煤制甲醇工藝的廢水處理技術研究進展

張 杰

(山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責任公司，山西 汾陽 032200)

引 言

自全球石油危機爆發(fā)以來，世界各國對石油的競爭日益激烈。我國是一個“富煤、貧油、少氣”的國家，煤炭儲量相對豐富。發(fā)展煤制甲醇工藝，不僅是煤炭高效清潔利用的重要一環(huán)，生產的甲醇也可作為清潔能源以及石油化工的重要原料。目前，全國各地尤其是煤炭資源豐富地區(qū)紛紛上馬煤制甲醇項目，但是此項目的耗水量較大，且廢水排放量也較大，廢水中含有大量的有機污染物、酚類、氰類等，具有生物毒性，因此受到科研機構和各級環(huán)保部門的重視。且煤炭資源豐富地區(qū)的水資源相對缺乏，為了處理好節(jié)水減排和環(huán)境保護的問題，我們需要采用合理的技術對廢水進行深度處理并加以利用，達到可持續(xù)發(fā)展的目的。目前煤制甲醇工藝廢水的深度處理技術，對我國煤化工企業(yè)選擇合適的廢水處理工藝具有一定的指導作用。

1 廢水組成及特點

煤制甲醇工藝產生的廢水成分十分復雜，含有大量的酚類、油、氨氮化合物以及其他有毒有害的有機化合物，且根據(jù)煤質及工藝的不同其成分也發(fā)生較大的變化。該類廢水的特點是大部分來自氣化廢水、高氨氮含量，COD含量適中以及具有一定可生化性的有機廢水，若將其直接排入到環(huán)境中會對環(huán)境造成嚴重的破壞。

2 廢水處理工藝

2.1 SBR工藝

序列間歇式活性污泥工藝(Sequencing Bath Reactor Activated Sludge Process，簡稱SBR工藝)是一種以間歇曝氣方式運行的活性污泥處理技術，應用范圍最廣，其核心設備為SBR反應池，該池具有均化、沉降以及生物降解等一系列作用[1]。該法與傳統(tǒng)方法的區(qū)別在于采用了時間分割的操作方式、靜置理想沉淀以及非穩(wěn)定的生化反應。由于以上的特殊性SBR工藝具有一些優(yōu)點：第一，投資成本低，操作工藝簡單，主要的運行模式為：進水-反應-沉淀-排水，系統(tǒng)簡單緊湊；第二，對水質水量的要求較低，系統(tǒng)運行參數(shù)可根據(jù)具體情況靈活調整；第三，污泥經(jīng)硝化和反硝化后活力增強，使得氮磷去除率高；第四，有機物去除率高；第五，無污泥膨脹現(xiàn)象；第六，有利于深處理以及中水回收利用。

圖1為典型的SBR工藝廢水處理流程圖。廢水首先采用物化預處理除去大部分懸浮物，主要過程為在調節(jié)池中進行均質化處理，經(jīng)攪拌槽及沉淀池分離后進入均衡池，然后由泵送入SBR池進行生化處理。在SBR池中每格均進行進水、曝氣、沉淀等周期性運行。隨后繼續(xù)送入BAF池深度處理，可使廢水中的氨氮化合物等污染物進一步除去達到排放標準。

圖1 SBR工藝廢水處理流程

SBR廢水處理工藝已在中原大化有限責任公司的煤制甲醇項目中實施[2]。經(jīng)過改變工藝運行參數(shù)發(fā)現(xiàn)，對于低有機物濃度的廢水易降低反應時間來提高污泥有機物的負荷，否則會導致活性污泥發(fā)現(xiàn)內源氧化現(xiàn)象。對于高有機物濃度的廢水易增加反應時間來降低污泥有機物負荷，在處理過程中極易出現(xiàn)出水渾濁及污泥膨脹現(xiàn)象。

2.2 IMC工藝

IMC工藝也稱為間歇多循環(huán)工藝，它是一種改進的SBR工藝，其基本原理為：根據(jù)反應時段的不同使反應器內處于好氧和缺氧的不斷變化中，進而形成一系列A/O的串聯(lián)[3]。該工藝集曝氣池和沉淀池為一體，采用間歇曝氣的方式，由于好氧和厭氧操作同時進行，因此該工藝不僅具有除碳的作用，還具有短程硝化反硝化的功能。該工藝具有以下4個特點：①沉淀和曝氣在同一池中進行操作，設備簡單，占地面積少，成本較低，維護也較方便；②運行靈活，可根據(jù)需求進行有效控制，滿足不同的出水要求；③對原水的水質水量要求較低，具有抗沖擊能力；④運行方式具有程序化特點，易實現(xiàn)自動化控制。基于以上特點，IMC工藝在煤制甲醇廢水處理方面具有較廣泛的應用。

