淺談煤制氣廢水處理工藝

周天珺 周鑄

摘要：近年來我國煤化工行業(yè)發(fā)展較快，但是煤化工企業(yè)所產(chǎn)生的廢水中含有大量有毒有害物質(zhì)，廢水所含有有機(jī)污染物包括酚類、油、多環(huán)芳香族化合物及含氮氧硫的雜環(huán)化合物等有害物質(zhì)，總體表現(xiàn)為酚類及油份濃度高、有毒及抑制性物質(zhì)多，生化處理過程中難以實現(xiàn)有機(jī)污染物的完全降解，對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重污染。因此對該廢水處理進(jìn)行相關(guān)研究是國內(nèi)研究較多的課題之一。

關(guān)鍵詞：煤制氣；廢水；處理工藝

一、概述：

煤制天然氣技術(shù)能將煤炭轉(zhuǎn)化成天然氣，是清潔能源發(fā)展的新方向。煤制天然氣正適應(yīng)能源需求的發(fā)展，成為天然氣發(fā)展的主力，煤制天然氣的發(fā)展必然是經(jīng)久的研究課題。然而煤制天然氣項目是要求大量用水且對水質(zhì)要求嚴(yán)格的產(chǎn)業(yè)，大量的廢水及污水容易發(fā)生化學(xué)效果，若使用常規(guī)的工藝流程無法得到預(yù)想的出水效果，再次生化處理后的水里依舊包含有毒有害及難分解物質(zhì)，其肆意排放必將對周邊環(huán)境造成長久的非常嚴(yán)重的污染。國內(nèi)的水和能源是背反不均勻分布，水的緊缺拖累煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加上環(huán)境保護(hù)的要求，水資源的限制，均形成對煤制氣產(chǎn)業(yè)的制約。因此，煤制天然氣廢水的處理工藝技術(shù)的不斷提高，是煤制氣項目良好發(fā)展的前提條件，要不斷地改良現(xiàn)行的廢水處理技術(shù)，降低污染物對周邊環(huán)境的影響，以達(dá)到最大程度地保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)從生產(chǎn)到使用均能使周邊環(huán)境不受到任何污染。

二、廢水處理工藝：

從廢水水質(zhì)指標(biāo)來看，煤制氣廢水宜采用“物化+生化+物化”的處理工藝。物化處理的主要任務(wù)是去除油類、硫化物、氰化物、高濃度氨氮及揮發(fā)酚，保障生化處理的正常進(jìn)行；生化處理的主要任務(wù)是降解廢水中的可生化降解物質(zhì)，并進(jìn)行脫氮；生化出水再進(jìn)行物化處理，進(jìn)一步去除廢水中污染物質(zhì)，確保達(dá)標(biāo)排放。但物化和生化處理工藝種類較多，各有特點，如何因地制宜選擇成熟、可靠、合理的處理工藝，合理布置，降低投資和處理費用，是本項目的關(guān)鍵。生物脫氮是硝化與反硝化的應(yīng)用。硝化是在廢水處理中，氨氮在有氧條件下通過好氧菌作用被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的反應(yīng)。反硝化是在缺氧條件下脫氮菌利用消化反應(yīng)所產(chǎn)生的NO2-N和NO3-N來代替氧進(jìn)行有機(jī)物的氧化分解，將NO2-N和NO3-N中的N還原成氮氣逸出，完成脫氮任務(wù)。生物脫氮國內(nèi)有諸多方法，但應(yīng)用于焦化污水中當(dāng)屬A/O內(nèi)循環(huán)工藝最為經(jīng)濟(jì)有效。我們選用的處理工藝為：格柵井+隔油沉淀+浮選氣浮+反應(yīng)沉淀+氨氮吹脫+UASB厭氧反應(yīng)器+一級A/O生化處理+二級A/O生化處理+MBR。生化系統(tǒng)主要采用“A/O硝化反硝化法”為主體工藝。本污水中有機(jī)成份較高，BOD5/CODcr=0.6，可生化性較好，因此采用生物處理方法大幅度降低污水中有機(jī)物含量是最經(jīng)濟(jì)的。由于污水中氨氮及有機(jī)物含量較高，特別是有機(jī)氮，在生物降解有機(jī)物時，有機(jī)氮會以氨氮形式表現(xiàn)出來，氨氮也是一個重要的污染控制指標(biāo)，因此污水處理采用A/O生物接觸氧化工藝，即生化池需分為A級池和O級池兩部分。調(diào)節(jié)池內(nèi)污水采用污水提升泵提升至A級生化池，進(jìn)行生化處理。在A級池內(nèi)，由于污水中有機(jī)物濃度較高，微生物處于缺氧狀態(tài)，此時微生物為兼性微生物，它們將污水中有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，同時利用有機(jī)碳源作為電子供體，將NO2--N、NO3--N轉(zhuǎn)化為N2，而且還利用部分有機(jī)碳源和氨氮合成新的細(xì)胞物質(zhì)。所以A級池不僅具有一定的有機(jī)物去除功能，減輕后續(xù)O級生化池的有機(jī)負(fù)荷，以利于硝化作用進(jìn)行，而且依靠污水中的高濃度有機(jī)物，完成反硝化作用，最終消除氮的富營養(yǎng)化污染。經(jīng)過A級池的生化作用，污水中仍有一定量的有機(jī)物和較高的氮氨存在，為使有機(jī)物進(jìn)一步氧化分解，同時在碳化作用趨于完全的情況下，硝化作用能順利進(jìn)行，特設(shè)置O級生化池。A級池出水自流進(jìn)入O級池，O級生化池的處理依靠自養(yǎng)型細(xì)菌（硝化菌）完成，它們利用有機(jī)物分解產(chǎn)生的無機(jī)碳源或空氣中的二氧化碳作為營養(yǎng)源，將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為NO2--N、NO3--N。O級池出水一部分進(jìn)入下級處理單元，另一部分回流至A級池進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，以達(dá)到反硝化的目的。在A級和O級生化池中均安裝有填料，整個生化處理過程依賴于附著在填料上的多種微生物來完成的。在A級池內(nèi)溶解氧控制在0.5mg/l左右；在O級生化池內(nèi)溶解氧控制在3mg/l以上。O級生化池一部分出水回流進(jìn)入A級池，一部分流入MBR池。膜-生物反應(yīng)器（MembraneBioreactor，簡稱MBR）是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理工藝有機(jī)結(jié)合的新型高效污水處理與回用工藝。它用具有獨特結(jié)構(gòu)的浸沒式膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過好氧曝氣和生物處理后的水，由泵通過濾膜過濾后抽出。該工藝以膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)污水生物處理工藝中的二次沉淀池，通過膜組件的高效截流作用使得泥水徹底分離；并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率；由于膜的過濾作用，微生物被完全截留在生物反應(yīng)器中，實現(xiàn)了水力停留時間與活性污泥泥齡的徹底分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問題；同時，在低污泥負(fù)荷下運行也減少了剩余污泥產(chǎn)量，從而解決了傳統(tǒng)生物處理工藝普遍存在的出水水質(zhì)欠佳、占地大、運行維護(hù)復(fù)雜、易發(fā)生污泥膨脹導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化等突出問題。膜生物反應(yīng)器具有對污染物去除效率高、硝化能力強(qiáng)，可同時進(jìn)行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量低、設(shè)備緊湊、操作簡單等優(yōu)點。目前廣泛應(yīng)用于生活污水和各種可生化工業(yè)廢水的處理及回用中。

