BioDopp 工藝在魯奇氣化爐廢水處理上的應用研究

李雪平，蔡少華，苗建林

(河南省煤氣(集團)有限責任公司 義馬氣化廠，河南 義馬 472300)

0 引言

魯奇煤氣化技術由德國魯奇公司于20 世紀40年代開發(fā)而成，屬于固定床加壓氣化工藝。自開發(fā)以來，該技術以其氧耗低、可靠性高、煤種適用性廣等特點在國內外得到推廣和應用。目前國內魯奇氣化爐已有數百臺，義馬氣化廠是較早引進魯奇煤氣化技術的國內廠家之一。在煤氣化制氣過程中，高溫、高壓下洗滌煤氣會產生大量的煤氣化廢水，廢水中所含污染物達300 多種，成分十分復雜，如果廢水不經過處理就直接排放，則會給環(huán)境帶來很大污染。每年在廢水處理上的投資費用大約占企業(yè)環(huán)保投資總額中的三分之二，給企業(yè)帶來很大的經濟負擔。目前，節(jié)能減排已成為社會經濟可持續(xù)發(fā)展的必然方向，因此，節(jié)約水資源，實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，尋找新型煤化工廢水處理工藝成為煤化工技術發(fā)展的必然趨勢，具有很大的現(xiàn)實意義。

1 煤氣化廢水處理現(xiàn)狀

煤氣化廢水總體特征為酚類及油分濃度高、氨氮濃度高、生化有毒及抑制性物質多等，是一種典型的高濃度、高污染、有毒、難生化降解的工業(yè)有機廢水。實際生產中，義馬氣化廠先對廢水中的輕油、焦油分離，酚、氨回收，減少資源的浪費，再進行生化處理［1］。在進行生化處理廢水前，一般先采用隔油、氣浮等預處理方法，除去廢水中的油類以免影響后續(xù)生化處理的效果，另外氣浮還起到曝氣的作用。目前，國內外對預處理后的廢水一般采用缺氧、好氧生物處理法(A/O 工藝)處理，但由于煤氣化廢水中含有較多的多環(huán)和雜環(huán)類化合物，經好氧處理法處理后出水中的COD 和氨氮指標很難穩(wěn)定達標，近年來研究出的新型處理方法在一定程度上解決了以上問題，如生物炭法(PACT 法)、厭氧生物法、厭氧—缺氧—好氧生物法(A2/O 工藝)、生物流化床處理法(PAM)等［2］。

2 義馬氣化廠原廢水處理流程及存在問題

從表1 中可以看出，義馬氣化廠水質具有COD、BOD5指數高、氨氮含量高、總酚油含量高等特點，遠遠高于國家環(huán)保排放標準。義馬氣化廠原有的廢水處理工藝是以SBR 生化處理為主的工藝，處理流程如圖1 所示。由于酚回收裝置出口廢水中氨氮含量超標或波動較大，會對污水生化處理運行工況造成較大的沖擊，造成生化處理裝置的SBR 池工況惡化。在氣化廠生產史上，曾數次發(fā)生生化處理工況惡化，生產系統(tǒng)因廢水積壓而被迫降負荷生產的情況，極大地影響了產品產量及企業(yè)的經濟效益。

表1 義馬氣化廠廢水水質表 mg/L(pH 除外)

圖1 義馬氣化廠原廢水處理流程

結合廠內現(xiàn)有污水處理站運行成本相對較高、處理效果不夠穩(wěn)定、二期改造占地有限等現(xiàn)有困難局面，義馬氣化廠引進北京博匯特環(huán)?？萍加邢薰九c德國Engelbart 公司合作提出的活性污泥法-BioDopp 工藝［3］，針對我廠魯奇氣化爐廢水處理問題，開展中試試驗。

3 中試實驗部分

廢水預處理采用溶氣氣浮法，溶氣設備為溶氣混合泵，去除大部分較難生化降解的惰性物質和稠環(huán)或雜環(huán)大分子后存入配水池，上浮油渣撇除，配水池水通過潛水泵進入到BioDopp 生化反應器。溢流出水進入到混凝沉淀區(qū)，加入PAC 后去除殘余色度后即為出水。中試實驗工藝流程如圖2 所示。

