A/O+MBR 工藝在煤化工綜合廢水處理中的應用

王曉偉，姜春東，黨康飛，張婷婷

（1．鄭州大學生態(tài)與環(huán)境學院，河南鄭州450001；2．中工沃特爾水技術股份有限公司，北京102200）

煤化工產(chǎn)業(yè)會產(chǎn)生大量化工廢水。 以煤為原料生產(chǎn)1 t 甲醇大概排放20 m3化工廢水〔1〕，且廢水中通常含有多環(huán)芳香族化合物、酚類、聯(lián)苯類等有機污染物〔2〕，成分復雜，給廢水處理帶來較大困難。 由于煤化工廢水含有高毒性、高含鹽量及各種有毒物質(zhì)、高濃度難降解物質(zhì)等〔3〕，可生化性較差，需采用物化法對其進行預處理，使用生物法進行深層次處理，使其達標排放或回用〔4〕。 煤化工廢水常用的處理技術有上流式厭氧污泥床（UASB）、生物流化床（CBR）及序批式活性污泥（SBR）等〔5〕。 MBR 技術可用膜組件取代二沉池進行固液分離，減少用地面積；膜組件的強截留作用可增加反應器內(nèi)的微生物數(shù)量； 反應器內(nèi)的污泥齡長、負荷低，對廢水中的氮、磷去除能力較強〔6〕，因此MBR 技術近年來被廣泛應用于煤化工廢水處理〔7〕。

某煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量化工廢水，包括氣化廢水、煤制烯烴（MTO）廢水、烯烴裝置的生產(chǎn)廢水、生活污水等。其中部分廢水需先在各自裝置區(qū)域內(nèi)處理，達到進入廢水生化系統(tǒng)要求后，再通過廠區(qū)管網(wǎng)輸送至廢水生化系統(tǒng)內(nèi)進行處理。 筆者對這些綜合廢水的處理情況進行論述， 廢水經(jīng)過均質(zhì)、好氧氧化、A/O 生化處理、MBR 膜過濾4 項工藝處理，達到設計出水水質(zhì)后，送至廢水回用系統(tǒng)進一步處理，產(chǎn)品水循序利用。

1 設計進出水水質(zhì)

煤化工綜合廢水來源于多個裝置區(qū)域， 成分復雜且含有很多有毒及難降解的有機物。 需要對廢水水質(zhì)有較多了解，才能選出合適的工藝，本項目的設計水質(zhì)見表1。

表1 綜合廢水設計流量及進水水質(zhì)

2 工藝流程

廢水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 污水處理工藝流程

煤化工綜合廢水進入一級好氧池后， 通過微生物的同化作用將部分有機污染物碳化， 使污染物得到一定程度的降解；出水進入A/O 反應池，通過硝化反硝化反應有效去除氨氮，降低總氮，兼性降低廢水中的CODCr和BOD；膜池與A/O 池結合能夠有效截留硝化菌，使其完全保留在反應池內(nèi)，避免污泥流失，并可截留難降解的大分子有機物，延長其在反應池的停留時間，使之得到最大限度的分解。

3 主要構筑物

污水經(jīng)調(diào)節(jié)池預處理后，依次進入一級好氧池、A/O 池、膜池。其中一級好氧池的污泥回流比控制在50%～150%， 污泥質(zhì)量濃度控制在3 000～5 000 mg/L。A 池溶解氧控制在0.2～0.5 mg/L，O 池溶解氧控制在2～3 mg/L，污泥回流比控制在50%～150%。 膜池污泥質(zhì)量濃度控制在6 000～10 000 mg/L。 應用MBR 技術后，CODCr去除率≥93%，SS 去除率可達100%。產(chǎn)水中的懸浮物和濁度近乎為零， 處理后的水質(zhì)良好且穩(wěn)定，可直接回用，實現(xiàn)了污水資源化。

