寧夏某煤化工園區(qū)污水處理工藝設計

馬羽飛，梅慧瑞，張新國，許建民，肖盼，趙正達，饒啟陶，劉青

（哈爾濱工業(yè)大學環(huán)保技術有限公司，哈爾濱 150006）

工程實例

寧夏某煤化工園區(qū)污水處理工藝設計

馬羽飛，梅慧瑞，張新國，許建民，肖盼，趙正達，饒啟陶，劉青

（哈爾濱工業(yè)大學環(huán)保技術有限公司，哈爾濱 150006）

以寧夏某煤化工園區(qū)內各企業(yè)排放的經處理達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級排放標準的污水為研究對象，根據煤化工污水的特點，在進行深入調查、研究的基礎上，確定以生物強化穩(wěn)定床-兩相MSBR池-臭氧氧化塔-SBAF反應器為主體工藝的設計方案。最終達到污水全部回收利用的目的。詳細介紹了該工程工藝流程及工藝特點。

煤化工；難降解污水；兩相MSBR工藝；臭氧氧化；SBAF工藝

1 工程概況

寧夏某煤化工園區(qū)建有水煤漿氣化制合成氨、尿素聯(lián)產甲醇、二甲醚和甲醇、抗氧劑、硬脂酸鈣、混合助劑、煤基多聯(lián)產、乙炔、醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇和聚四氫呋喃等煤化工裝置。為解決該煤化工園區(qū)的工業(yè)污水和生活污水，需建設1座煤化工園區(qū)污水處理廠，將園區(qū)內各公司、企業(yè)排出的經處理達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級排放標準的工業(yè)污水和生活污水進一步處理，達到景觀、綠化用水水質標準后，再利用。

2 污水來源及進、出水水質

本工程污水來源為：①水煤漿氣化技術制合成氨、甲醇、二甲醚等煤化工生產裝置；②抗氧劑、硬脂酸鈣等化工助劑裝置；③煤基多聯(lián)產、煤制乙炔、煤制醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇、聚四氫呋喃等煤化工生產裝置。上述裝置產生的污水首先經過各企業(yè)內部的預處理，達到GB 8978—1996三級排放標準后，一并進入本工程污水處理廠再做進一步處理，最終出水水質達到GB/ T 18921—2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》中水景類水質標準后，出水做景觀、綠化用水。

本工程污水設計規(guī)模為5 000 m3/d。主要進、出水水質指標如表1所示。

表1 設計進、出水水質Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 污水處理工藝

3.1 處理工藝選擇

煤化工污水以煤氣洗滌污水為主，是一種典型的有毒有害且含有難降解有機化合物的工業(yè)污水。目前對于煤化工污水，國內一般采用預處理-生化處理-深度處理的工藝路線［1-2］。預處理工藝主要有：隔油、氣浮等；生化處理工藝主要有：AO工藝、PACT法、載體流動床生物膜法（CBR）、厭氧生物法、厭氧-好氧生物法等；深度處理工藝主要有：混凝沉淀技術、固定化生物技術、吸附法、催化氧化法及膜處理技術等。

根據本工程進水水質及出水要求，煤化工污水中殘留一定濃度的氰化物、氟化物、苯胺類及總砷、總錳等一些重金屬元素。此類有毒有害物質，首先要考慮在預處理階段去除，降低其對生化處理的沖擊。在預處理段采用水解酸化工藝，提高了污水的可生化性，減輕了好氧系統(tǒng)的有機負荷。煤化工污水中化工助劑、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇、聚四氫呋喃等裝置排放的污水，需要采用高級氧化技術進行深度處理，以提高污水的可生化性，保證有機污染物的徹底去除。原水的污染物濃度較低，ρ（CODCr）≤500 mg/L，ρ（BOD5）≤300 mg/L，出水要求ρ（BOD5）≤6 mg/L，因此應選擇適合工業(yè)污水深度處理的生化處理工藝。煤化工污水二級生化出水殘余CODCr濃度較高，而CODCr構成成分主要是疏水性有機酸（HoA，約占45%）和親水性有機酸（HiA，約占26%），其來源主要為微生物殘體經酶分解、氧化、微生物合成等過程生成的代謝產物，具體物質包括水溶性的腐殖酸（HA）和富里酸（FA）以及不溶于水的胡敏酸。這些物質不能夠直接進行進一步的生化降解或降解時間非常漫長，故形成生化出水殘余物。對于化工污水生化出水殘余物的去除，目前比較有效的手段是采用·OH進行氧化［3］，既去除污染物又可解決色度的問題。

