高氨氮煤氣化廢水處理工藝設(shè)計應(yīng)用實例

張楠，魏建勛

（1.阜新市生態(tài)環(huán)境保護(hù)服務(wù)中心，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省阜新生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 阜新 123000）

我國能源結(jié)構(gòu)的基本特征是“富煤、貧油、少氣”[1]，以煤炭為主的資源稟賦是我國的基本國情。依靠我國豐富的煤炭資源，發(fā)展以煤為原料的化工產(chǎn)業(yè)，特別是以煤氣化為龍頭的化工產(chǎn)業(yè)，是實現(xiàn)煤炭資源潔凈高效利用的有效途徑，對保障我國的能源供應(yīng)具有重要意義。我國的煤化工項目多建設(shè)在內(nèi)蒙古、新疆、寧夏等煤炭資源豐富但水資源短缺的地區(qū)，項目耗水量大、產(chǎn)生的廢水量也大，水質(zhì)復(fù)雜、污染物濃度高，處理難度大。因此，通過高效、穩(wěn)定的廢水處理技術(shù)，實現(xiàn)廢水回用，是推進(jìn)污水資源化利用的重要舉措，對實現(xiàn)新型煤化工項目可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。本文介紹了一套高氨氮煤氣化廢水處理工程實例，為同類煤化工廢水處理提供參考。

1 工程概況

某化工有限公司煤氣化工藝以褐煤為原料，采用BGL 碎煤熔渣氣化爐技術(shù)，生產(chǎn)中間產(chǎn)品液氨，最終產(chǎn)品尿素，同時副產(chǎn)硫磺、焦油、粗酚。本項目廢水處理主要包含低溫甲醇洗廢水、氨酚回收廢水、生活化驗及其他污水、初期雨水及地面沖洗水、消防事故污水和過濾器反洗排水。出水經(jīng)脫鹽處理回用作為循環(huán)水補(bǔ)充水，以再生水代替新鮮水。該廢水成分復(fù)雜，污染程度高，主要污染物為有機(jī)污染物、氨氮和油。經(jīng)檢測，該廢水碳氮比較低，可生化性一般，而氨氮濃度較高，因此，氨氮的去除是本廢水處理項目的核心。

2 設(shè)計規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

本項目設(shè)計水量260 m3·h-1，處理后滿足《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T3923—2007）的水質(zhì)要求。設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 污水處理裝置設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

3 處理工藝

3.1 處理工藝選擇

本項目采用以隔油、氣浮為主的預(yù)處理，水解酸化、改良SBR、混凝沉淀、曝氣生物濾池為主的生化處理，以及高密度沉淀池、臭氧氧化、濾布濾池為主的深度處理組合工藝[3]，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

3.2 主體工藝設(shè)計特點

3.2.1 改良SBR 工藝

目前國內(nèi)在高氨氮廢水處理上多采用改良型SBR 工藝，將SBR 工藝進(jìn)水和曝氣時段進(jìn)行分割，組成多個A/O 的串聯(lián)工藝，經(jīng)多次硝化與反硝化達(dá)到除氮的目的。SBR 工藝集曝氣、沉淀于一體，節(jié)約了沉淀池和污泥、污水回流系統(tǒng)，占地省、運行費用低、設(shè)備簡單、維護(hù)方便；各階段轉(zhuǎn)化通過時間控制，可滿足不同水量、水質(zhì)、處理要求的需要，運行靈活；對原污水水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，脫氮效率高且穩(wěn)定；運行方式模塊化、程序化，可實現(xiàn)自動化控制。

3.2.2 水解酸化工藝

水解酸化階段的產(chǎn)物主要為小分子有機(jī)物，可生物降解性較好，從而減少了整個生化反應(yīng)的時間和處理的能耗；池體無須密閉，也無須水、氣、固三相分離器，從而降低了造價，更便于維護(hù)；出水無厭氧發(fā)酵的不良?xì)馕叮欣诟纳莆鬯幚韽S周圍的環(huán)境；反應(yīng)迅速，池體相對較小，從而節(jié)省了大量基建投資；采用升流式多點布水，確保布水均勻，不產(chǎn)生短流，提高了污水的可生化性，降低了SBR 池的沖擊負(fù)荷。

3.2.3 高密度沉淀池工藝

與傳統(tǒng)絮凝工藝相比，高密度沉淀池采用載體絮凝技術(shù)，是集混凝、污泥循環(huán)、斜板（斜管）分離及污泥濃縮等于一體的沉淀工藝。其具有處理效率高、單位面積產(chǎn)水量大的優(yōu)點，大大節(jié)省了土建投資及占地面積；采用高效的斜板（斜管）沉淀，原水在整個池體內(nèi)被均勻分配，沉淀區(qū)上升速度可達(dá)20～40 m·h-1，沉淀池下部設(shè)置較大的濃縮區(qū)，使排放污泥的含固率更高，可達(dá)3%～14%，無需其他的污泥濃縮設(shè)施，有利于后續(xù)污泥處理；運行穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷，運行成本低。

3.2.4 臭氧氧化工藝

與常規(guī)的消毒方式相比，臭氧氧化能力強(qiáng)，具有快速分解的特征。在整個消毒過程中，多余的氧在30 min 后又結(jié)合成氧分子，不存在任何殘留物，從而解決了二次污染問題，同時也省去了消毒結(jié)束后的再次清潔。其具有較強(qiáng)的脫色、除臭和除異味能力，殺菌速度快。同時，為了提高臭氧與污水反應(yīng)的效率，增加了微納米氣泡發(fā)生器，極大地提高了臭氧的利用率，減少臭氧的損耗，降低能耗。