圖2 廢水處理部分中試試驗工藝流程

BioDopp 工藝是一種新型、高效的生化污水處理技術，它通過高效的曝氣系統(tǒng)，以創(chuàng)新的空氣提推技術為源動力，將多個功能單元有機地結合在一起的生物處理工藝［4］。BioDopp 工藝中試裝置采用一體化設計，將調節(jié)池、溶氣氣浮池、斜板沉淀與生物反應池連成一體。該裝置由鋼板焊接而成，外形尺寸為8.3 m×2.5 m ×2.7 m(長×寬×高)，有效水深為2 m，生物池有效容積為30 m3，控制室和鼓風機房合建。中試裝置采用潛水泵連續(xù)進水，進水流量控制在0.2 m3/h 左右。由空氣提推技術實現(xiàn)內循環(huán)和污泥回流，曝氣池底部采用布滿整池的長條軟管曝氣，在末端設DO 在線監(jiān)測儀，通過設定DO范圍，調節(jié)羅茨鼓風機轉速。

3.1 水質分析檢測方法

試驗過程中主要分析項目和分析方法見表2。

表2 主要分析項目和分析方法

3.2 主要控制因子

BioDopp 工藝污水生物處理，主要基于幾個要求進行考慮:①溶解氧:溶解氧濃度控制在0.5 mg/L 以下，溶解氧濃度的控制通過溶解氧儀自控回流調節(jié)鼓風機風量來實現(xiàn)。在低溶解氧濃度較高的活性污泥條件下，有利于培養(yǎng)成生長速率相對小的特殊兼性菌種，從而提高活性污泥對難降解有機物的耐受性。②混合液回流:通過調整空氣提推的空氣量來調節(jié)混合液回流比，正常情況下循環(huán)倍比大于20。進行大倍比回流循環(huán)，使反應器起始端至出水端的濃度差盡可能達到最小，一方面降低污泥負荷沖擊對系統(tǒng)及微生物的影響，另一方面有利于創(chuàng)造微生物生長相對穩(wěn)定的環(huán)境。③污泥濃度:反應池中的污泥濃度控制在8～10 g/L。

3.3 試驗效果分析

試驗過程中根據裝置出水情況，對BioDopp 工藝控制參數進行調試，尋求最佳處理條件，經過兩個月的中試試驗，將統(tǒng)計數據進行對比分析(見表3)后，發(fā)現(xiàn)BioDopp 工藝處理效果同廠內SBR 工藝相比效果顯著。

下面就出水水質中的特征污染物的去除效果舉例說明，如COD、NH3-N 及總氮、總酚、總油等。

表3 BioDopp 工藝去除效果分析數據表

從表3 看出，運用BioDopp 工藝處理后的魯奇氣化爐廢水各項指標均保持較高的去除率，尤其出水中氨氮的濃度多為未檢出，出水達到了理想效果，達到再生水做循環(huán)冷卻水回用標準。

對進水碳組分分析發(fā)現(xiàn)，進水中的慢速可降解基質占到總進水COD 的50.59%，試驗中采用的高活性污泥濃度及極高的污泥齡，能夠有效的截留并累積世代時間長、生長速度慢的特種微生物，對慢速可降解基質的去除效果極佳。試驗中發(fā)現(xiàn)，氨氮的去除效果與曝氣區(qū)DO 的變化成正比，但是過大的溶解氧會影響亞硝酸鹽的積累并同時影響反消化菌群的活性，所以控制一個優(yōu)化的溶解氧范圍，可在降低出水氨氮的情況下最大限度的去除總氮。

試驗期間，外部溫度相對較低，溫度直接影響到微生物的活性和新陳代謝能力，因此在生化反應池內裝有蒸汽伴熱裝置，控制反應器內水溫為在25～30 ℃。在不開蒸汽伴熱情況下，池內日均溫度為12.12 ℃，與伴熱正常池內溫度差10～12 ℃，此時出水COD 去除率平均為89.6%，氨氮去除率平均為75.77%，總氮去除率平均為40.68%，各去除率相比伴熱情況下均有所下降，可見溫度對特征污染物的去除率影響較大，要控制池內溫度保證污泥活性。

3.4 BioDopp 與廠內SBR 處理工藝比較

中試裝置與廠內SBR 污水處理站的進水水質相同，雖然中試工藝和廠內以SBR 為主的組合工藝運行參數不同，但通過對穩(wěn)定運行期近兩個月平均數據的分析，兩者有較好的可比性。中試出水和廠內工藝出水比較如表4 所示。從表4 可以看出，和廠內工藝相比，BioDopp 工藝對總酚、氨氮及總油去除基本相當，但COD 去除效率有很大差異，這體現(xiàn)了BioDopp 工藝在去除難降解有機污染物能力上的明顯優(yōu)勢。

