CNO 一體化工藝處理輕烴化工污水應用研究

翟忠偉 廖高祖 陳卓

（1. 沈陽萊科知源環保科技有限公司，遼寧沈陽 110166；2. 華南師范大學環境學院，廣東廣州 510006；3. 錦州潤電熱能有限公司，遼寧錦州 121000）

1 引言

焦煤制輕烴產生的化工污水水質成分復雜，在生產過程中兼有造氣循環水排污水、甲醇精餾污水、低溫甲醇清洗污水、煤氣加壓污水產生。因生產過程中采用的焦煤原料、工藝、裝置、產量等不同，同樣是煤制輕烴產生的污水，其水質有所不同［1］。本項目水質特點為有機污染物含量高、氨氮含量高，同時含有氰化物、揮發酚，尤其是其含有的難降解難生化物質，影響目前很多化工污水處理廠生化段工藝的運行，很難達到設計效果。采用CNO 一體化工藝中試裝置處理本項目污水，研究該裝置對本項目污水中CODCr、BOD5、NH3－N、揮發酚和氰化物的去除性能，出水能否穩定達標（GB 8978—1996《污水綜合排放標準》石油化工工業二類一級A 標準）。CNO 一體化工藝是以固氮脫碳氮濾池系統為核心，開發的一種由預處理、生化處理、固氮脫碳氮堿性濾池、消毒4個工段所組成的組合污水處理工藝。

2 試驗材料與方法

2.1 中試裝置

CNO 一體化工藝中試裝置示意見圖1。

圖1 CNO 一體化工藝中試裝置示意

CNO 一體化工藝裝置由預處理工段、生化處理工段、固氮脫碳氮堿性濾池工段和消毒工段組成。預處理工段，主要是去除污水中的不溶于水的大顆粒污染物以及部分有機污染物，同時調節水質。生化處理段，生化厭氧區可以將難溶固體物質溶解為溶解性物質，大分子物質降解為小分子物質，難生物降解物質轉化為易生物降解物質［2］；生化兼氧區為厭氧到缺氧的過渡區域，是裝置的內回流切入區，通過回流水中溶解氧，可以快速使污水從厭氧狀態進入到缺氧狀態；生化缺氧區主要是完成反硝化過程；生化好氧區為主反應區，一方面降解污染物，另一方面進行硝化反應。固氮脫碳氮堿性濾池工段，進行深度處理污水，進一步生化、硝化和反硝化。最后污水經消毒工段處理后達標外排。

整套工藝裝置配有物聯網＋智能控制系統，可以對水質、水量數據實時監控，設備運行可進行智能化控制操作。生化處理工段和固氮脫碳氮堿性濾池工段采用溶氣曝氣技術，精確控制溶解氧、可變生物反應區。

2.2 進出水水質

以某焦煤制輕烴項目排放的輕烴化工綜合污水進行中試試驗研究，進水采用該廠的綜合調節池出水，進出水水質指標見表1。中試裝置設計流量5～10 m3/h，排放執行GB 8978—1996《污水綜合排放標準》石油化工工業二類一級A 標準［3］。

表1 CNO 一體化工藝技術中試裝置設計進出水水質mg/L

3 結果與討論

3.1 水質分析

本試驗以合成輕烴污水為主，兼有造氣循環水排污水、甲醇精餾污水、低溫甲醇清洗污水、煤氣加壓污水以及廠內的生活污水，污水經預處理后在調節池混合，本試驗進水水質即為調節池出水水質。由表1 可以看出，其主要污染物為有機污染物、NH3－N、揮發酚和氰化物等，根據日常運行數據統計，各水質指標主要為：CODCr為1 000～1 200 mg/L，BOD5為350～500 mg/L，NH3－N 為100～120 mg/L，氰化物為50～60 mg/L，揮發酚為28～35 mg/L。設計取值見表1。

采用表1 設計的進水水質，估計TN 值為150 mg/L，水質分析為BOD/COD＝0.42，BOD/TN＝3.33，COD/TN＝8。BOD/COD≥0.35，污水可生化性好，BOD/TN＜4，COD/TN≤8，碳氮比較低，需要補充碳源完成硝化、反硝化除氮。

考慮本次輕烴合成污水的特點，以及石油化工污水水質成分復雜，常含有毒性大且抑制生物降解的高濃度成分的特點［1］，CNO 一體化工藝技術中試裝置必須考慮對CODCr、NH3－N、酚類、氰類及其他污染因子均有有效的去除效果。本試驗僅對CODCr、BOD5、NH3－N、揮發酚和氰化物進行數據分析。

CNO 一體化工藝技術中試裝置4 個工藝段設計去除率見表2。

表2 CNO 一體化工藝技術中試裝置4 個工藝段設計去除率

3.2 中試裝置運行效果

本試驗對CNO 一體化工藝技術中試裝置的生化處理工段和固氮脫碳氮堿性濾池工段的數據進行分析。運行水量設置為5～10 m3/h，24 h 連續運行。試驗數據統計時間為2021 年5 月至2021 年7 月，采用每周的平均數據進行分析，共12 周。進出水趨勢分析見圖2。

