞。

2 廢水處理工藝

2.1 SBR工藝

序列間歇式活性污泥工藝(Sequencing Bath Reactor Activated Sludge Process，簡稱SBR工藝)是一種以間歇曝氣方式運行的活性污泥處理技術，應用范圍最廣，其核心設備為SBR反應池，該池具有均化、沉降以及生物降解等一系列作用[1]。該法與傳統方法的區別在于采用了時間分割的操作方式、靜置理想沉淀以及非穩定的生化反應。由于以上的特殊性SBR工藝具有一些優點：第一，投資成本低，操作工藝簡單，主要的運行模式為：進水-反應-沉淀-排水，系統簡單緊湊；第二，對水質水量的要求較低，系統運行參數可根據具體情況靈活調整；第三，污泥經硝化和反硝化后活力增強，使得氮磷去除率高；第四，有機物去除率高；第五，無污泥膨脹現象；第六，有利于深處理以及中水回收利用。

圖1為典型的SBR工藝廢水處理流程圖。廢水首先采用物化預處理除去大部分懸浮物，主要過程為在調節池中進行均質化處理，經攪拌槽及沉淀池分離后進入均衡池，然后由泵送入SBR池進行生化處理。在SBR池中每格均進行進水、曝氣、沉淀等周期性運行。隨后繼續送入BAF池深度處理，可使廢水中的氨氮化合物等污染物進一步除去達到排放標準。

圖1 SBR工藝廢水處理流程

SBR廢水處理工藝已在中原大化有限責任公司的煤制甲醇項目中實施[2]。經過改變工藝運行參數發現，對于低有機物濃度的廢水易降低反應時間來提高污泥有機物的負荷，否則會導致活性污泥發現內源氧化現象。對于高有機物濃度的廢水易增加反應時間來降低污泥有機物負荷，在處理過程中極易出現出水渾濁及污泥膨脹現象。

2.2 IMC工藝

IMC工藝也稱為間歇多循環工藝，它是一種改進的SBR工藝，其基本原理為：根據反應時段的不同使反應器內處于好氧和缺氧的不斷變化中，進而形成一系列A/O的串聯[3]。該工藝集曝氣池和沉淀池為一體，采用間歇曝氣的方式，由于好氧和厭氧操作同時進行，因此該工藝不僅具有除碳的作用，還具有短程硝化反硝化的功能。該工藝具有以下4個特點：①沉淀和曝氣在同一池中進行操作，設備簡單，占地面積少，成本較低，維護也較方便；②運行靈活，可根據需求進行有效控制，滿足不同的出水要求；③對原水的水質水量要求較低，具有抗沖擊能力；④運行方式具有程序化特點，易實現自動化控制。基于以上特點，IMC工藝在煤制甲醇廢水處理方面具有較廣泛的應用。

IMC工藝廢水處理流程如圖2所示。生活廢水經格柵除去漂浮物后進入集水池，隨后經提升泵送入廢水調節池，氣化廢水由泵直接送入調節池。所有廢水在調節池內調節后進入到IMC池中進行生化處理。IMC池分3格，其中每格均按進水、曝氣、沉淀以及潷水順序進行周期循環。IMC池的出水經過濾后泵入至循環水站回用作為補充水，也可采用活性炭過濾等深度處理，保證出水在生化處理不穩定時CODCr達標。貴州某煤化工企業采用上述廢水處理系統，對工業產生的廢水及生活廢水進行處理后作為循環水系統的補充水使用，不僅節約了寶貴的水資源，而且大大降低了廢水對環境的危害，達到了較好的效果和社會效益。

圖2 IMC工藝廢水處理流程

2.3 預處理-A/O-BAF工藝

預處理-A/O-BAF工藝的核心部分在于A/O池，它影響著整個系統的處理效果。A/O法為缺氧-好氧活性污泥法，該法的特點是具有前置反硝化生物脫氮系統，工藝成熟，流程簡單，無需額外增加碳源，且在前的缺氧池可減輕好氧池的有機負荷[4]。

圖3為預處理-A/O-BAF工藝流程圖。含氰廢水進入到破氰池中，通過物理化學方法將CN-除去，主要包括堿性氯化法[5]、臭氧氧化法[6]及生物法[7]。除去CN-的廢水進入到調節池，與其他工段產生的廢水和生活廢水進行水質水量調節，使得后續進入到生物處理系統的進水穩定。廢水經調節后泵送入淺層氣浮機，在其中添加PAC及PAM除去懸浮物。氣浮出水自動進入A/O池，在A/O池中大部分有機污染物被除去。隨后生化系統出水繼續進入到二沉池，用于將A/O池中的出水泥水分離和污泥回流，剩余的污泥也可在池中被排出。廢水經泥水分離后進入到絮凝沉淀池中進行深度處理，在池中與藥劑混合后懸浮物可得到進一步去除。最后經泵送至BAF，出水可達到排放標準。系統中產生的污泥可經過污泥濃縮池和帶式污泥脫水機等污泥處理系統達到外運的目的。新鄉某煤制甲醇廠采用上述廢水處理系統進行廢水及污泥處理，系統運行比較穩定，處理效率較高，維護方便，抗沖擊能力強，可達到了良好的處理效果。

圖3 預處理-A/O-BAF工藝流程圖

在A/O工藝的基礎上又陸續發展了A2/O工藝，它是在缺氧池前增設了厭氧池，可提高廢水的可生化性，難降解的有機物也可轉化為小分子或者易降解的有機物，因此去除效果優于A/O工藝。但此工藝較復雜，成本較大，抗沖擊負荷能力也不理想。

3 結論

為了充分利用我國豐富的煤炭資源以及緩解石油危機，需要大力發展煤化工項目，其中煤制甲醇是其中的重要一環，但是煤制甲醇項目產生的廢水會對環境造成極大的危害。本文介紹了SBR工藝、IMC工藝以及預處理-A/O-BAF工藝的特點以及在煤制甲醇廢水處理中的應用，對煤制甲醇企業具有一定的參考價值。其中，SBR工藝與其他預處理和深度處理工藝相結合的方式被廣泛應用，逐步成為甲醇廢水處理的專用工藝，該技術有望實現水資源的循環利用以及環境保護的目的。