煤直接液化污水深度處理工程運行研究

劉茂軒

（神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司，陜西省榆林市，719300）

隨著工業化程度不斷提升，各種高濃度難降解的工業有機廢水的排放不斷增加，采用單一的方法處理廢水，常常難以達到排放標準。各種污水處理技術有自身的優勢，也有自身的不足，通過對多種技術的優化組合，能更好地處理這些高濃度難降解的工業有機廢水。當前使用的污水處理技術，有高級氧化技術、生物膜分離技術、電催化氧化法、超臨界水氧化法、電化學處理方法等。為保護環境、節約資源、降低污染，公司應用生物處理技術、膜分離技術以及二者相結合的技術，對煤直接液化污水進行深度處理工程方案研究。

1 設計部分

1.1 設計方案

神華煤直接煤液化污水的深度處理系統擬采用A／O 生化處理單元和MBR+ UF+RO 集成膜處理單元形成組合工藝流程。

1.2 設計目的

（1）對A／O+MBR+UF+RO 進行調試，分析其處理效果；

（2）對A／O-MBR 進行耐沖擊實驗，驗證其是否符合工程設計的要求；

（3）驗證A／O+MBR+UF+RO 工藝對于處理煤液化污水的可行性及穩定性，為以后的新建項目提供數據支持。

1.3 設計進出水水質指標

1.3.1 設計進水水質指標

進入深度處理系統的污水由三部分組成：含油污水處理系統出水 （200m3／h），高濃度污水預處理系統出水 （90m3／h），生活污水 （60m3／h）。

含油污水處理系統出水 （200 m3／h）出水水質指標：pH 值6～9，CODcr≤150 mg／L，氨氮（NH3-N）≤15mg／L。

高濃度污水預處理系統出水 （9 m3／h）出水水質指標：pH 值7～8，CODcr150～250 mg／L，氨氮 （NH3-N）50～100mg／L。

生活污水 （60 m3／h）水 質指標：pH 值6～9，CODcr≤500 mg／L，氨 氮 （NH3- N）≤20 mg／L。

確定深度處理系統的進水設計指標：pH 值6～9，CODcr≤200 mg／L，氨氮 （NH3-N）≤50 mg／L，水溫15℃～38℃。

1.3.2 設計出水水質指標

（1）用水單位的水質要求。

循環水補水水質指標：pH 值6～9，CODcr≤50mg／L，氨氮 （NH3-N）≤5 mg／L，水溫≤38℃。

電廠除鹽水站補水水質指標：pH 值6～9，CODcr≤10mg／L，電導率 （25℃）≤5μs／cm，二氧化硅≤5mg／L。

（2）MBR 設計出水水質指標。

MBR 裝置出水首先須滿足循環水補充水水質要求，同時須滿足進入RO 系統進水水質要求，其出水水質指標：pH 值6～9，CODcr≤50 mg／L，氨氮 （NH3-N）≤2mg／L，懸浮物≤10mg／L，水溫≤38℃。

（3）RO 設計出水水質指標。

RO 裝置出水須滿足熱電中心除鹽水站進水水質要求，其出水水質指標：pH 值6～9，CODcr≤5 mg／L，電導率 （25℃）≤2μS／cm，二氧化硅≤2 mg／L。

1.4 工藝設計技術方案

1.4.1 生化系統

進入A／O 生化池的混合水，首先進入厭氧生化池 （A 池）。污水在A 池中與MBR 膜池回流來的活性污泥進行充分混合，在缺氧的環境中進行吸附和反硝化反應。

A 池出水進入好氧生化池 （O 池）。O 池主要是去除進水中的生化有機物 （BOD），并在硝化菌的作用下，將氨態氮 （NH3-N）氧化成硝態氮NOx-N （NO2ˉ-N、NO3ˉ-N）。

1.4.2 MBR 膜分離系統

在MBR 膜池中，MBR 膜將A／O 生化池來活性污泥中的菌膠團和游離細菌、無機顆粒等全部截留在MBR 膜池內，濾過的水匯入集水管中由MBR 產水泵抽出，從而達到泥水分離的目的。MBR 處理后的出水輸送至循環水系統。

1.4.3 UF膜分離系統

MBR 出水經過UF 過濾器過濾后進入超濾（UF）超濾裝置，以進一步去除水中的懸浮物。

1.4.4 RO 膜分離系統

UF出水進入RO 進水罐，經過保安過濾器過濾、高壓泵加壓后進入反滲透裝置。通過反滲透作用，將鹽類或大分子物質與水分離，從而實現脫鹽的目的。RO 產品水輸送至電廠除鹽水站。

