一體式低氧生化技術(shù)和新型BAF技術(shù)在MTO廢水處理中的應(yīng)用

摘要：MTO廢水具有石油類和COD值較高、含部分難生物降解和有毒物質(zhì)、水質(zhì)受生產(chǎn)裝置影響波動(dòng)較大的特點(diǎn)。本文通過某MTO廢水處理及回用項(xiàng)目實(shí)例介紹，分析了一體式低氧生化處理技術(shù)和高分子惰性有機(jī)濾料BAF技術(shù)在MTO廢水生化及深度處理中的適用性和優(yōu)勢，并介紹了該技術(shù)的主要工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：MTO廢水;低氧生化;高分子惰性有機(jī)濾料;BAF

中圖分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.037

Abstract：MTO wastewater contains high concentration of petroleum and COD， a part of refractory organic matter and toxic substances， and high water quality waving affected by production plant. Based on an example of MTO wastewater treatment and reuse project， the applicability and advancement of low oxygen biochemical treatment technology and polymer inert organic filler BAF in MTO wastewater biochemical and advanced treatment are expounded in this paper， In addition， the main design parameters of this technology are introduced.

Keywords：MTO wastewater; Low oxygen biochemical;Polymer inert organic filler;BAF

MTO是以煤基等合成的甲醇為原料生產(chǎn)低碳烯烴?！笆濉逼陂gMTO產(chǎn)能將超過石油路線，成為國內(nèi)烯烴主導(dǎo)型生產(chǎn)工藝。[1] 預(yù)計(jì)到2020年，我國規(guī)劃和批準(zhǔn)的MTO產(chǎn)能將達(dá)到20Mt /a。[2]

MTO裝置主要包括反應(yīng)再生系統(tǒng)、烯烴分離系統(tǒng)、急冷水洗及汽提系統(tǒng)。[3]急冷水洗及汽提系統(tǒng)中水汽提塔底和急冷塔底排放大量高濃度有機(jī)廢水，廢水中含低碳烴類及低碳氧類有機(jī)物、甲醇、甲醚、催化劑細(xì)粉、醋酸鈉、氫氧化鈉長鏈烷基及芳烴油類物質(zhì)及部分醛類、酮類等有機(jī)物。

隨著MTO產(chǎn)能的擴(kuò)大，MTO消耗的清潔水量和廢水產(chǎn)生量也隨之大幅增加，對MTO廢水進(jìn)行有效回用處理，既能滿足國家對水資源保護(hù)的要求又能減輕MTO企業(yè)負(fù)擔(dān)。處理后的廢水如能滿足鍋爐補(bǔ)水、循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)要求等，實(shí)現(xiàn)廢水的回用，將大幅降低甲醇制烯烴整體水耗，實(shí)現(xiàn)噸烯烴耗水降低至3 噸以下[3]。尋求高效、節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定、投資和運(yùn)行費(fèi)用低的MTO廢水處理及回用技術(shù)迫在眉睫。

MTO廢水石油類、COD值較高，含部分難生物降解和有毒物質(zhì)，水質(zhì)受生產(chǎn)裝置影響波動(dòng)較大。[4]目前國內(nèi)已投產(chǎn)的MTO裝置配套廢水處理及回用工藝多采用：預(yù)處理-生化處理-深度處理-中水回用處理。其中除油預(yù)處理和中水回用處理工藝已成熟，均采用隔油-氣浮除油、雙膜脫鹽工藝。而生化處理和深度處理工藝的變化較大，傳統(tǒng)工藝和各類改良工藝均有使用，處理效果良莠不齊，高效、適用的生化處理-深度處理工藝還在探索中。

本文通過某工程實(shí)例介紹，闡述了一體化低氧生化處理技術(shù)和高分子惰性有機(jī)濾料曝氣生物濾池技術(shù)在MTO廢水生化和深度處理中的適用性和先進(jìn)性。

1 廢水來源與設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.1 廢水來源及水質(zhì)水量

該項(xiàng)目為60萬噸/年MTO及10萬噸/年丁二烯項(xiàng)目，采用了UOP公司MTO技術(shù)和惠生工程烯烴分離技術(shù)及丁烯氧化脫氫制丁二烯技術(shù)。主要產(chǎn)品為丙烯、乙烯、丁二烯，副產(chǎn)品為丙烷、乙烷、粗苯、LPG等。