淹沒式MBR 膜池內(nèi)安裝了增強型聚偏氟乙烯中空纖維簾式膜組件，膜截留孔徑為0.1 μm，產(chǎn)水流量為4.0～7.0 m3/d。 設置6 座膜池，每座膜池內(nèi)10套膜組件，每套膜組件的膜面積為15 m2，總膜面積為900 m2。 膜組件的中空纖維膜采用PVDF 合金膜作為過濾層，其特殊的內(nèi)外致密雙皮層結構可使污染物不進入膜的網(wǎng)狀孔內(nèi)，易于清洗，清洗通量恢復好。各構筑物的參數(shù)與規(guī)格見表2。

表2 主要構筑物參數(shù)

4 系統(tǒng)運行情況分析

在2017 年12 月1 日至2018 年1 月31 日共62d的運行過程中， 一級好氧池的污泥回流比控制在50%～150%；A 池溶解氧控制在0.2～0.5 mg/L，ORP控制 在-1 000 ～1 000 mV， 污 泥 質(zhì) 量 濃 度 控 制在2 000～4 000 mg/L；O 池溶解氧控制在2～3 mg/L，pH 控制在7.5~9，污泥質(zhì)量濃度控制在3 000～5 000 mg/L，污泥回流比控制在50%～150%，消化液回流比控制在400%；MBR 池污泥質(zhì)量濃度控制在6 000～10 000 mg/L。 廢水生化系統(tǒng)對CODCr的去除效果如圖2 所示，氨氮的去除效果如圖3 所示，總氮的去除效果如圖4 所示，SS 的去除效果如圖5 所示。

圖2 廢水生化系統(tǒng)對CODCr 去除效果

由圖2 可見， 綜合廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后， 進水CODCr基本在102～315 mg/L，平均為165 mg/L，經(jīng)過一級好氧+A/O+MBR 工藝處理后， 出水CODCr基本維持在＜21 mg/L，CODCr平均去除率維持在85%以上。 可見此生化工藝對煤制烯烴綜合廢水的CODCr有較好的去除效果。

由圖3 可見，綜合廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后，進水氨氮基本在181～381 mg/L，平均氨氮在250 mg/L，經(jīng)過一級好氧+A/O+MBR 工藝處理后， 出水氨氮基本維持在＜2 mg/L。

圖3 廢水生化系統(tǒng)對氨氮的去除效果

圖4 廢水生化系統(tǒng)對總氮的去除效果

總氮為氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮之和，由圖4 可見，進水總氮基本在181～381 mg/L，平均為250 mg/L，處理后出水中的亞硝態(tài)氮基本為零， 出水總氮維持在＜160 mg/L，總氮去除率平均為61.2%。 可見該工藝對煤制烯烴綜合廢水中的氨氮和總氮有較好的去除效果。

圖5 廢水生化系統(tǒng)對SS 的去除效果

由圖5 可見，綜合廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后，進水SS基本在41～172 mg/L， 平均為100 mg/L， 經(jīng)一級好氧+A/O+MBR 工藝處理后，出水SS 基本維持在＜23 mg/L，平均去除率在85%以上。 生化工藝對煤制烯烴綜合廢水中的SS 有較好的去除效果。

綜上，廢水生化系統(tǒng)出水的COD、氨氮、濁度、SS、BOD5等指標優(yōu)于污水綜合排放標準GB 8978—1996 中的一級B 標準。

5 投資運行成本分析

本工程概算總投資19 312 萬元， 直接運行成本包括電費15 元/t、污泥處置2 元/t、藥劑費0.5 元/t、人工費0.3 元/t、膜更換17.2 元/t，總計35 元/t。

6 結論

（1）A/O+MBR 工藝對CODCr的去除率可達85%，出水CODCr均值＜21 mg/L；對氨氮的去除率可達98%，出水氨氮均值＜2 mg/L，總氮去除率平均為61.2%，且運行穩(wěn)定；對SS 的去除率可達85%以上，出水SS均值＜23 mg/L，均達到污水綜合排放標準GB 8978—1996 的一級標準要求。

（2）A/O+MBR 工藝可以實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的運行，解決了傳統(tǒng)生化處理工藝中占地面積大、剩余污泥量大、去除效率低等問題，具有廣闊的應用前景。