SBR+CASS工藝在煤化工污水處理中的運(yùn)用

孫威(陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

我國為人口大國，人均水資源非常有限。基于地理視角下，我國北方較為缺水，而南方多水。近年來，我國北方地區(qū)積極推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，隨之帶來的生態(tài)破壞、土地沙化等情況非常嚴(yán)重，更是加劇了部分地區(qū)降水問題，直接影響到了黃河等流域的年來水量。煤化工本身又是一個(gè)高耗水行業(yè)，按照1 t煤制烯烴產(chǎn)品計(jì)算，最少也要耗費(fèi)22 t水，最多會(huì)達(dá)到45 t。此種情況下，有必要深入分析地區(qū)情況，從實(shí)際需求和要求出發(fā)積極推進(jìn)煤化工項(xiàng)目，進(jìn)而逐步實(shí)現(xiàn)水資源的綜合開發(fā)利用，強(qiáng)化煤化工污水處理效果，助力企業(yè)發(fā)展。

1 煤化工污水來源及污水特點(diǎn)分析

在本次研究中，以某市煤化工企業(yè)為研究對(duì)象，該企業(yè)年產(chǎn)50萬噸甲醇項(xiàng)目，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，主要運(yùn)用的工藝技術(shù)涉及到了低壓甲醇合成、殼牌粉煤氣化、三塔精餾。具體分析其生產(chǎn)工藝過程中可知：通過原料煤制成粉并干燥處理后，在氣化爐的作用下和相應(yīng)的氣化劑，如：氧氣、水蒸氣，通過反應(yīng)后，最終生成粗煤氣(CO、H2)，在此基礎(chǔ)上，通過降溫、除塵處理后，變換CO，并將原料氣中CO和H2按照1∶2的比例調(diào)節(jié)[1]。變換后，需要使用低溫甲醇洗滌，去除原料氣中的硫化物以及多余的CO2，最終得到純凈的合成氣CO和H2，對(duì)合成氣實(shí)施壓縮，保證基本條件達(dá)到8.0 MPa壓力、225 ℃，進(jìn)而在銅催化劑存在下實(shí)現(xiàn)甲醇的合成。而后通過冷凝制成粗甲醇，再通過精餾去除高、低沸點(diǎn)雜質(zhì)，得到最終產(chǎn)品精甲醇。

綜合分析上述過程不難得出，煤化工污水主要源自水煤漿氣化、粗煤氣凈化，以及最后產(chǎn)品合成階段。進(jìn)一步分析煤化工廢水污染物，主要包含了氨氮化合物、氰、酚，還有一些芳香烴類物質(zhì)。若是這類污水不及時(shí)處理，不僅會(huì)污染水資源，同時(shí)也會(huì)對(duì)周邊居民健康生活帶去一定影響。因此煤化工企業(yè)必須高度重視煤化工廢水的處理，確保排出的廢水不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[2]。

2 SBR+CASS工藝及其流程

2.1 實(shí)施方案

SBR工藝，主要指的就是在同一反應(yīng)池內(nèi)，依照一定的時(shí)間順序，經(jīng)過進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、待機(jī)這幾個(gè)基本工序，形成的一種活性污泥污水處理方法，該方法的應(yīng)用特點(diǎn)就是間歇式活性污泥，屬于不連續(xù)曝氣，促使活性污泥污水處理技術(shù)發(fā)揮作用。從其實(shí)踐應(yīng)用情況看，其在整個(gè)運(yùn)行過程中，呈現(xiàn)出有序性，同時(shí)是間歇性的操作[3]。在整個(gè)SBR技術(shù)實(shí)施過程中，SBR反應(yīng)池發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，除了可以實(shí)現(xiàn)池集均化、初沉之外，還具備生物降解、二沉等功能，完成一系列操作后，可以保證沒有污泥回流到系統(tǒng)內(nèi)。此類工藝非常適用于間歇排放、流量變化差異大的情況。實(shí)施上，分析工業(yè)污水排放實(shí)際情況可知，一般情況下，都是連續(xù)排放，并且污水流量整體波動(dòng)較大，而引入SBR反應(yīng)池后，由于屬于兩個(gè)甚至多個(gè)反應(yīng)池，相互并聯(lián)運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)排污的目的。總之，SBR工藝對(duì)中小型水量的處理，可達(dá)到較為明顯的效果。