廢水來源于MTO裝置、丁二烯裝置、配套公用工程和輔助裝置生產(chǎn)、生活廢水及生產(chǎn)裝置的沖洗水、無組織排水。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為400m3/h。主要廢水排放點(diǎn)及對應(yīng)水質(zhì)水量如表1、表2所示。

1.2 排放與回用標(biāo)準(zhǔn)

處理后的廢水進(jìn)入中水回用裝置前滿足《石油化學(xué)工業(yè)污染物準(zhǔn)》（GB 31570-2015）中表1的要求，具體污染物指標(biāo)詳見表3。

處理后污水水質(zhì)指標(biāo)滿足中石油《煉油化工企業(yè)廢水回用管理導(dǎo)則》中表3對優(yōu)質(zhì)再生水的要求，回用作至脫鹽水站補(bǔ)充水，主要水質(zhì)指標(biāo)見表4。

RO濃水及UF反洗水等外排水排至園區(qū)污水處理場，水質(zhì)滿足《南京化學(xué)工業(yè)園區(qū)廢水排放管理規(guī)定》中要求，主要指標(biāo)見表5。

2 工藝流程說明

根據(jù)該項(xiàng)目廢水的特點(diǎn)、進(jìn)出水水質(zhì)要求，本著長期穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)約投資和運(yùn)行成本的原則，廢水回用處理采用：除油預(yù)處理-生化處理-深度處理-膜前預(yù)處理-雙膜處理工藝。工藝流程如圖1所示。

2.1 廢水預(yù)處理

MTO廢水進(jìn)水水溫和油和懸浮物濃度較高，生化之前采用換熱-隔油-氣浮-均質(zhì)調(diào)節(jié)預(yù)處理工藝。

丁二烯廢水中無懸浮物，油含量較低，采用換熱-氣浮-均質(zhì)調(diào)節(jié)預(yù)處理工藝。

事故廢水和不合格排水經(jīng)事故罐緩存后進(jìn)入MTO廢水或丁二烯廢水預(yù)處理系統(tǒng)。

2.2 廢水生化處理

生化處理段采用一體式低氧生化工藝，改工藝由生物選擇區(qū)、低氧生化區(qū)和沉淀區(qū)組成。廢水和沉淀段區(qū)流污泥在生物選擇段混合，低氧生化區(qū)去除廢水中大部分有機(jī)物后流入沉淀區(qū)，經(jīng)泥水分離去除大部分懸浮物后自流至緩沖池，由水泵提升進(jìn)入深度處理系統(tǒng)。

2.3 廢水深度處理

深度處理選用高密度沉淀-BAF組合工藝。高密度沉淀段進(jìn)一步去除生化出水中懸浮物，同時(shí)去除廢水中膠體物質(zhì)及通過加藥降低水中堿度和硬度后自流入BAF，BAF內(nèi)設(shè)輕質(zhì)濾料，進(jìn)一步降解廢水水中有機(jī)物、氨氮、油類物質(zhì)和氰化物等。

2.4 中水回用處理

曝氣生物濾池出水懸浮物仍較高，依次經(jīng)過多介質(zhì)濾器、自清洗濾器、UF裝置去除懸浮物、膠體等雜質(zhì)，再通過RO裝置除鹽，產(chǎn)水送至脫鹽水站，濃水外排。

3 一體式低氧生化與輕質(zhì)濾料BAF主要工藝參數(shù)

一體式低氧生化池：設(shè)計(jì)水量400m3/h，總停留時(shí)間：42hr，其中生物選擇區(qū)：2hr，低氧生化區(qū)：33hr，澄清區(qū)：5.75hr，LDB出水緩沖池：1hr，污泥濃度：6-8g/L，容積負(fù)荷：1.11kgCOD/m?d，污泥負(fù)荷：0.075kgBOD5/ kgMLSS.d，污泥齡：50-65d，剩余污泥量：1.4TDS/d，污泥回流比：100%，曝氣風(fēng)量：132m3/min，風(fēng)機(jī)類型：空氣懸浮風(fēng)機(jī)。低氧生化區(qū)混合液回流比：30-40倍可調(diào)，曝氣軟管在廢水中氧轉(zhuǎn)移率：≥30%。

