馬羽飛，梅慧瑞，張新國，許建民，肖盼，趙正達(dá)，饒啟陶，劉青

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)保技術(shù)有限公司，哈爾濱 150006）

工程實(shí)例

寧夏某煤化工園區(qū)污水處理工藝設(shè)計

馬羽飛，梅慧瑞，張新國，許建民，肖盼，趙正達(dá)，饒啟陶，劉青

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)保技術(shù)有限公司，哈爾濱 150006）

以寧夏某煤化工園區(qū)內(nèi)各企業(yè)排放的經(jīng)處理達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級排放標(biāo)準(zhǔn)的污水為研究對象，根據(jù)煤化工污水的特點(diǎn)，在進(jìn)行深入調(diào)查、研究的基礎(chǔ)上，確定以生物強(qiáng)化穩(wěn)定床-兩相MSBR池-臭氧氧化塔-SBAF反應(yīng)器為主體工藝的設(shè)計方案。最終達(dá)到污水全部回收利用的目的。詳細(xì)介紹了該工程工藝流程及工藝特點(diǎn)。

煤化工；難降解污水；兩相MSBR工藝；臭氧氧化；SBAF工藝

1 工程概況

寧夏某煤化工園區(qū)建有水煤漿氣化制合成氨、尿素聯(lián)產(chǎn)甲醇、二甲醚和甲醇、抗氧劑、硬脂酸鈣、混合助劑、煤基多聯(lián)產(chǎn)、乙炔、醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇和聚四氫呋喃等煤化工裝置。為解決該煤化工園區(qū)的工業(yè)污水和生活污水，需建設(shè)1座煤化工園區(qū)污水處理廠，將園區(qū)內(nèi)各公司、企業(yè)排出的經(jīng)處理達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)污水和生活污水進(jìn)一步處理，達(dá)到景觀、綠化用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，再利用。

2 污水來源及進(jìn)、出水水質(zhì)

本工程污水來源為：①水煤漿氣化技術(shù)制合成氨、甲醇、二甲醚等煤化工生產(chǎn)裝置；②抗氧劑、硬脂酸鈣等化工助劑裝置；③煤基多聯(lián)產(chǎn)、煤制乙炔、煤制醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇、聚四氫呋喃等煤化工生產(chǎn)裝置。上述裝置產(chǎn)生的污水首先經(jīng)過各企業(yè)內(nèi)部的預(yù)處理，達(dá)到GB 8978—1996三級排放標(biāo)準(zhǔn)后，一并進(jìn)入本工程污水處理廠再做進(jìn)一步處理，最終出水水質(zhì)達(dá)到GB/ T 18921—2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》中水景類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，出水做景觀、綠化用水。

本工程污水設(shè)計規(guī)模為5 000 m3/d。主要進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 污水處理工藝

3.1 處理工藝選擇

煤化工污水以煤氣洗滌污水為主，是一種典型的有毒有害且含有難降解有機(jī)化合物的工業(yè)污水。目前對于煤化工污水，國內(nèi)一般采用預(yù)處理-生化處理-深度處理的工藝路線［1-2］。預(yù)處理工藝主要有：隔油、氣浮等；生化處理工藝主要有：AO工藝、PACT法、載體流動床生物膜法（CBR）、厭氧生物法、厭氧-好氧生物法等；深度處理工藝主要有：混凝沉淀技術(shù)、固定化生物技術(shù)、吸附法、催化氧化法及膜處理技術(shù)等。

根據(jù)本工程進(jìn)水水質(zhì)及出水要求，煤化工污水中殘留一定濃度的氰化物、氟化物、苯胺類及總砷、總錳等一些重金屬元素。此類有毒有害物質(zhì)，首先要考慮在預(yù)處理階段去除，降低其對生化處理的沖擊。在預(yù)處理段采用水解酸化工藝，提高了污水的可生化性，減輕了好氧系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷。煤化工污水中化工助劑、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇、聚四氫呋喃等裝置排放的污水，需要采用高級氧化技術(shù)進(jìn)行深度處理，以提高污水的可生化性，保證有機(jī)污染物的徹底去除。原水的污染物濃度較低，ρ（CODCr）≤500 mg/L，ρ（BOD5）≤300 mg/L，出水要求ρ（BOD5）≤6 mg/L，因此應(yīng)選擇適合工業(yè)污水深度處理的生化處理工藝。煤化工污水二級生化出水殘余CODCr濃度較高，而CODCr構(gòu)成成分主要是疏水性有機(jī)酸（HoA，約占45%）和親水性有機(jī)酸（HiA，約占26%），其來源主要為微生物殘體經(jīng)酶分解、氧化、微生物合成等過程生成的代謝產(chǎn)物，具體物質(zhì)包括水溶性的腐殖酸（HA）和富里酸（FA）以及不溶于水的胡敏酸。這些物質(zhì)不能夠直接進(jìn)行進(jìn)一步的生化降解或降解時間非常漫長，故形成生化出水殘余物。對于化工污水生化出水殘余物的去除，目前比較有效的手段是采用·OH進(jìn)行氧化［3］，既去除污染物又可解決色度的問題。