3.2.5 濾布濾池工藝

與傳統(tǒng)的過濾方式相比，濾布濾池工藝出水水質(zhì)好且穩(wěn)定；各盤片獨立出水，可監(jiān)測每個過濾盤片的工作狀況，并可獨立更換；安裝維護(hù)簡便，不需放空池水；模塊化的設(shè)計使系統(tǒng)更加靈活，可自動化控制，運行維護(hù)簡便；水頭損失小，無須二次提升，降低了水廠投資和運行費用；濾盤采用垂直排布，全浸沒設(shè)計，利用較小的占地面積就可保證較大的過濾面積，且無須附屬構(gòu)筑物，土建工程量少，建設(shè)周期短。

4 主要處理構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

4.1 預(yù)處理

1）格柵-集水池。設(shè)格柵井 1 座，尺寸為8 m×0.8 m×8 m，砼結(jié)構(gòu)；安裝回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)1 臺，間隙5 mm；螺旋輸送壓榨機(jī)1 臺，手電兩用圓閘門1 套。設(shè)集水池1 座，尺寸為6.2 m×3 m×8 m，砼結(jié)構(gòu)；安裝污水提升泵2 臺。

2）隔油池。設(shè)隔油池2 座，尺寸為20 m×5 m×2.6 m，砼結(jié)構(gòu)，水力停留時間2 h；安裝防爆型刮油機(jī)2 臺，油水分離器2 臺，防爆型渣油泵2 臺，重油儲槽1 臺，防爆型排重油泵2 臺。

3）調(diào)節(jié)池。設(shè)調(diào)節(jié)池1 座，尺寸為40 m×25 m×7 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋，水力停留時間24 h；安裝潛污泵3 臺，潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺。

4）氣浮池。采用溶氣氣浮，設(shè)氣浮池成套設(shè)備2 臺，處理能力150 m3·h-1。

5）事故池。設(shè)事故池1 座，尺寸為37.5 m×26.5 m×7 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋；安裝污水提升泵3 臺，潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺。

4.2 生化處理

1）水解酸化池。設(shè)水解酸化池2 座，尺寸為20 m×12 m×7 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋，水力停留時間12 h；安裝排泥泵2 臺。

2）改良SBR 池。設(shè)SBR 池8 座，尺寸為50 m×20 m×7.5 m，砼結(jié)構(gòu)；安裝潷水器8 臺，流量400 m3·h-1；蝶式曝氣器80 臺，外徑1 400 mm；循環(huán)泵24 臺，排泥泵8 臺；羅茨鼓風(fēng)機(jī)12 臺，流量45 m3·min-1。

3）中間水池。設(shè)中間水池1 座，尺寸為14 m×8 m×5 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋；安裝提升泵3 臺。

4）混凝沉淀池。設(shè)混凝沉淀池1 座，尺寸為15 m×12 m×4.8 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋；安裝中速槳式攪拌機(jī)1 臺，轉(zhuǎn)速65 r·min-1；低速槳式攪拌機(jī)2 臺，轉(zhuǎn)速20 r·min-1；干式不堵塞排泥泵2 臺。

5）曝氣生物濾池。設(shè)曝氣生物濾池4 座，尺寸為8 m×6 m×6 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋；反沖洗水池1 座，尺寸為9.65 m×5 m×6.3 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋。安裝專用濾料636 m3，粒徑4～6 mm；長柄濾頭8 668 個，濾帽縫隙2 mm，縫隙條數(shù)16個；單孔膜曝氣器2 240個，通氣量每個0.3 m3；羅茨鼓風(fēng)機(jī)6 臺，流量2.8 m3·min-1；反洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)2 臺，反洗泵2 臺，反沖洗水排污泵2 臺。

4.3 深度處理

1）高密度沉淀池。設(shè)高密度沉淀池1 座，尺寸為13 m×12 m×5 m，砼結(jié)構(gòu)；混凝區(qū)安裝槳式攪拌機(jī)4 臺，絮凝區(qū)安裝提升式攪拌機(jī)2 臺；中心傳動刮泥機(jī)2 臺，電動撇渣器2 臺；斜管填料40 m3，高度1.5 m，管徑80 mm；污泥回流泵4 臺，排泥泵2 臺，浮渣抽吸泵2 臺。

2）臭氧接觸池。設(shè)臭氧接觸池1 座，尺寸為12 m×4.5 m×6 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋；安裝尾氣破壞器2 臺，提升泵3 臺，供水泵2 臺；氧氣儲槽2 臺，容積2 m3；臭氧發(fā)生器3 臺，產(chǎn)量 7.5 kg·h-1；微納米氣泡發(fā)生器6 臺。

3）濾布濾池。設(shè)濾布濾池1 座，尺寸為7.5 m×4.4 m×3.5 m，砼結(jié)構(gòu)；反沖洗水泵1 臺，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)1 臺；可調(diào)出水堰板3 條，其中，尺寸為2 800×450 的出水堰板1 條，尺寸為500×400 的出水堰板2 條；濾盤6 片，尺寸φ2.0 m；進(jìn)水閘門1 臺。

4）回用水池。設(shè)回用水池1 座，尺寸為12 m×8.5 m×6 m，砼結(jié)構(gòu)加蓋；安裝回用水泵6 臺。

5 工程運行效果

本工程自運行以來，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，進(jìn)出水監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 工程運行監(jiān)測結(jié)果

6 結(jié)論

綜上，采用以隔油、氣浮為主的預(yù)處理，水解酸化、改良型SBR、混凝沉淀、曝氣生物濾池為主的生化處理，高密度沉淀池、臭氧氧化、濾布濾池為主的深度處理工藝，對高氨氮煤氣化廢水進(jìn)行處理，出水達(dá)到了《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T3923—2007）的水質(zhì)要求，實現(xiàn)了回用的要求，節(jié)約了水資源，達(dá)到了水資源的循環(huán)使用。