曝氣生物濾池：設(shè)計(jì)水量 400m3/h，三級串聯(lián)運(yùn)行，濾速：3m/h，濾料接觸時(shí)間：3hr，濾料層高度：3.5m，濾料層濾料填充率：80%，濾料類型：聚氨酯高分子材料，有機(jī)負(fù)荷：0.15kgCOD/ m3.d，氣洗強(qiáng)度：4L/m2.s，氣水比：4：1。

4 一體式低氧生化技術(shù)介紹

4.1 工藝介紹

傳統(tǒng)好氧工藝曝氣池Do控制在2mg/L以上，Do高于微生物生長所需。低氧生化技術(shù)通過控制曝氣池溶解氧（0.3～0.7mg/L），使得單一池體內(nèi)同時(shí)存在好氧菌和缺氧菌。

一體化低氧生化技術(shù)是采用新型空氣推流技術(shù)、大比例循環(huán)稀釋技術(shù)、高效曝氣技術(shù)、溶解氧自動(dòng)控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)曝氣池內(nèi)低氧環(huán)境。內(nèi)掛式泥水分離系統(tǒng)可使曝氣池和沉淀池合建，形成了集約型一體式結(jié)構(gòu)。

新型空氣推流技術(shù)是指通過風(fēng)機(jī)輸送的空氣經(jīng)由穿孔管釋放至廢水氣提區(qū)，使該區(qū)域液位上升污水自流至曝氣池前端與進(jìn)水混合。以極低的揚(yáng)程在同等能耗的前提下獲得極大的推流量，實(shí)現(xiàn)大比例循環(huán)稀釋功能。

空氣推流系統(tǒng)工藝原理及實(shí)際運(yùn)行效果如圖2所示：

高效曝氣技術(shù)是指采用進(jìn)口微孔曝氣軟管地毯式鋪設(shè)，控制單位曝氣管通氣量，降低氣泡上升速度，使系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，以便于維持池內(nèi)高污泥濃度。曝氣管布置如圖3所示。

4.2 適用性說明

預(yù)處理后廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)CODcr約1500mg/L，以低碳易降解有機(jī)物為主，但也有部分難降解的苯類及雜環(huán)類物質(zhì)和部分有毒物質(zhì)，另外生產(chǎn)裝置故障時(shí)和間歇排水時(shí)廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，對生化處理系統(tǒng)沖擊大。為保障中水回用雙膜法膜的使用壽命，廢水進(jìn)中水回用前需盡可能將有機(jī)物去除，如系統(tǒng)中增設(shè)高級氧化工藝，將使項(xiàng)目投資廢水和運(yùn)行費(fèi)用大幅增加，因此選用的生化處理工藝需有能處理難降有機(jī)物和耐沖擊性強(qiáng)的功能。

低氧生化技術(shù)采用低氧運(yùn)行環(huán)境，曝氣池內(nèi)存在兼性厭氧菌，具有水解酸化功能，能將部分環(huán)類有機(jī)物破環(huán)斷鏈，提高廢水可生化性，使大部分難降解有機(jī)物通過生化和深度處理得以去除。

新型空氣提升系統(tǒng)在低能耗下實(shí)現(xiàn)水池內(nèi)廢水大比例回流，加上低氧環(huán)境下系統(tǒng)內(nèi)污泥量可維持在較高水平，污泥濃度可達(dá)到6～8g/L，使系統(tǒng)抗沖擊能力極大地增強(qiáng)。

4.3 先進(jìn)性說明

4.3.1 占地少，投資費(fèi)用低

該技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)存在厭氧菌（生物選擇區(qū)）、缺氧菌和好氧菌（低氧生化區(qū)），系統(tǒng)內(nèi)活性污泥量可達(dá)到6～8g/L較傳統(tǒng)工藝3g/L大幅增加，在相同的污泥負(fù)荷下，池容和占地不到大幅減少。

低氧區(qū)內(nèi)同時(shí)存在缺氧菌，無需單獨(dú)設(shè)反硝化池，節(jié)省了土建和設(shè)備投資費(fèi)用。

采用一體化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，內(nèi)掛式泥水分離系統(tǒng)使生物選擇區(qū)與低氧生化區(qū)、沉淀區(qū)可設(shè)同一水池內(nèi)，使得系統(tǒng)占地更少，水池共壁減少土建費(fèi)用。