污水處理廠出水對NH3-N和TN有較嚴格的要求，需要采用具有生物脫氮功能的生化處理工藝。

污水處理廠出水要求SS質量濃度低于10 mg/ L，因此設置過濾單元。

3.2 處理工藝流程

污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Process flow of sewage treatment

混合污水首先進入調節(jié)池，池內設攪拌機攪拌以防止懸浮物沉淀，并使水質均勻。當來水pH值異?；駽ODCr濃度較高時，來水切換流入事故水緩沖池暫時儲存，甚至切斷進水。事故池內污水按小流量用泵送至調節(jié)池。

調節(jié)池出水提升到水解酸化池，優(yōu)化水質結構。去除部分有機物，分解大分子有機物，改善污水可生化性，促進有機氮轉化為NH3-N。

水解酸化池出水自流進入生物強化穩(wěn)定床。進一步吸附、攔截生物抑制性污染物，消除其對后續(xù)生化處理的不良影響。

生物強化穩(wěn)定床出水自流進入兩相MSBR池，完成大部分有機物降解和NH3-N的去除。MSBR池出水經提升輸送到臭氧氧化塔進行有機污染物的高級氧化分解，氧化塔出水自流到中間水池，再經泵提升至SBAF池，污水中剩下的有機污染物大部分為可生化性較低的有機污染物，在SBAF池中被進一步降解去除，以降低化學氧化的處理成本。

SBAF池出水進入轉盤過濾器過濾，攔截污水中SS并降低濁度，確保出水達標。濾池出水自流到接觸消毒池，經消毒后達標回用。

3.3 設計特點

（1）污水預處理階段采用水解酸化工藝，既提高了污水可生化性，又能減少污泥產量，增強整個系統(tǒng)對有機物和懸浮物的去除效果。而生物強化穩(wěn)定床則以微生物控制進程技術及微生物絮凝技術［4］為理論基礎，通過特殊的結構設計，集解毒（去除有毒有害物質）、反硝化、稀釋、消泡等功能于一體，減輕了污水中有毒物質對生物處理的沖擊。

（2）根據本文對出水水質的要求，污水需經二級處理并需脫氮，因此采用具有脫氮能力兩相MSBR［5］完成去除有機物及NH3-N的目的。整個系統(tǒng)連續(xù)進水，連續(xù)出水，大大提高了容積利用率。其中一相MSBR池主要完成脫碳（去除有機物），二相MSBR池通過形成同步硝化-反硝化環(huán)境，實現NH3-N的高效去除。內部填料采用卍字形嵌套填料［6］，這種填料在曝氣氣泡的攪動情況下，呈現出高速旋轉的狀態(tài)，使得填料在形成自轉的同時，能夠上下翻騰，提高了傳質效果、不會形成堆積結塊，并且填料的高速自轉會使死膜及時脫落，加速生物的新陳代謝。

（3）深度處理采用臭氧氧化-SBAF［7］工藝。對生化處理出水中殘余CODCr采用臭氧氧化進行處理，降低污水CODCr濃度，去除色度。之后污水進入SBAF池截留SS和利用表層生物膜吸附、降解去除絕大部分有機污染物。SBAF與傳統(tǒng)BAF的不同之處是采用軟性濾料，兩組切換運行的方式可同時實現過濾與吸附的功能，大大提高有機物和SS去除率。

4 主要構筑物及設計參數

（1）水解酸化池。1座，鋼筋砼結構，尺寸為13.5 m×12.5 m×11.0 m，有效水深為9.5 m，水力停留時間為6 h，CODCr容積負荷為2.0 kg/（m3·d）。

