煤化工污水處理工藝技術設計

翟忠偉，崔占民

（沈陽萊科知源環?？萍加邢薰荆|寧 沈陽 110166）

0 引 言

以某項目的煤制芳烴產生的化工綜合污水為水質案例進行設計，設計處理量為120 m3/h。該案例水質成分復雜，氨氮、COD、酚含量較高，且含石油類、鹽類及大量難降解的物質，污染程度高，處理難度大。

本次設計選擇厭氧反應工藝+SBR工藝+高級氧化+固氮脫碳氮濾池（沈陽萊科知源環保集團的專利技術）組合工藝處理，以保證COD、氨氮、酚及難降解物質的去除，有效控制能耗比。

SBR池作為生化處理段的核心工藝，投加磷鹽溶液，以滿足微生物生長對營養物的需求。臭氧高級氧化技術作為深度處理段的預處理工藝，具有直接氧化去除COD的作用，同時又增加了可生化性。固氮脫碳氮濾池集吸附、氧化及過濾于一體，配備了物聯網+智能化控制系統，能有效地控制硝化和反硝化進程。

通過智能控制系統在反硝化區投加甲醇以加速其反硝化進程，避免硝態氮及亞硝態氮的長時間累積對系統的運行產生不良影響。系統內部運行堿度不足時，可隨時補充氫氧化鈉溶液，以滿足硝化段對堿度的需求。智能控制溶氧曝氣設備的運行，氨氮的處理效果明顯，出水效果好。

固氮脫碳氮濾池作為本次深度處理段的除碳、脫氮的核心工藝，對系統出水是否達標起到關鍵性作用。

設計出水執行GB 8978-1996《污水綜合排放標準》中二類污染物-石油化工行業一級標準。

1 進出水水質及工藝流程的設計

1.1 水質和水量的設計

設計水質和水量的計算數據見表1。

表1 設計水質和水量的計算數據Table 1 Calculation data of design water quality and quantity

1.2 污水處理工藝流程的設計

污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Sewage treatment process

1.3 設計說明

污水處理站工藝流程主要由預處理、生化處理和深度處理3個工段和污泥處理段組成。

1.3.1 預處理單元預處理單元包括隔油池、調節池、氣浮池。

案例水質中煤氣化廢水、地面沖洗水及初期雨水中含有大量的油類物質，包括重油、輕油、乳化油等。

所以，應設置隔油池和氣浮機2套除油系統。氣浮機出水自流進入中間水池。

隔油池出水先進入調節池，調節水質水量后進入后續處理設施。

1.3.2 生物處理單元

生物處理單元包括厭氧反應池、SBR池。

隔油池來水進入厭氧反應池，通過采用厭氧生物處理降解大部分的污染物質，使得污水能在后續的好氧單元里以較少的能耗和較短的停留時間下得到處理。

廢水經過厭氧處理后仍殘留較多污染物，需進一步進行好氧處理。好氧工藝采用了SBR池，其整個運行周期由進水、反應、沉淀、出水和閑置5個基本工序組成。

曝氣和缺氧攪拌根據水質反復多次交替運行，SBR池的主要功能是除碳、硝化。

1.3.3 深度處理單元

深度處理工藝主要包括混凝沉淀、高級氧化和固氮脫碳氮濾池工藝。

好氧出水經過混凝沉淀和高級氧化后，去除了部分污染物質。

高級氧化采用臭氧氧化工藝，利用臭氧的強氧化能力將污水中的大分子及不飽和發色基團進行斷鏈和斷鍵處理，可有效地將大分子有機物轉化為分子質量較小的有機物，提高了污水的可生化性和污水的B/C比。

污水進入后續的固氮脫碳氮濾池進一步處理。固氮脫碳氮濾池工藝在深度處理段，利用設備的智能化控制技術，營養源二次配比，可對污水進行深度硝化和反硝化，除碳、脫氮效果好。

對從固氮脫碳氮濾池出來的污水進行消毒處理，殺滅水中的病原微生物，達標排放。

1.3.4 污泥處理單元

污泥處理工段主要包括污泥濃縮池及污泥脫水間等單體。

氣浮浮渣、SBR池、固氮脫碳氮濾池排出的剩余污泥，及混凝沉淀排出的化學污泥分別進入污泥濃縮池，在污泥濃縮池進行充分混合、濃縮，之后，經污泥泵提升至污泥脫水間進行脫水處理，脫水后的泥餅直接外運處理。