而CASS工藝，即周期循環(huán)活性污泥法，是建立在SBR工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其特點(diǎn)為生物選擇器放置在SBR池內(nèi)進(jìn)水端，目的就是實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水，間歇排水。該工藝的應(yīng)用工藝流程簡單、投資較低、占地面積小，運(yùn)行過程的生化反應(yīng)推動(dòng)力大、沉淀效果好、運(yùn)行靈活，系統(tǒng)的抗沖擊能力強(qiáng)、不易發(fā)生污泥膨脹。

2.2 工藝流程

本文研究的污水處理站日處理能力為2 400 t，主要引入了SBR工藝。在具體實(shí)踐操作過程中，集水池會(huì)收到經(jīng)由管道送入的煤氣化污水、甲醇污水，這些污水需要通過相應(yīng)的監(jiān)測，而后根據(jù)水質(zhì)具體情況，直接泵入pH調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)入到破氰池、絮凝池、沉淀池，最終進(jìn)入均質(zhì)池。在均質(zhì)池內(nèi)，既有生活污水，也有經(jīng)預(yù)處理后的污水，該類污水在該池混合后進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化，在實(shí)際處理過程中，主要就是分解處理大分子有機(jī)物，目的在于進(jìn)一步助力好氧生物處理。通過水解酸化后的廢水會(huì)直接泵入SBR池，完成好氧處理并去除過多的COD、氨氮，判斷其是否達(dá)到排放指標(biāo)，還需要經(jīng)過監(jiān)測池，確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)監(jiān)測達(dá)標(biāo)后，方可排入到區(qū)域污水處理廠。

本文研究的區(qū)域污水處理廠日處理能力為15 000 t，其中處理工業(yè)污水、城鎮(zhèn)生活污水分別為3 000 t、12 000 t。該廠主要運(yùn)用循環(huán)式活性污泥法工藝，即CASS工藝。在機(jī)械格柵作用下，來自污水處理站的工業(yè)污水、城鎮(zhèn)生活污水會(huì)先進(jìn)行纖維、雜物處理，而后直接流入沉砂池，在此通過漩流攪拌后進(jìn)入CASS池。由于CASS池分為生物選擇區(qū)、主反應(yīng)區(qū)，不同區(qū)域?qū)?yīng)的功能和效果不同，其中生物選擇區(qū)主要的作用就是對(duì)污水進(jìn)行均質(zhì)、均量處理，分解成小分子物質(zhì)，確保多余的COD可以去除。而主反應(yīng)區(qū)，則主要是利用好氧曝氣，去除多余的COD、氨氮，通過處理并達(dá)標(biāo)的廢水，會(huì)在紫外線消毒池完成消毒，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

3 應(yīng)用SBR+CASS工藝的實(shí)際效果分析

3.1 達(dá)到相關(guān)水質(zhì)要求

在本文研究中針對(duì)的規(guī)模為，工業(yè)污水約1 400 t/d，污水處理廠設(shè)計(jì)負(fù)荷15 000 t/d、污水處理站設(shè)計(jì)負(fù)荷2 400 t/d。整個(gè)項(xiàng)目所需的污水處理設(shè)施可以滿足實(shí)際需求，部分出水水質(zhì)如表1所示。

表1 部分出水水質(zhì)

3.2 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出水

從污水站實(shí)施SBR工藝實(shí)踐效果看，在反應(yīng)器SBR池的作用下不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的降解，也能夠完成混合液沉淀，并不需要設(shè)置二沉池，具有較高的耐沖擊性，也具有較強(qiáng)的負(fù)荷能力。與此同時(shí)，對(duì)于有毒、高濃度有機(jī)廢水的處理，也可發(fā)揮出較強(qiáng)的處理能力。所以在應(yīng)用實(shí)踐中，不易產(chǎn)生污泥膨脹的情況，出水水質(zhì)整體較為穩(wěn)定，這一點(diǎn)非常適用于煤化工工業(yè)等污水水質(zhì)、水量變化波動(dòng)大的用戶需求。除此之外，該污水處理廠在SBR工藝基礎(chǔ)上，引入了CASS工藝，將主反應(yīng)區(qū)的污泥回流到生物選擇區(qū)，可通過在反應(yīng)器前端設(shè)置生物選擇區(qū)的方式，借助活性污泥的快速吸附作用，很快的去除溶解性有機(jī)物生物，脫氮除磷的效果非常顯著。

