某煤化工項目升級改造廢水處理技術(shù)研究

金奕

上海朗日工程技術(shù)有限公司 （上海 200437）

煤化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢水量大，污染物的種類多、濃度高，對環(huán)境水體的污染日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅人們健康和安全。因此，對煤化工廢水進(jìn)行處理使其達(dá)標(biāo)排放顯得尤為重要。煤化工項目產(chǎn)生的廢水量相當(dāng)可觀，回用這部分廢水，從而降低新鮮水的用量，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用與廢水達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)，具有非常重要的社會意義。

1 國內(nèi)某煤化工項目裝置升級改造工程概述

某煤化工項目，原裝置產(chǎn)能為110萬t/a焦化、12萬t/a甲醇，現(xiàn)對其進(jìn)行升級改造，產(chǎn)能為110萬t/a焦化，25萬t/a甲醇，6萬t/a液化天然氣（LNG）。該項目地處鄂爾多斯臺地北緣的低丘陵區(qū)。原設(shè)計利用濕熄焦將煉制好的赤熱焦炭冷卻到便于運(yùn)輸和貯存的溫度；根據(jù)GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，濕熄焦對大氣污染嚴(yán)重，不利于環(huán)保，現(xiàn)改為干熄焦降溫。干熄焦用惰性氣體循環(huán)產(chǎn)生蒸汽，可以代替產(chǎn)相同蒸汽量的鍋爐，減少對大氣的污染。這樣一來，原來廢水預(yù)處理后的濃鹽水（可以用于熄焦的復(fù)用水）就沒有了出路。現(xiàn)考慮把這部分復(fù)用水通過濃鹽水處理后回用到循環(huán)水補(bǔ)水中去，盡可能地減少工程新鮮水的用量，達(dá)到節(jié)水的目的，同時做到廢水經(jīng)濃鹽水處理產(chǎn)出固體鹽 (工業(yè)鹽或者雜鹽)，做到零排放。

該煤化工項目工藝流程見圖1。

圖1 煤化工項目工藝流程

2 項目升級改造3種廢水處理方案

2.1 方案一

方案一考慮使焦化和煤氣化過來的廢水一起進(jìn)入蒸氨處理，然后去生化和中水回用作循環(huán)水補(bǔ)水，具體如圖2所示。該項目是續(xù)建項目，當(dāng)時蒸氨工段只考慮了利用煤氣化的廢水進(jìn)行蒸氨處理，目前蒸氨工段的地基已經(jīng)澆注完成，蒸氨塔的長徑比已經(jīng)定死，所以，使焦化廢水也進(jìn)入蒸氨塔是不合適的，方案一不可行。

2.2 方案二

方案二在方案一的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，修改了焦化廢水去向，把原來煤氣化和焦化一并去蒸氨的90.6 t/h廢水，改為焦化的60.6 t/h廢水直接進(jìn)入生化處理。這樣就能在不改變前期蒸氨設(shè)備的基礎(chǔ)上，達(dá)到廢水凈化的目的。

具體流程如圖3所示。

圖2 方案一廢水處理流程

圖3 方案二廢水處理流程

2.3 方案三

當(dāng)前環(huán)保形勢非常嚴(yán)峻，國家對廢水排放要求嚴(yán)格。為了響應(yīng)國家的環(huán)保倡議，中水回用，減少新鮮水用量，做到廢水零排放，提出了方案三。在方案二的基礎(chǔ)上，考慮了中水處理后，水質(zhì)指標(biāo)符合GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水指標(biāo)。本著節(jié)約用水的原則，把這部分中水回用到循環(huán)水系統(tǒng)，具體流程如圖4所示。

圖4 方案三廢水處理流程

3 廢水處理方案的確定

根據(jù)煤化工工廠廢水水質(zhì)，比較方案二和方案三，確定最終的工藝方案。該項目廢水處理大致可以理解成3個環(huán)節(jié)，分別對其進(jìn)行分析。