沉淀區(qū)設(shè)斜管濾料和濾料氣洗系統(tǒng)，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，沉淀區(qū)表面負(fù)荷較傳統(tǒng)工藝提升一倍，沉淀區(qū)池容和占地面積減少一半。

4.3.2 能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低

溶氧控制系統(tǒng)由Do儀、空氣懸浮風(fēng)機(jī)、變頻器和PLC組成，池內(nèi)溶解氧由Do儀實(shí)時(shí)監(jiān)測，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速通過PLC程序進(jìn)行計(jì)算，將無水中Do控制在0.3～0.7mg/L間[5]。

溶解氧充分而不富余，此部分因工藝所需曝氣量減少節(jié)能20%以上。

進(jìn)口微孔曝氣軟管6m水深時(shí)，清水中氧轉(zhuǎn)移率>40%，廢水中氧轉(zhuǎn)移率可維持在30%以上，較傳統(tǒng)曝氣器在廢水中氧轉(zhuǎn)移率15%～20%，風(fēng)機(jī)能耗減少33%～50%。

該項(xiàng)目曝氣風(fēng)機(jī)選用空氣懸浮風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)使用高效空氣懸浮軸承、永磁同步超高速直流電機(jī)、航空鋁高精度葉輪、直聯(lián)和變頻控制技術(shù)，軸與軸承之間污摩擦，電機(jī)效率≥96%，使得空氣懸浮風(fēng)機(jī)較傳統(tǒng)羅茨風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)節(jié)能20%以上。

混合液通過氣提裝置實(shí)現(xiàn)大比例回流，動(dòng)力來源自曝氣用鼓風(fēng)機(jī)，使用較小空氣量即可實(shí)現(xiàn)較大量的推流，氣提裝置消耗的空氣量約為曝氣所需空氣量的5%，其能耗遠(yuǎn)低于其他推流設(shè)備。沉淀區(qū)泥水分離系統(tǒng)分離下來的污泥通過刮吸泥機(jī)自帶排泥管回流至低氧生化池生物選擇區(qū)，無需另設(shè)污泥回流泵。

低氧生化系統(tǒng)污泥齡長，排泥量少，減少了污泥脫水、干化投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和后期污泥處置的費(fèi)用。

綜上，該項(xiàng)目低氧生化處理技術(shù)較傳統(tǒng)生化處理技術(shù)節(jié)能50%以上。

4.3.3 運(yùn)行維護(hù)方便

曝氣設(shè)備采用德國進(jìn)口微孔曝氣軟管，該曝氣軟管拉伸強(qiáng)度大及擴(kuò)張性能強(qiáng)，當(dāng)出現(xiàn)堵塞時(shí)，通過切換曝氣總管閥門增加單根曝氣軟管曝氣量，在線排除軟管內(nèi)雜質(zhì);曝氣軟管連接的硬管設(shè)快速接頭可實(shí)現(xiàn)不停車、水池不放空情況下在線更換。[6]

本系統(tǒng)溶解氧自動(dòng)調(diào)節(jié)，較傳統(tǒng)工藝減少了工人工作量。

4.3.4 低氧生化技術(shù)與傳統(tǒng)生化處理技術(shù)對比

低氧生化技術(shù)較傳統(tǒng)生化技術(shù)優(yōu)勢明顯，對比情況如表6所示。

5 新型BAF技術(shù)介紹

5.1 工藝介紹

該項(xiàng)目BAF采用輕質(zhì)濾料-BAF技術(shù)，該技術(shù)是傳統(tǒng)BAF基礎(chǔ)上發(fā)展而成。水流方向?yàn)樯舷蛄?，來水與供氣均從水池底部進(jìn)入，廢水由下向上通過濾料床，通過濾料表面附著的工程菌和濾層截留的大量微生物降解有機(jī)物。濾料采用高分子有機(jī)惰性濾料，其比表面積大于105m2/m3，孔隙率大于85%，且使用壽命長。濾料厚度3～4m，通過上下篩網(wǎng)將其固定在構(gòu)筑物內(nèi)。

濾池運(yùn)行時(shí)阻力損失低，一般為0.05～0.10m/ m濾料（傳統(tǒng)陶粒濾料BAF濾料水頭0.25～0.4m/m濾料），池體可分為多級串聯(lián)運(yùn)行，可根據(jù)工藝需要設(shè)置成曝氣濾池和缺氧反硝化濾池。三級串聯(lián)BAF工藝流程如圖5所示。