表4 BioDopp 出水效果與SBR 處理工藝比較 mg·L -1

4 BioDopp 工藝優(yōu)勢分析

4.1 工藝設計方面

BioDopp 工藝的關鍵技術是微生物馴化技術。采用空氣提推技術實現(xiàn)內循環(huán)和污泥回流，完成進水的瞬間稀釋，同時也為微生物生長提供貼近自然的生長環(huán)境。曝氣池底部布滿整池的長條軟管曝氣，溶解氧在池內任何位置幾乎都是均勻的，在曝氣時與污泥系統(tǒng)接觸面積大，增加了氣泡與污泥的接觸時間，氧動力效率高，同時又避免了污泥在池底沉積。

BioDopp 工藝中的溶解氧控制在0. 15～0. 35 mg/L(傳統(tǒng)活性污泥工藝的要求為2～4 mg/L)，僅此項低壓溶氧技術就可節(jié)省25%的空氣能源消耗。低溶氧濃度遞度為微生物提供了接近自然的生長條件，有利于微生物的馴化培養(yǎng)，也有利于包括反硝化細菌在內的兼性微生物的生長。另外高倍回流比使得BioDopp 生物反應器進出污染物濃度差很小，相當于完全混合反應器，有利于微生物的穩(wěn)定，使其充分發(fā)揮去除污染物的功效。

BioDopp 工藝沒有二沉池，而是在生物處理池中設置快速澄清裝置，采用斜板沉淀，沉淀污泥直接回流到生物處理池中，減少了污泥回流泵的設置。試驗中，原水水質有時會發(fā)生很大的波動，但是Bio-Dopp 工藝出水水質都基本穩(wěn)定，可見其抗沖擊、可恢復性強。

4.2 運行成本方面

BioDopp 工藝中試裝置由廠內一座SBR 池改造而成，其一體化設計理念極大地簡化了工藝流程，節(jié)省了一半占地面積，減少了管道投資，使運營管理更加方便。在廢水處理中，運行電費占總運行費用的50%左右，而BioDopp 工藝采用的低壓溶氧技術和高效率的曝氣系統(tǒng)，在充氧電耗方面具有較大的優(yōu)勢。另外，BioDopp 工藝強化的生化工藝，使出水水質明顯強于原廠內工藝，故在后續(xù)處理上節(jié)約了大量的氧化劑和氣浮藥劑，在節(jié)省藥劑費用上具有一定的優(yōu)勢。

此外，BioDopp 工藝曝氣系統(tǒng)的進氣總管設計在池子一邊，可通過閥門清洗或更換曝氣軟管，不需中斷處理過程，既節(jié)約了大量的人工勞動成本，又提高了裝置操作的安全性和方便性。

4.3 社會和環(huán)保效益方面

煤化工行業(yè)廢水處理一直呈現(xiàn)廢水排放量大、污染程度高兩大難題，每年處理廢水的費用給企業(yè)帶來很大的負擔，BioDopp 工藝獨特的設計工藝幫我廠每年運行費用節(jié)約450 萬元以上，實現(xiàn)了廢水的回收利用，減少了廢水排放，達到了節(jié)能降耗的目的，帶來很大的社會和環(huán)保效益。

鑒于中試試驗的成功實施，我廠將會對剩余的SBR 池進行陸續(xù)改造，增大廢水處理負荷，為企業(yè)節(jié)省更多的運行成本?？傊珺ioDopp 工藝以其投資少、占地面積少、高效化、集成化、智能化等特點使其具有相當大的推廣價值，在制藥、造紙、精細化工、城市污水處理等方面具有很大的推廣潛力。

［1］ 李雪梅，周銀福，張愛民.魯奇碎煤加壓氣化污水處理［J］.大氮肥，2001，27(4):236 -238.

［2］ 王銅源.煤化工發(fā)展中的水質污染及處理［J］.技術與創(chuàng)新管理，2011，32(6):684 -687.

［3］ 莊仲昌，莊昌偉，王克云.生物倍增(Bio-dopp)工藝處理城市污水［J］.環(huán)境科學與管理，2008，33(10):103 -105.

［4］ 趙 嬙，Wilke Engelbart，朱大明，等. BioDopp 工藝——一種節(jié)能降耗的新興工業(yè)廢水處理技術［J］.石油化工和節(jié)能，2012(1):18 -22，29.