污水處理廠出水對NH3-N和TN有較嚴(yán)格的要求，需要采用具有生物脫氮功能的生化處理工藝。

污水處理廠出水要求SS質(zhì)量濃度低于10 mg/ L，因此設(shè)置過濾單元。

3.2 處理工藝流程

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 Process flow of sewage treatment

混合污水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，池內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)攪拌以防止懸浮物沉淀，并使水質(zhì)均勻。當(dāng)來水pH值異?；駽ODCr濃度較高時，來水切換流入事故水緩沖池暫時儲存，甚至切斷進(jìn)水。事故池內(nèi)污水按小流量用泵送至調(diào)節(jié)池。

調(diào)節(jié)池出水提升到水解酸化池，優(yōu)化水質(zhì)結(jié)構(gòu)。去除部分有機(jī)物，分解大分子有機(jī)物，改善污水可生化性，促進(jìn)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3-N。

水解酸化池出水自流進(jìn)入生物強(qiáng)化穩(wěn)定床。進(jìn)一步吸附、攔截生物抑制性污染物，消除其對后續(xù)生化處理的不良影響。

生物強(qiáng)化穩(wěn)定床出水自流進(jìn)入兩相MSBR池，完成大部分有機(jī)物降解和NH3-N的去除。MSBR池出水經(jīng)提升輸送到臭氧氧化塔進(jìn)行有機(jī)污染物的高級氧化分解，氧化塔出水自流到中間水池，再經(jīng)泵提升至SBAF池，污水中剩下的有機(jī)污染物大部分為可生化性較低的有機(jī)污染物，在SBAF池中被進(jìn)一步降解去除，以降低化學(xué)氧化的處理成本。

SBAF池出水進(jìn)入轉(zhuǎn)盤過濾器過濾，攔截污水中SS并降低濁度，確保出水達(dá)標(biāo)。濾池出水自流到接觸消毒池，經(jīng)消毒后達(dá)標(biāo)回用。

3.3 設(shè)計特點(diǎn)

（1）污水預(yù)處理階段采用水解酸化工藝，既提高了污水可生化性，又能減少污泥產(chǎn)量，增強(qiáng)整個系統(tǒng)對有機(jī)物和懸浮物的去除效果。而生物強(qiáng)化穩(wěn)定床則以微生物控制進(jìn)程技術(shù)及微生物絮凝技術(shù)［4］為理論基礎(chǔ)，通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，集解毒（去除有毒有害物質(zhì)）、反硝化、稀釋、消泡等功能于一體，減輕了污水中有毒物質(zhì)對生物處理的沖擊。

（2）根據(jù)本文對出水水質(zhì)的要求，污水需經(jīng)二級處理并需脫氮，因此采用具有脫氮能力兩相MSBR［5］完成去除有機(jī)物及NH3-N的目的。整個系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)出水，大大提高了容積利用率。其中一相MSBR池主要完成脫碳（去除有機(jī)物），二相MSBR池通過形成同步硝化-反硝化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)NH3-N的高效去除。內(nèi)部填料采用卍字形嵌套填料［6］，這種填料在曝氣氣泡的攪動情況下，呈現(xiàn)出高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，使得填料在形成自轉(zhuǎn)的同時，能夠上下翻騰，提高了傳質(zhì)效果、不會形成堆積結(jié)塊，并且填料的高速自轉(zhuǎn)會使死膜及時脫落，加速生物的新陳代謝。

（3）深度處理采用臭氧氧化-SBAF［7］工藝。對生化處理出水中殘余CODCr采用臭氧氧化進(jìn)行處理，降低污水CODCr濃度，去除色度。之后污水進(jìn)入SBAF池截留SS和利用表層生物膜吸附、降解去除絕大部分有機(jī)污染物。SBAF與傳統(tǒng)BAF的不同之處是采用軟性濾料，兩組切換運(yùn)行的方式可同時實(shí)現(xiàn)過濾與吸附的功能，大大提高有機(jī)物和SS去除率。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）水解酸化池。1座，鋼筋砼結(jié)構(gòu)，尺寸為13.5 m×12.5 m×11.0 m，有效水深為9.5 m，水力停留時間為6 h，CODCr容積負(fù)荷為2.0 kg/（m3·d）。