3.3 自動(dòng)化操作運(yùn)行簡便

通過上文對(duì)SBR及CASS工藝活性污泥處理系統(tǒng)工藝流程的分析可知，與以往氧化溝活性污泥處理工藝對(duì)比，整個(gè)工藝流程非常簡單，由于模塊式布置方式，所以整個(gè)占地面積較小，有助于后續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)改造、擴(kuò)建。在SBR+CASS工藝系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，并不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)大型刮泥設(shè)備、大量攪拌設(shè)備，設(shè)備耗電量較低。更為重要的是，該系統(tǒng)應(yīng)用了諸多自控儀表，如：DO表、ORP表、電動(dòng)閥、液位計(jì)，還有可編程序控制器等，在這些設(shè)施設(shè)備作用下，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作和管理。這對(duì)于煤化工企業(yè)而言，提高了設(shè)備可靠性，降低了人力成本，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度。但由于該自控系統(tǒng)本身較為復(fù)雜，所以會(huì)增加一定的設(shè)備維修、折舊費(fèi)用。

4 煤化工污水處理工藝的改進(jìn)措施

4.1 科學(xué)調(diào)配SBR池碳氮比

分析工業(yè)污水成分可知，其中T-N含量較多，所以導(dǎo)致GODS /T-N值較低，在實(shí)際運(yùn)行過程中，尤其是反硝化環(huán)節(jié)，容易發(fā)生SBR池碳源不足的情況，進(jìn)而直接影響到脫氮效果。針對(duì)此種情況，可以將一些優(yōu)質(zhì)碳源加入到SBR池中，比如甲醇、葡萄糖等，此外，也可以加入一定量的市政污水，主要目的就是保證GODS/T-N值大于30。

4.2 合理把控SBR池進(jìn)水溫度

正常情況下，20～35 ℃是活性污泥中微生物最適宜的溫度，若是溫度大于35 ℃，則污泥活性會(huì)下降，若是溫度超過45 ℃，則絕大部分微生物會(huì)逐漸失去活性而死亡。而煤化工企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)污水，其溫度一般在40 ℃左右，若是特殊條件，水溫會(huì)持續(xù)升高。此種情況下，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)進(jìn)水時(shí)的來水水溫，若是水溫較高應(yīng)當(dāng)分開進(jìn)水，若是特殊情況，可以適當(dāng)?shù)募哟髲S區(qū)生活污水流量來達(dá)到降溫的效果。

4.3 借助微量元素保證活性污泥活性

由于工業(yè)污水營養(yǎng)元素非常單一，會(huì)對(duì)活性污泥中微生物正常新陳代謝產(chǎn)生一定阻礙，進(jìn)而影響到污泥增長速度，因此，可以定期將一些微量元素投入到SBR池內(nèi)，如鈣、鐵、磷、鎂、硫等，借助這些微量元素的作用促使活性污泥保持活性，正常情況下，SBR工藝SV30需要把控在30%～40%范圍內(nèi)，而MLSS則需要控制在3 000～5 000 mg/L范圍內(nèi)，過低、過高都會(huì)影響到處理效率。

4.4 合理控制污水進(jìn)水比例

在向CASS池進(jìn)水時(shí)，應(yīng)當(dāng)將工業(yè)污水和市政污水水流量控制在1∶5。絕對(duì)不能一次性地將大量工業(yè)污水進(jìn)入到系統(tǒng)中，必然造成高濃度工業(yè)污水負(fù)荷沖擊，進(jìn)而引發(fā)CASS池污泥上浮的情況，從而導(dǎo)致污泥中毒死亡，破壞水質(zhì)。

4.5 科學(xué)調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度

分析活性污泥快速增長過程，不難發(fā)現(xiàn)，需要較多的溶解氧作為支持，不同部位，其溶解氧濃度不一。其中曝氣池進(jìn)口處溶解氧濃度，至少要達(dá)到1 mg/L，而出口處溶解氧濃度至少達(dá)到2 mg/L，需要注意的是，不能長時(shí)間大于4 mg/L，不然會(huì)造成有機(jī)物分解過快，致使微生物缺乏營養(yǎng)，造成活性污泥發(fā)生老化，最終導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)非常松散，出水SS升高。

4.6 定期進(jìn)行CASS池排泥

在CASS池內(nèi)微生物，既有不斷新生的細(xì)胞，也有部分發(fā)生了老化，若是過多老化會(huì)直接影響到污泥活性。因此，為了保證CASS池內(nèi)污泥活性，應(yīng)當(dāng)保證每天排出一定數(shù)量的污泥，促使污泥齡在合理范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

文章對(duì)SBR+CASS工藝流程以及應(yīng)用效果進(jìn)行分析。SBR+CASS污水處理工藝，不僅應(yīng)用流程非常簡單、占地面積小處理效果較好，同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，在實(shí)際操作中較為便利，值得推廣、應(yīng)用。