圖2 CNO 一體化工藝技術中試裝置生化處理工段和固氮脫碳氮堿性濾池工段進出水趨勢

由圖2 可知，生化處理工段：CODCr進水1 050 mg/L左右，出水145 mg/L 左右；BOD5進水430 mg/L 左右，出水26 mg/L 左右；NH3－N 進水115 mg/L 左右，出水30 mg/L 左右；氰化物進水55 mg/L 左右，出水5 mg/L左右；揮發酚進水28 mg/L 左右，出水3 mg/L 左右。固氮脫碳氮堿性濾池工段：CODCr進水145 mg/L 左右，出水45 mg/L 左右；BOD5進水26 mg/L 左右，出水12 mg/L 左右；NH3－N 進水30 mg/L 左右，出水3.5mg/L左右；氰化物進水5 mg/L 左右，出水0.4 mg/L 左右；揮發酚進水3 mg/L 左右，出水0.3 mg/L 左右。通過溶解氧在線監測儀表、物聯網＋智能控制系統，控制生化處理工段和固氮脫碳氮堿性濾池工段溶氣曝氣設備的運轉，試驗中分5 個點位監控溶解氧，分別為生化處理工段中的厭氧段、缺氧段、好氧段和固氮脫碳氮堿性濾池工段中的缺氧層、好氧層。厭氧段溶解氧濃度控制在0.1～0.5 mg/L，缺氧段溶解氧濃度控制在0.5～1.5 mg/L，缺氧層溶解氧濃度控制在0.5～1.0 mg/L，好氧段溶解氧濃度控制在1.5～2.5 mg/L，好氧層溶解氧濃度控制在1.5～2.2 mg/L。污水經過厭氧段、缺氧段、好氧段、缺氧層、好氧層的生化再生化及硝化再硝化、反硝化再反硝化的過程，高效循環利用了水中溶解氧和污泥內碳源，益于微生物的生存，微生物含量高，既節約曝氣量和藥劑量，又達到脫氮、除碳的雙重處理效果。

在進水水質、水量波動的情況下，出水水質基本穩定在GB 8978—1996《污水綜合排放標準》石油化工工業二類一級A 標準以內，且CODCr去除率在95%以上、BOD5去除率在97%以上、NH3－N 去除率在96%以上、揮發酚去除率在99%以上、氰化物去除率在99%以上。試驗結果表明，CNO 一體化工藝技術中試裝置處理合成輕烴為主的化工綜合污水效果佳，效率高。

3.3 運行成本分析

運行成本一般包括管理費、設備電耗、藥劑費及其他費用等。本試驗僅分析與設備運轉直接相關的電耗費用和藥劑消耗費用，其他費用如管理費、維修費、污泥外運費等均與運營管理公司及政策相關，與設備本身的關聯不大，故不做分析。

3.3.1 用電分析

分析3 個月的中試試驗數據，本試驗的CNO 工藝技術中試裝置總功率為3.0 kW，通過溶解氧在線監測儀表系統反饋和物聯網＋智能控制系統的操作，CNO 一體化工藝技術中試裝置附屬的用電設備每天運行時間約8 h，運行水量為5～10 m3/h，計算耗電量為19.2（kW·h）/d，折合耗電量為0.08（kW·h）/t 水，電費按0.7 元/（kW·h）（峰、谷、平三者估計平均值）計算，為0.056 元/t 水。

一般中大型的污水處理廠在不含污泥處理設備用電、加藥裝置設備用電、辦公室用電、維修用電、基本電費的情況下，處理成本一般為0.07～0.15 元/t水，例如《給水排水設計手冊（第五冊）》［4］中P363 記錄長沙第二污水處理廠電耗為0.106（kW·h）/t水，合0.074 2 元/t 水。計算比能耗（一般按BOD5計）指標為0.5（kW·h）/kg。《給水排水設計手冊（第五冊）》［4］中P375 記錄部分方法的能耗為1.2～4.86（kW·h）/kg。噸水電耗與水量、進出水水質和使用工藝及配套設備均有關系。經過對比，CNO 一體化工藝裝置運行電耗低。

3.3.2 藥劑消耗分析［5］

本試驗藥劑消耗分析見表3。

表3 藥劑消耗mg/L

本試驗補充碳源采用的是葡萄糖配置液，磷酸鈉采用桶裝液體，根據水質情況間斷投加。消毒工段未投加藥劑消毒，裝置產水直接排入試驗場地的污水廠監控消毒池。試驗藥劑使用量少，相對于一些集團集體采購或大批量采購的企業，藥劑零售采購價格偏高，且藥劑投加量的多少與水質指標相關，故本次不計算噸水藥劑費用。

4 結論

本試驗結果表明：

（1）CNO 一體化工藝技術對合成輕烴化工綜合污水中的高濃度有機污染物、高氨氮、氰化物、揮發酚及其含有的難降解難生化物質有良好的處理效果。

（2）CNO 一體化工藝處理輕烴化工混合污水，出水水質指標可以達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》石油化工工業二類一級A 標準，為CODCr≤50 mg/L，去除率≥95%；BOD5≤12 mg/L，去除率≥97%；NH3－N≤4 mg/L，去除率≥96%；揮發酚≤0.3 mg/L，去除率≥99%；氰化物≤0.4 mg/L，去除率≥99%，出水水質穩定。

（3）CNO 一體化工藝中試裝置可根據水質、水量和溶解氧的變化情況精準控制設備運行，噸水電耗低，本次污水處理電耗為0.056 元/t 水。

因此，CNO 一體化工藝應用于合成輕烴化工綜合污水，單位能耗低，系統運行穩定，適應能力強，出水水質穩定達標。