2 工藝設計

2.1 水質分析及核心工藝選擇

案例水質中，酚回收污水、低溫甲醇洗裝置污水、甲醇合成污水、甲醇蒸餾污水中含有大量的油類物質，濃度高達500 mg/L，包括重油、輕油、乳化油等。

該廢水特性為高氨氮、高COD、高酚、高油、高鹽類，含大量難降解的物質，污染程度高，處理難度大，尤其是氨氮和酚的去除。

對于高濃度有機廢水，采用物化方法或直接利用好氧處理，由于運行費用高、耗能大，且很難達到預期的處理效果。

因此，為保證達到預期的處理效果，控制能耗比，本次設計選擇厭氧反應工藝+SBR工藝+高級氧化+固氮脫碳氮濾池組合工藝處理，以保證COD、氨氮、酚及難降解物質的去除，同時有效控制能耗比。

SBR池作為生化處理段的核心工藝，投加磷鹽溶液，以滿足微生物生長對營養物的需求。

臭氧高級氧化技術作為深度處理段的預處理工藝，可有效地將大分子有機物轉化為分子質量較小的有機物，具有直接氧化去除COD的作用，同時又能增加可生化性，可為后續的二次生化處理奠定良好基礎。

固氮脫碳氮濾池集吸附、氧化及過濾于一體，配備了物聯網+智能化控制系統，能有效控制硝化、反硝化進程。

為了避免硝態氮及亞硝態氮的長時間累積對系統的運行產生不良影響，同時充分利用反硝化產生的堿度，通過智能控制系統在反硝化區投加甲醇，以加速其反硝化進程。

系統內部運行堿度不足時，通過智能控制系統，可隨時補充氫氧化鈉溶液，以滿足硝化段對堿度的需求。

智能控制溶氧曝氣設備的運行，氨氮的處理效果明顯，出水效果好。

固氮脫碳氮濾池作為本次深度處理段的除碳、脫氮的核心工藝，對系統出水是否達標起到關鍵性作用。

2.2 工藝設計

2.2.1 初期雨水緩沖池

初期雨水緩沖池的設計參數如下。

（1）收集時間：30 min。

（2）主要建構筑物：1座緩沖池，9.3 m×5.5 m×3.0 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺潛污泵，Q=20 m3/h，H=16 m，N=2.2 kW。

2.2.2 隔油池

隔油池的設計參數如下。

（1）表面負荷：2.8 m3/m2/h。

（2）主要建構筑物：1座隔油池，7.0 m×7.0 m×7.7 m，鋼砼結構。

2.2.3 調節池

調節池的設計參數如下。

（1）HRT=24 h。

（2）主要建構筑物：1座調節池，22.5 m×22.0 m×6.5 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺離心泵（1用1備），Q=130 m3/h，H=10 m，N=5.5 kW。

（4）潛水攪拌機2臺，7.5 kW。

2.2.4 事故池

事故池的設計參數如下。

（1）HRT=24 h。

（2）主要建構筑物：1座事故池，22.5 m×22.0 m×6.5 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺離心泵，Q=80 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW。

2.2.5 氣浮池

氣浮池的設計參數如下。

（1）表面負荷：3.0 m3/m2/h。

（2）回流比：30%～45%。

（3）主要建構筑物：1座氣浮池，12.0 m×4.0 m×3.5 m，鋼砼結構。

（4）主要設備：2套渦凹氣浮機，2.2 kW。

（5）反應器攪拌機：2臺，7.5 kW。

（6）鏈條式連續刮渣機：1臺，0.55 kW。

2.2.6 中間水池

中間水池的設計參數如下。

（1）HRT=0.5 h。

（2）主要建構筑物：1座中間水池，5.0 m×2.6 m×5.5 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺離心泵，Q=135 m3/h，H=35 m，N=30 kW。

2.2.7 厭氧反應池

厭氧反應池的設計參數如下。

（1）HRT=6.1 h。

（2）主要建構筑物：1座厭氧反應池，φ10.0 m×22 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺離心泵，Q=250 m3/h，H=6 m，N=7.5 kW。

（4）厭氧反應器三項分離器：32組。

（5）厭氧反應器氣水分離器：2套。

（6）厭氧反應器泥水分離器：2套。

（7）厭氧反應器布水系統：2套。

2.2.8 SBR池

SBR池的設計參數如下。

（1）氨氮負荷：0.05 kgNH3-N/(kgMLSS/d)。

（2）污泥負荷：0.067 kgBOD/(kgMLSS/d)。

（3）污泥濃度：3 500 mg/L。

（4）溶解氧濃度：2.0 mg/L。

（5）氧利用率：23%。

（6）工作周期：12.0 h。

（7）主要建構筑物：4座SBR池，22.5 m×22.0 m×6.5 m，鋼砼結構。

（8）主要設備：16臺潛水攪拌機，N=7.5 kW。

（9）旋臂式潷水器：4臺，Q=360 m3/h，N=0.75 kW。

（10）LECO高效曝氣器（沈陽萊科知源環保集團專有產品）：360套；充氧能力：2～12 m3/個；氧利用率：18%；規格：φ52 mm×1 200 mm。

2.2.9 緩沖水池

緩沖水池的設計參數如下。

（1）HRT=4 h。

（2）主要建構筑物：1座緩沖水池，10.6 m×9.0 m×5.5 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺離心泵，Q=140 m3/h，H=10 m，N=7.5 kW。