3.1 蒸氨處理

環(huán)節(jié)一為蒸氨處理，目的是通過處理回收廢水中的氨水，收集后送項目煙氣脫硫工段，作為催化劑回用。

去蒸氨處理的廢水來自煤氣化的煤氣冷凝液，在正常操作條件（操作溫度為60～85℃、操作壓力為 0.2～0.4 MPa、操作流量為 30 t/h）下，煤氣化廢水蒸氨處理前后的指標(biāo)如表1所示。蒸氨工藝流程圖見圖5。

表1 廢水蒸氨處理前后的各項參數(shù)

圖5 蒸氨工藝流程圖

氨氮廢水貯于原水貯罐，均質(zhì)均量后用泵提升，經(jīng)管道混合器補(bǔ)堿至pH≥10.5，和塔底高溫水換熱后，進(jìn)負(fù)壓汽提脫氨塔；來自界外的低壓蒸汽接入負(fù)壓汽提脫氨塔塔底，高溫水在塔的作用下逐層沸騰噴射脫氨，塔底出水達(dá)到或優(yōu)于工藝要求值。汽提揮發(fā)出來的氨蒸汽精餾后進(jìn)入冷凝器，含氨冷凝水部分回流至汽提塔。汽液分離出來的氨氣 (含二氧化碳)由抽氨混合真空裝置進(jìn)入氨回收裝置，回收氨水(含碳酸氫銨)。溢出的尾氣進(jìn)洗氨凈化器，用凈水洗滌凈化，控制凈水進(jìn)水量，達(dá)到所需氨水質(zhì)量濃度后，進(jìn)入氨水儲罐，外送到煙氣脫硫工段，作為脫硫劑使用，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物的循環(huán)利用。蒸氨出來的廢水直接送往生化處理。

3.2 生化處理+中水處理

環(huán)節(jié)二中蒸氨處理后的廢水與焦化廢水一起去了生化處理，經(jīng)生化處理后的水進(jìn)行回用，可以減少新鮮水的用量。

3.2.1 生化處理（與中水回用系統(tǒng)一并布置）

生化處理污水量為100.6 t/h。甲醇合成工段污水流量為5 t/h，主要污染物為0.1%CH4O，0.1%高沸點(diǎn)醇；生活污水流量為5 t/h；焦化工段污水流量為60.6 t/h；煤氣化工段污水流量為30 t/h，主要污染物為揮發(fā)酚、硫化物、HCN、NH3、COD、烴類等。

考慮生產(chǎn)和生活污水量的波動性及不可預(yù)見性，設(shè)計生化處理規(guī)模按60%～110%負(fù)荷考慮。廢水各項參數(shù)如表2所示。生化處理流程如圖6所示。

表2 廢水來源及混合后的水質(zhì)

圖6 污水生化處理流程簡圖

有壓生產(chǎn)污水由管架利用余壓進(jìn)入隔油池，無壓生產(chǎn)廢水及生活污水經(jīng)提升后進(jìn)入隔油池，除去輕油及重油。收集到的輕油及重油送冷鼓工段回收利用。

除去輕油及重油后的污水進(jìn)入氣浮池進(jìn)一步去除乳化油及膠狀油，后進(jìn)入調(diào)節(jié)池。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有潛水?dāng)嚢铏C(jī)，從而達(dá)到對污水進(jìn)行均質(zhì)的目的，經(jīng)調(diào)節(jié)后的污水進(jìn)入?yún)捬醭兀趨捬醵卫盟峄鷮Υ蠓肿佑袡C(jī)化合物進(jìn)行酸性發(fā)酵，將其降解成小分子有機(jī)化合物，再通過甲烷菌進(jìn)一步甲烷化；在缺氧段利用反硝化細(xì)菌的作用將污水中的NO3-、NO2-離子還原成為N2、N2O等氣體；在好氧段利用硝化細(xì)菌及亞硝化細(xì)菌的作用將污水中的NH3-N氧化成NO3-、NO2-，同時在好氧池中鼓入充足的空氣，并加入微生物所必需的各種營養(yǎng)，利用所培養(yǎng)的好氧微生物去除污水中的大部分COD等污染物。出水經(jīng)中間沉淀池沉淀后進(jìn)入接觸氧化池，進(jìn)一步去除水中的有害物質(zhì)。在接觸氧化池內(nèi)鼓入足夠的空氣以滿足生化處理的需要，接觸氧化池出水經(jīng)最終沉淀池沉淀并加壓過濾后全部送往中水處理。剩余污泥經(jīng)壓濾機(jī)脫水后外送固廢處理站。處理效率及出水水質(zhì)由表3所示。