2 分析測試方法

COD 分析方法采用 《水和廢水監測分析方法》（第四版）重鉻酸鉀法，此法COD 在下文中統一簡寫為COD。

氨氮分析方法采用 《水和廢水監測分析方法》（第四版）納氏試劑光度法。

懸浮物分析方法采用 《水和廢水監測分析方法》（第四版）重量法。

電導分析方法采用 《水和廢水監測分析方法》（第四版）實驗室電導率儀法。

3 煤直接液化污水深度處理工程試驗運行分析

3.1 A／O-MBR 系統工程試驗運行分析

3.1.1 A／O-MBR 系統工程試驗COD 去除率分析

A／O-MBR 進出水COD 曲線如圖1所示。

全程運行數據分析：

A／O - MBR 進 水 水 質 COD 平 均 值94.9mg／L，A／O-MBR 出水水質COD 平均值27.2mg／L，平均去除率為71.3%。從出水水質分析數據來看，A／O-MBR 組合工藝系統總體運行平穩，基本達到最初的工程設計要求。

為了測試A／O 生化池的耐COD 負荷沖擊的能力，于11月10日對A／O 生化池進水進行了相應調整。計劃A／O-MBR 進水水質COD 目標值達到290mg／L，連續運行5天。

調整前檢測高濃度預處理系統來水水質COD為243mg／L，含油污水處理系統來水水質COD 為141mg／L，生活污水來水水質COD 為483mg／L。經過計算：在保證總進水量不變的情況下，需增加生活污水來水量66m3／h、降低含油污水處理系統來水量66 m3／h，以大幅度升高A／O-MBRCOD負荷。

經過調整，A／O-MBR 進水水質COD 平均值達到289.9mg／L。通過5d 的運行和觀察后，沒有發現A／O 生化池和MBR 膜系統的明顯異常情況，且A／O-MBR 出水水質COD 平均值也只有23.1mg／L，COD 平均去除率為92.0%。因為試驗期間高濃度污水預處理系統和含油污水處理系統的來水中氨氮的比較低，A／O-MBR 總的進水氨氮含量變化不大，所以氨氮沒有對A／O-MBR的運行沒有造成大的影響。

穩定運行階段：8月30日至11月15日。

在按最初的工程設計進水指標平穩運行期間，A／O-MBR 進水水質的COD 平 均值為89.8mg／L、A／O-MBR 出水的COD 平均值為29.6 mg／L，A／O-MBR 系統的平均氨氮去除率為67.0%。

由此證明：A／O-MBR 綜合工藝系統總體運行平穩。此工藝具有比較強的耐COD 負荷沖擊的能力。如果整個系統在比較高的COD 負荷下運行，相信會有更高的COD 去除率。

3.1.2 A／O-MBR 系統工程試驗氨氮去除率分析

A／O-MBR 進出水氨氮曲線如圖2所示。

圖2 A／O-MBR 進出水氨氮曲線

為了測試A／O-MBR 綜合工藝系統對氨氮的處理能力和耐受能力，我們采取如下方案：在總進水量基本不變的前提下，含油污水處理系統出水按比例遞減、高度污水處理系統出水同水量遞增，將A／O-MBR 進水氨氮提高到75mg／L。在達到目標濃度后繼續運行5d，觀察其氨氮處理效果。

調整前檢測高濃度預處理系統來水水質氨氮為197mg／L，含油污水處理系統來水水質氨氮為11mg／L，生活污水來水水質氨氮為14mg／L。經過計算：在保證總進水量不變的情況下，需增加高濃度污水預處理系統來水量29m3／h，降低含油污水處理系統來水量29m3／h，以大幅度地升高A／O生化池氨氮負荷。

8月20日至8月25日，氨氮以高濃度連續運行了5d。此期間A／O-MBR 進水氨氮的平均值為74.7mg／L，A／O-MBR 出水氨氮的平均值為0.5mg／L，A／O-MBR 系統的平均氨氮去除率為99.3%。通過上述對A／O-MBR 氨氮的處理能力和耐受能力測試，取得了 “總進水量基本不變并當進水中的氨氮達到一定濃度后維持運行5天的測試方案”的良好效果。

穩定運行階段：8月30日至11月15日。

在按最初的工程設計進水指標平穩運行期間，A／O-MBR 進水水質的氨氮平均值為38.2mg／L、A／O-MBR 出水的氨氮平均值為0.55mg／L，A／O-MBR 系統的平均氨氮去除率為98.6%。