（2）生物強化穩(wěn)定床。2套，EBS2500型，單套處理量為105 m3/h，配攪拌器，單套電機功率為18.5 kW。

（3）MSBR池。2座，鋼筋砼結構，尺寸為31.8 m×17.2 m×6.0 m，有效水深為5.0 m，水力停留時間為24 h，污泥負荷為0.075 kg［BOD5］/（kg［MLSS］·d），容積負荷為0.261 kg［CODCr］/（m3·d），反硝化負荷為0.055 kg［NO3--N］/（kg［MLVSS］·d），污泥齡為52 d，平均污泥質量濃度為3 500 mg/L，需氧量為3 720 kg［O2］/d，需供空氣量為76 m3/min，干污泥量為311.2 kg/d，濕污泥量為39 m3/d（含水率99.2%）。設潛水攪拌機16臺，功率為2.2 kW，旋流曝氣器96臺（進口設備），鼓風機3臺，風量為37.97 m3/min，風壓為70 kPa，功率為75 kW；氣提回流裝置4臺，流量為105 m3/（h·臺）；污泥泵5臺，流量為30 m3/h，揚程為15 m，功率為3.7 kW；恒水位潷水器8套，流量為210 m3/（h·套）；卍字形鑲嵌生物填料350m3；高級氧化提升泵3臺，流量為110 m3/h，揚程為20 m，功率為15 kW。

（4）臭氧氧化工藝。臭氧氧化塔1臺，鋼制內襯防腐，尺寸為φ3.8 m×6.5 m；臭氧發(fā)生器2套，臭氧投加量為2.5 kg/（h·臺）。

（5）SBAF池。SBAF反應器6套，尺寸為φ4.5 m×6.5 m，停留時間為2 h，容積負荷為0.42 kg［BOD5］/（m3·d），需供空氣量為10.5 m3/min。

5 工程設計效果預測

本工程主要污水處理單元預測效果如表2所示。

表2 主要污水處理單元的處理效果Tab.2 Effect of main sewage treatment unit

6 結語

（1）采用生物強化穩(wěn)定床-兩相MSBR-臭氧氧化-SBAF處理煤化工污水，出水水質達到GB/T 18921—2002中水景類水質標準，出水可作為做景觀、綠化用水。

（2）本工程建成投運后，預測每年可去除CODCr約821.3 t，SS約711.8 t，NH3-N約75.7 t，TN約100.4 t，不僅能改善當地自然環(huán)境，而且提高了水資源綜合利用率，減輕水體污染，實現有限水資源的可持續(xù)利用。本工程能夠提供回用水175萬t/a，中水水價按2.5元/t計，每年可節(jié)約437.5萬元的綠化供水費用。本工程不僅可以產生巨大的環(huán)境效益，同時也可產生可觀的經濟效益。

［1］于海，孫繼濤，唐峰.新型煤化工廢水處理技術研究進展［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（3）：1-5.

［2］黃開東，李強，汪炎.煤化工廢水“零排放”技術及工程應用現狀分析［J］.工業(yè)用水與廢水，2012，43（5）：1-6.

［3］朱秋實，陳進富，姜海洋，等.臭氧催化氧化機理及其技術研究進展［J］.化工進展，2014，33（4）：1010-1014.

［4］常青.水處理絮凝學：第二版［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2011.

［5］許建民.一種兩相恒水位連續(xù)流 SBR反應池及工藝：CN 104085989A［P］.2014-10-08.

［6］許建民.一種用于污水處理的卍字形嵌套填料及其制作方法：ZL201210129496［P］.2012-08-08.

［7］許建民.一種曝氣生物濾池及工藝：CN 104058499A［P］.2014-09-24.

Design of sewage treatment process of a coal chemical industrial park in Ningxia province

MA Yu-fei，MEI Hui-rui，ZHANG Xin-guo，XU Jian-min，XIAO Pan，ZHAO Zheng-da，RAO Qi-tao，LIU Qing
（HIT Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Harbin 150006，China）

Take sewage discharged from enterprises in a coal chemical industrial park of Ningxia province which had achieved the requirement of grade 3 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard as the research object，based on the characteristics of coal chemical industrial sewage，the design scheme that adopting biochemical enhancement stabilization bed-two phase MSBR tank-ozone oxidation tower-SBAF reactor as the main process was determined based on the in-depth investigation and research.The purpose of sewage total recycling was finally achieved.The process flow and characteristics of the said engineering were introduced in detail.

coal chemical industry；hard-degradable sewage；two-phase MSBR process；ozone oxidation；SBAF process

X784.031

B

%1009-2455（2016）05-0064-03

馬羽飛（1984-），男，北京人，工程師，本科，主要從事污水處理工藝設計，（電子信箱）hagongmyf@126.com。

2016-06-12（修回稿）