系統(tǒng)啟動(dòng)初期接種生物含量≥108CFU/g粉末狀工程菌，以縮短啟動(dòng)時(shí)間。

5.2 適用性說明

該項(xiàng)目深度處理出水CODcr需穩(wěn)定在60mg/L以下，在無高級氧化情況下，采用普通生化工藝均難以達(dá)到要求。輕質(zhì)濾料BAF水頭損失小，可三級串聯(lián)運(yùn)行，通過控制Do，除出水CODcr可保證外，總氮也能得到有效去除，出水水質(zhì)有保障，抗沖擊性能增強(qiáng)。

5.3 先進(jìn)性說明

（1）污泥培養(yǎng)時(shí)間短。初次啟動(dòng)時(shí)通過投加工程菌制劑提供的優(yōu)勢菌種，在短時(shí)間內(nèi)形成生物膜，大大縮短污泥培養(yǎng)馴化的時(shí)間;另外工程菌中的酶制劑能增強(qiáng)污泥活性，提高有機(jī)物分解速度。工程菌僅在初次啟動(dòng)時(shí)一次性接種，正常運(yùn)行時(shí)無需連續(xù)補(bǔ)加。

（2）反洗流程簡單、能耗低。輕質(zhì)濾料-BAF因采用的有機(jī)高分子濾料，反洗時(shí)只需氣洗，無需水洗，不設(shè)反洗水泵，氣洗時(shí)強(qiáng)度3～4L/m2.s較陶粒濾料10～15 L/m2.s大幅降低。工藝簡單，投資成本低，反洗能耗低。

（3）反洗后出水水質(zhì)優(yōu)。傳統(tǒng)陶粒濾料外部通透孔，內(nèi)部閉塞孔，生物膜附著于濾料表面，反沖洗強(qiáng)度控制不當(dāng)時(shí)容易引起生物膜活性降低，出水水質(zhì)波動(dòng);有機(jī)高分子濾料為通透的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，反沖洗時(shí)生物相得以很好的保留，不因反沖洗造成生物相受損，出水水質(zhì)穩(wěn)定。進(jìn)水SS高時(shí)通過提高第一級單池的反沖頻次可有效控制，后面單池保持正常運(yùn)行，出水水質(zhì)保持穩(wěn)定。

6 運(yùn)行情況

該項(xiàng)目2019年年初中交，經(jīng)過接種污泥培養(yǎng)及近兩個(gè)月的污泥馴化，現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，目前出水各項(xiàng)指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，生化段出水CODcr在80mg/L以下。

7 工藝不足與改進(jìn)建議

一體化生化處理技術(shù)優(yōu)勢明顯，但現(xiàn)階段仍存在不足，即：進(jìn)口曝氣軟管依靠國外技術(shù)，投資費(fèi)用較高，約為傳統(tǒng)曝氣設(shè)備的2.5～3倍，使該技術(shù)總體投資費(fèi)用優(yōu)勢不突出。如能將優(yōu)質(zhì)的曝氣軟管技術(shù)國產(chǎn)化，軟管由國內(nèi)生產(chǎn)加工，投資費(fèi)用還將大幅下降，此技術(shù)優(yōu)勢將更突出，應(yīng)用前景更廣泛。

一體式低氧生化技術(shù)和輕質(zhì)濾料BAF技術(shù)在脫氮方面的優(yōu)勢也十分明顯，該項(xiàng)目廢水中氨氮和總氮濃度不高，此方面優(yōu)勢未凸顯。

8 結(jié)論

MTO廢水采用“預(yù)處理除油+低氧生化+高密沉淀+輕質(zhì)濾料BAF+雙膜”組合工藝，處理后出水水質(zhì)能達(dá)到優(yōu)質(zhì)再生水要求，可用作脫鹽水站補(bǔ)水。一體式低氧生化處理技術(shù)和高分子惰性有機(jī)濾料BAF技術(shù)在MTO廢水中的具有極好的適用性，更具有投資、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行管理方便等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用在其他MTO廢水及含油含氮有機(jī)廢水處理中。

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收稿日期：2019-07-20

作者簡介：陳玉蘭（1980-），女，漢族，本科學(xué)歷，注冊環(huán)保工程師，研究方向?yàn)槊夯?、石油化工廢水處理設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)管理。