IMC工藝廢水處理流程如圖2所示。生活廢水經(jīng)格柵除去漂浮物后進入集水池，隨后經(jīng)提升泵送入廢水調節(jié)池，氣化廢水由泵直接送入調節(jié)池。所有廢水在調節(jié)池內調節(jié)后進入到IMC池中進行生化處理。IMC池分3格，其中每格均按進水、曝氣、沉淀以及潷水順序進行周期循環(huán)。IMC池的出水經(jīng)過濾后泵入至循環(huán)水站回用作為補充水，也可采用活性炭過濾等深度處理，保證出水在生化處理不穩(wěn)定時CODCr達標。貴州某煤化工企業(yè)采用上述廢水處理系統(tǒng)，對工業(yè)產生的廢水及生活廢水進行處理后作為循環(huán)水系統(tǒng)的補充水使用，不僅節(jié)約了寶貴的水資源，而且大大降低了廢水對環(huán)境的危害，達到了較好的效果和社會效益。

圖2 IMC工藝廢水處理流程

2.3 預處理-A/O-BAF工藝

預處理-A/O-BAF工藝的核心部分在于A/O池，它影響著整個系統(tǒng)的處理效果。A/O法為缺氧-好氧活性污泥法，該法的特點是具有前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)，工藝成熟，流程簡單，無需額外增加碳源，且在前的缺氧池可減輕好氧池的有機負荷[4]。

圖3為預處理-A/O-BAF工藝流程圖。含氰廢水進入到破氰池中，通過物理化學方法將CN-除去，主要包括堿性氯化法[5]、臭氧氧化法[6]及生物法[7]。除去CN-的廢水進入到調節(jié)池，與其他工段產生的廢水和生活廢水進行水質水量調節(jié)，使得后續(xù)進入到生物處理系統(tǒng)的進水穩(wěn)定。廢水經(jīng)調節(jié)后泵送入淺層氣浮機，在其中添加PAC及PAM除去懸浮物。氣浮出水自動進入A/O池，在A/O池中大部分有機污染物被除去。隨后生化系統(tǒng)出水繼續(xù)進入到二沉池，用于將A/O池中的出水泥水分離和污泥回流，剩余的污泥也可在池中被排出。廢水經(jīng)泥水分離后進入到絮凝沉淀池中進行深度處理，在池中與藥劑混合后懸浮物可得到進一步去除。最后經(jīng)泵送至BAF，出水可達到排放標準。系統(tǒng)中產生的污泥可經(jīng)過污泥濃縮池和帶式污泥脫水機等污泥處理系統(tǒng)達到外運的目的。新鄉(xiāng)某煤制甲醇廠采用上述廢水處理系統(tǒng)進行廢水及污泥處理，系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定，處理效率較高，維護方便，抗沖擊能力強，可達到了良好的處理效果。

圖3 預處理-A/O-BAF工藝流程圖

在A/O工藝的基礎上又陸續(xù)發(fā)展了A2/O工藝，它是在缺氧池前增設了厭氧池，可提高廢水的可生化性，難降解的有機物也可轉化為小分子或者易降解的有機物，因此去除效果優(yōu)于A/O工藝。但此工藝較復雜，成本較大，抗沖擊負荷能力也不理想。

3 結論

為了充分利用我國豐富的煤炭資源以及緩解石油危機，需要大力發(fā)展煤化工項目，其中煤制甲醇是其中的重要一環(huán)，但是煤制甲醇項目產生的廢水會對環(huán)境造成極大的危害。本文介紹了SBR工藝、IMC工藝以及預處理-A/O-BAF工藝的特點以及在煤制甲醇廢水處理中的應用，對煤制甲醇企業(yè)具有一定的參考價值。其中，SBR工藝與其他預處理和深度處理工藝相結合的方式被廣泛應用，逐步成為甲醇廢水處理的專用工藝，該技術有望實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用以及環(huán)境保護的目的。