（2）生物強(qiáng)化穩(wěn)定床。2套，EBS2500型，單套處理量為105 m3/h，配攪拌器，單套電機(jī)功率為18.5 kW。

（3）MSBR池。2座，鋼筋砼結(jié)構(gòu)，尺寸為31.8 m×17.2 m×6.0 m，有效水深為5.0 m，水力停留時間為24 h，污泥負(fù)荷為0.075 kg［BOD5］/（kg［MLSS］·d），容積負(fù)荷為0.261 kg［CODCr］/（m3·d），反硝化負(fù)荷為0.055 kg［NO3--N］/（kg［MLVSS］·d），污泥齡為52 d，平均污泥質(zhì)量濃度為3 500 mg/L，需氧量為3 720 kg［O2］/d，需供空氣量為76 m3/min，干污泥量為311.2 kg/d，濕污泥量為39 m3/d（含水率99.2%）。設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)16臺，功率為2.2 kW，旋流曝氣器96臺（進(jìn)口設(shè)備），鼓風(fēng)機(jī)3臺，風(fēng)量為37.97 m3/min，風(fēng)壓為70 kPa，功率為75 kW；氣提回流裝置4臺，流量為105 m3/（h·臺）；污泥泵5臺，流量為30 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為3.7 kW；恒水位潷水器8套，流量為210 m3/（h·套）；卍字形鑲嵌生物填料350m3；高級氧化提升泵3臺，流量為110 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為15 kW。

（4）臭氧氧化工藝。臭氧氧化塔1臺，鋼制內(nèi)襯防腐，尺寸為φ3.8 m×6.5 m；臭氧發(fā)生器2套，臭氧投加量為2.5 kg/（h·臺）。

（5）SBAF池。SBAF反應(yīng)器6套，尺寸為φ4.5 m×6.5 m，停留時間為2 h，容積負(fù)荷為0.42 kg［BOD5］/（m3·d），需供空氣量為10.5 m3/min。

5 工程設(shè)計效果預(yù)測

本工程主要污水處理單元預(yù)測效果如表2所示。

表2 主要污水處理單元的處理效果Tab.2 Effect of main sewage treatment unit

6 結(jié)語

（1）采用生物強(qiáng)化穩(wěn)定床-兩相MSBR-臭氧氧化-SBAF處理煤化工污水，出水水質(zhì)達(dá)到GB/T 18921—2002中水景類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出水可作為做景觀、綠化用水。

（2）本工程建成投運(yùn)后，預(yù)測每年可去除CODCr約821.3 t，SS約711.8 t，NH3-N約75.7 t，TN約100.4 t，不僅能改善當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，而且提高了水資源綜合利用率，減輕水體污染，實(shí)現(xiàn)有限水資源的可持續(xù)利用。本工程能夠提供回用水175萬t/a，中水水價按2.5元/t計，每年可節(jié)約437.5萬元的綠化供水費(fèi)用。本工程不僅可以產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益，同時也可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］于海，孫繼濤，唐峰.新型煤化工廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（3）：1-5.

［2］黃開東，李強(qiáng)，汪炎.煤化工廢水“零排放”技術(shù)及工程應(yīng)用現(xiàn)狀分析［J］.工業(yè)用水與廢水，2012，43（5）：1-6.

［3］朱秋實(shí)，陳進(jìn)富，姜海洋，等.臭氧催化氧化機(jī)理及其技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2014，33（4）：1010-1014.

［4］常青.水處理絮凝學(xué)：第二版［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［5］許建民.一種兩相恒水位連續(xù)流 SBR反應(yīng)池及工藝：CN 104085989A［P］.2014-10-08.

［6］許建民.一種用于污水處理的卍字形嵌套填料及其制作方法：ZL201210129496［P］.2012-08-08.

［7］許建民.一種曝氣生物濾池及工藝：CN 104058499A［P］.2014-09-24.

Design of sewage treatment process of a coal chemical industrial park in Ningxia province

MA Yu-fei，MEI Hui-rui，ZHANG Xin-guo，XU Jian-min，XIAO Pan，ZHAO Zheng-da，RAO Qi-tao，LIU Qing
（HIT Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Harbin 150006，China）

Take sewage discharged from enterprises in a coal chemical industrial park of Ningxia province which had achieved the requirement of grade 3 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard as the research object，based on the characteristics of coal chemical industrial sewage，the design scheme that adopting biochemical enhancement stabilization bed-two phase MSBR tank-ozone oxidation tower-SBAF reactor as the main process was determined based on the in-depth investigation and research.The purpose of sewage total recycling was finally achieved.The process flow and characteristics of the said engineering were introduced in detail.

coal chemical industry；hard-degradable sewage；two-phase MSBR process；ozone oxidation；SBAF process

X784.031

B

%1009-2455（2016）05-0064-03

馬羽飛（1984-），男，北京人，工程師，本科，主要從事污水處理工藝設(shè)計，（電子信箱）hagongmyf@126.com。

2016-06-12（修回稿）