三、實例：

內(nèi)蒙古克旗煤制氣項目產(chǎn)生的綜合廢水中以酚氨回收后的氣化廢水為主，CODcr為3500mg/l左右、氨氮約200mg/l。廢水所含有機(jī)污染物包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水。遼寧大唐國際阜新煤制天然氣項目采用碎煤加壓氣化技術(shù)將褐煤進(jìn)行氣化，再經(jīng)變換、低溫甲醇洗、甲烷化等主要單元，最終制成合成天然氣（SNG），供城市使用。項目建設(shè)規(guī)模為1200萬Nm3/d，年生產(chǎn)天然氣40億Nm3。一期建設(shè)規(guī)模為400萬Nm3/d，分兩系列建設(shè)。阜新煤制天然氣項目膜分離站再生廢水膜處理濃水濃縮裝置一期系統(tǒng)設(shè)計能力80m3/h，進(jìn)水流量正常67m3/h最大69m3/h，TDS 18967.98mg/l；正常出力33m3/h最大出力34m3/h，回用水TDS379mg/l，系統(tǒng)回收率≥50%，除鹽率98%.目前已經(jīng)進(jìn)入主工藝調(diào)試階段。本項目所產(chǎn)生的綜合廢水及廢水處理系統(tǒng)與克旗項目基本相同。

四、結(jié)語：

當(dāng)前，煤化工廢水的生化處理已有大量成功案例，處理出水中CODcr、氨氮以及酚等指標(biāo)基本能達(dá)到排放要求。技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)合理是選擇煤化工污水及濃鹽水處理技術(shù)的首要原則。在進(jìn)行現(xiàn)代煤化工企業(yè)的廢水處理裝置設(shè)計時，應(yīng)綜合關(guān)注整個系統(tǒng)的水平衡和鹽分析數(shù)據(jù)，對處理過程中需要投加藥劑的環(huán)節(jié)進(jìn)行比選優(yōu)化，從源頭上降低末端治理壓力。煤化工廢水零排放技術(shù)在我國尚處于探索、起步階段，需要在以現(xiàn)有裝置為試點的基礎(chǔ)上，深入研究裝置運行情況，積累操作和管理經(jīng)驗，不斷改進(jìn)優(yōu)化污水處理工藝技術(shù)，提高運行管理水平，降低噸水處理操作費用和運行成本，及時進(jìn)行總結(jié)推廣。總之對該類廢水處理項目進(jìn)行相關(guān)研究，總結(jié)出較為合適的煤化工廢水處理方法，對防止煤化工企業(yè)對環(huán)境的污染，更加有效地利用煤炭資源具有十分重要的現(xiàn)實意義。

（作者單位：1.遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司；

2.撫順市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站）