表3 生化處理效率及出水水質(zhì)

生化處理出水水質(zhì)滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)，排至園區(qū)污水處理廠。園區(qū)內(nèi)污水廠的納污標(biāo)準(zhǔn)為：ρ（COD）≤300 mg/L，ρ（NH3-N）≤25 mg/L，ρ（總氮）≤45 mg/L，ρ（總磷）≤5 mg/L。

3.2.2 中水處理

為節(jié)約新鮮水用水量，將循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、脫鹽水站排水、鍋爐排污水收集后，進(jìn)入中水回用裝置，產(chǎn)品水回用作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。設(shè)計處理規(guī)模為200 m3/h。

循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、脫鹽水站排水、鍋爐排污水的不合格項目主要為懸浮物、總?cè)芙庑怨腆w（TDS）。采用混凝沉淀+超濾+反滲透的處理工藝，從而使原水經(jīng)處理后經(jīng)濟(jì)合理地滿足循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)指標(biāo)。

中水處理流程為：斜板沉淀池→原水池→原水泵→過濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→反滲透保安過濾器→反滲透高壓泵→反滲透裝置→回用水箱。反滲透的預(yù)處理設(shè)施采用斜板沉淀池+多介質(zhì)過濾器+疊片式過濾器+超濾的設(shè)計，符合環(huán)保要求，同時高效、緊湊的超濾因過濾精度很高，能夠去除98%以上的有機(jī)物、99.99%以上的微生物，確保產(chǎn)水淤泥密度指數(shù)（SDI）小于1。

中水處理后的出水水質(zhì)按照GB/T 19923—2005中的敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水來核定。

200 t/h的進(jìn)水，經(jīng)過中水回用處理后，130 t/h達(dá)標(biāo)清水進(jìn)入循環(huán)水補(bǔ)水回用，系統(tǒng)分離出70 t/h濃縮水(濃鹽水)。

3.3 濃鹽水處理

項目原用濕熄焦，改用干熄焦后濃鹽水沒有了出路，現(xiàn)考慮對濃鹽水進(jìn)行濃縮結(jié)晶處理，以實(shí)現(xiàn)廢水零排放。采用濃縮+預(yù)處理+蒸發(fā)的處理工藝，最終析出固體結(jié)晶（工業(yè)鹽外售），處理后的凈水和蒸發(fā)的冷凝水回用到循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)，可降低用水成本。

濃鹽水處理流程為：先對70 t/h濃鹽水作濃縮處理，減少濃鹽水量，再在縮量的基礎(chǔ)上用加藥的方式去除氨氮、硅，最后進(jìn)行蒸發(fā)處理，蒸出固體工業(yè)鹽。這樣就使得整個污水處理流程實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。

3.4 最終方案確定

從3個方案的比較中可以看出，該項目改建既可選用方案二也可選用方案三，但是生化處理后廢水中COD超標(biāo)，這股來自于生化處理的廢水不建議和另外3股清凈下水一起并入中水回用處理，因此方案三被否定。項目最終確定選用方案二，采用清污分離處理的方式，工業(yè)廢（污）水經(jīng)過蒸氨、生化處理后達(dá)到納污指標(biāo)，進(jìn)入污水處理廠再處理，清凈下水經(jīng)過中水回用處理復(fù)用到循環(huán)水補(bǔ)水。最后濃鹽水經(jīng)過濃縮、預(yù)處理、蒸發(fā)后得到工業(yè)鹽外售。該方案清污分離、運(yùn)行維護(hù)方便、投資及運(yùn)行費(fèi)用較低、同時沒有廢水外排，做到零排放。

4 結(jié)語

在工業(yè)化程度越來越高的當(dāng)今社會，工業(yè)廢水嚴(yán)重污染環(huán)境，影響公眾生活。通過處理工業(yè)廢水提高水資源的利用率，對緩解日益嚴(yán)峻的水資源壓力具有重要意義。該項目響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，并且做到了廢水零排放，具有標(biāo)桿意義。