2.2.10 混凝沉淀池

混凝沉淀池的設計參數如下。

（1）表面負荷：1.5 m3/m3·h。

（2）主要建構筑物：1座沉淀池，15.9 m×7.5 m×6.6 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：2臺框式攪拌機；轉速：65 r/min；N=1.5 kW。

2.2.11 高級氧化池

高級氧化池的設計參數如下。

（1）HRT=45 min。

（2）主要建構筑物：1座氧化池，10.6 m×4.2 m×5.5 m，鋼砼結構。

（3）主要設備：臭氧發生器：1臺；臭氧產量：2.0 kg/h；N=16 kW。

（4）鈦金曝氣盤：20套；直徑100 mm。

2.2.12 固氮脫碳氮濾池

固氮脫碳氮濾池的設計參數如下。

（1）氨氮負荷：0.08 kgNH3-N/(kgMLSS/d)。

（2）總氮負荷：0.03 kgTN/(kgMLSS/d)。

（3）容積負荷：5 kgBOD5/(m3·d)。

（4）主要建構筑物：2座固氮脫碳氮濾池，6.5 m×6.5 m×5.6 m，鋼砼結構。

（5）主要設備：復合濾料，200 m3，2～3 mm，4～6 mm；

（6）專用濾板布水系統（沈陽萊科知源環保集團專有產品）：2套。

（7）溶氧曝氣器（沈陽萊科知源環保集團專有產品）：2套。

（8）水泵：2臺，Q=150 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW。

2.2.13 消毒清水池

消毒清水池的設計參數如下。

（1）主要建構筑物：1座清水池，8.9 m×7.4 m×5.5 m，鋼砼結構。

（2）主要設備：2臺潛水泵，Q=135 m3/h，H=35 m，N=30 kW。

2.2.14 污泥濃縮池

污泥濃縮池的設計參數如下。（1）濃縮污泥量：240 t/d。

（2）進泥含水率：98%～99.7%。

（3）出泥含水率：96%～98%。

（4）出泥量：70 t/d。

（5）主要建構筑物：1座污泥濃縮池，8.0 m×5.5 m×6.0 m，鋼砼結構。

2.2.15 污泥脫水間

污泥脫水間的設計參數如下。

（1）污泥體積：8.7 m3/h。

（2）進泥含水率：98%。

（3）產泥含水率：80%。

（4）運行速度：8 h/d。

（5）主要建構筑物：1座污泥脫水間，11.9 m×8.6 m×6.0 m（兩層），框架結構。

（6）主要設備：帶式壓濾機，1套，帶寬：1.2 m，N=2.2 kW。

（7）螺桿泵：2臺，Q=10.5 m3/h，H=0.2 m，N=4 kW。

2.3 運行成本設計計算

本次設計運行成本只考慮設備的電費和藥劑費，其他費用，如管理費、污泥運輸費、檢修費等與設計關聯不大，本次設計不考慮。

藥劑費的計算見表2。

表2 藥劑費的計算Table 2 Calculation of pharmaceutical charges

電費的計算見表3。

表3 電費的計算Table 3 Calculation of electricity charges

由表1、表2數據計算所得：藥劑費+電費為2.08元/t水。

本次設計的噸水處理藥劑費為1.02元。根據行業經驗，一般煤化工污水，如焦化污水，不同的工藝、水量、水質指標，噸水處理藥劑費用一般在1.5～2.2元之間（水量特別小，污染物濃度特別高的除外）。

本次設計選擇的厭氧工藝，提高了好氧工藝SBR的去除率，固氮脫碳氮濾池的智能化控制技術，營養源的二次配比，再次降低了整個工藝過程的藥劑使用量。

噸水電費為1.06元，屬于理論設計值。實際運行中，采用變頻控制運行，費用會稍低。SBR工藝屬于間歇運行工藝，實際運行中，根據水量情況調整運行周期，噸水電費會存在浮動。

本次設計噸水電費相對于一些煤化工的焦化污水能耗比低，工藝選擇合理。

3 結 語

基于本案例煤化工污水的特性，設計先除油，選擇了以除COD、氨氮、酚、難降解物質效果良好的核心工藝組合，保證設計預期出水效果。

COD、氨氮、酚類的有效去除率＞90%，能耗比合理，其中，噸水電耗為1.06元，噸水藥劑費為1.02元，相比于國內外類似水質運行費用偏低，類似案例水質可參考焦化廢水、煤制甲醇、煤制烯烴、煤制石油等項目水質設計案例的數據。