由上述分析，可以得到結論：A／O-MBR 綜合工藝系統對氨氮的處理能力很強、對氨氮的耐受能力非常高。

3.2 UF系統工程試驗運行分析

3.2.1 UF進出水濁度去除率分析

UF進出水濁度曲線如圖3所示。

調試階段：7月5日至7月24日。在此階段，對各種遠傳儀表、進出水氣動快關閥、進水流量調節閥、PLC 和DCS操作系統進行調試，儀表和電氣類調試完以后進行進水調試。調試分為進生產水水聯運調試和進MBR 產水實際生產調試。

穩 定 運 行 階 段：7 月25 日 至11 月15 日。在這段實際運行階段：UF 進水水質的濁度平均值為1.41 NTU、UF 出水水質的濁度平均值為0.58 NTU，UF出水水質的濁度平均去除率為58.9% 。由此可以看出UF膜對濁度具有較好的效果。

圖3 UF進出水濁度曲線

3.2.2 UF系統工程試驗懸浮物去除率分析

UF進出水縣浮物曲線如圖4所示。

調試階段：7月5日至7月24日。在此階段，對各種遠傳儀表、進出水氣動快關閥、進水流量調節閥、PLC 和DCS操作系統進行調試，儀表和電氣類調試完以后進行進水調試。調試分為進生產水水聯運調試和進MBR 產水實際生產調試。

穩 定 運 行 階 段：7 月25 日 至11 月15 日。在這段實際運行階段：UF 進水水質的懸浮物平均值為4.8 mg／L、UF 出水水質的懸浮物平均值為0.54mg／L，UF出水水質的懸浮物平均去除率為88.8% 。由此可以看出UF 膜對懸浮物具有良好的效果。

圖4 UF進出水懸浮物曲線

3.3 RO 系統工程試驗電導率去除率分析

RO 進出水電導率曲線如圖5所示。全實驗階段：7月5日至11月15日。UF 進水水質電導率平均值33.2μs／cm，UF 出水水質電導率平均值0.67μs／cm，UF出水水質的電導率平均去除率為98.0%。

圖5 RO 進出水電導率曲線

穩 定 運 行 階 段：8 月30 日 至11 月15 日。在這個階段：RO 進水水質的平均脫鹽率為39.3μs／cm、RO 出水水質的電導率平均值為0.54μs／cm，RO 出水水質的平均脫鹽率為98.6%，大于RO 出水的電導率控制指標 （大于97%）。由此可以看出RO 膜對電導率的去除具有優良的效果。

4 結論

經過近五個月調試、測試和運行，得出結論：采用A／O-MBR+UF+RO 工藝對煤直接液化污水進行深度處理，各裝置出水水質均能達到工程最初設計目標，產品水全部回用。

A／O- MBR 系 統：進 水COD 平 均 值 為289.9mg／L，出 水COD 平 均 值 為23.1 mg／L，COD 平均去除率為92.0%；進水出水氨氮為74.7mg／L，出水氨氮為0.5 mg／L，氨氮平均去除率為99.3%；A／O-MBR 出水水質符合循環水補水的水質指標，可以回用于循環水系統。

UF進水水質的懸浮物平均值為4.8 mg／L，UF 出水水質的懸浮物平均值為0.54 mg／L，UF出水水質的懸浮物平均去除率為88.8%。

RO 進水水質的電導率平均值為39.3μs／cm、RO 出水水質的電導率平均值為0.54μs／cm，RO出水水質的平均脫鹽率為98.6%。RO 出水水質符合電廠除鹽水站補水的水質指標，可以回用于電廠除鹽水站。

由此得出結論：整個深度處理系統的關鍵參數和性能與工程設計保持了較高程度的一致性，系統運行穩定，產水水質達到最初工程設計標準，具有較強的抗沖擊、抗污染能力，具備高標準處理煤直接液化污水的能力。

［1］ 顧國維，何義等.膜生物反應器在污水處理中的研究和應用 ［M］.北京：化學工業出版社，2002

［2］ 朱高雄.A／O-MBR 處理生活污水用于景觀水的研究及運用 ［D］.天津大學，2006

［3］ 金星，高立新，周笑綠.電化學技術在廢水處理中的研究與應用 ［J］.上海電力學院學報，2010（1）

［4］ 楊志勇.工業廢水處理方法及研究進展 ［D］.湄洲灣職業技術學院，2011

［5］ 鄭祥.膜生物反應器在水處理中的研究及應用 ［J］.環境污染治理技術與設備，2000 （5）