成學(xué)禮，喬 華，紀(jì)欽洪

（1.中海油大同煤制氣項(xiàng)目組，山西 大同037100；2.中海油研究總院有限責(zé)任公司新能源研究中心，北京100028）

廢水的處理與利用是現(xiàn)階段煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重大環(huán)保問題[1-2]，為滿足2015 年環(huán)保部在《現(xiàn)代煤化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境準(zhǔn)入條件（試行）》中提出的要求，2016 年以來獲得環(huán)保部環(huán)評批復(fù)的煤化工項(xiàng)目多數(shù)選擇高濃鹽水分質(zhì)結(jié)晶技術(shù)處理煤化工廢水。近年來，以煤為原料制取天然氣的項(xiàng)目多選用碎煤加壓氣化工藝[3]，而碎煤加壓氣化所產(chǎn)生的廢水含酚高、氨氮高、可生化性低，成為制約這一工藝應(yīng)用的瓶頸之一。中國海洋石油集團(tuán)有限公司擬在山西大同建設(shè)40 億m3/a 煤制氣項(xiàng)目，為了驗(yàn)證碎煤加壓氣化廢水處理工藝方案的可行性，考察碎煤加壓氣化廢水污染物的降解過程，中海油大同煤制氣項(xiàng)目組在內(nèi)蒙古某煤氣化公司廠內(nèi)設(shè)計建設(shè)了一套廢水負(fù)荷為3 m3/h的試驗(yàn)裝置，采用水解酸化+生化A/O 工藝來處理酚氨回收后的碎煤加壓氣化廢水，并通過一系列試驗(yàn)來考察廢水中污染物降解效果。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置

按照進(jìn)水COD 質(zhì)量濃度3 500 mg/L 設(shè)計廢水處理能力為3 m3/h 試驗(yàn)裝置，廢水處理試驗(yàn)裝置流程示意圖見圖1。其中：水解酸化池有效池容為75 m3，設(shè)計停留時間25 h；A 池（缺氧池）有效池容為90 m3，設(shè)計停留時間30 h；O 池（好氧池）有效池容為180 m3，設(shè)計停留時間60 h。水解酸化池從末端設(shè)置污泥回流和混合液回流到水解酸化池前端，O 池設(shè)置污泥回流和混合液回流到A 池。

圖1 廢水處理試驗(yàn)裝置流程示意圖

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用廢水引自內(nèi)蒙古某煤氣化公司酚氨回收后的碎煤加壓氣化廢水。典型的參數(shù)如下：COD 質(zhì)量濃度1 580 mg/L～3 910 mg/L、總酚質(zhì)量濃度350 mg/L～550 mg/L、氨氮質(zhì)量濃度80 mg/L～210 mg/L、總氮質(zhì)量濃度150 mg/L～450 mg/L。

為了保持試驗(yàn)進(jìn)水的穩(wěn)定，從廢水處理廠的綜合調(diào)節(jié)池取水，并在試驗(yàn)裝置的入口設(shè)置緩沖池，使試驗(yàn)裝置接入廢水的COD 質(zhì)量濃度維持在2 500 mg/ L～2 700 mg/L。

1.3 污泥接種

水解酸化池的污泥，采用廢水處理廠的上流式厭氧污泥床（UASB）裝置的厭氧污泥進(jìn)行接種；生化A/O池的污泥，采用廢水處理廠的生化A/O 池剩余污泥進(jìn)行接種。

維持水解酸化池的pH 在6 以下，用于控制甲烷菌的生長，A 池的溶解氧（DO）質(zhì)量濃度控制在0.2 mg/L以內(nèi)，O 池的DO 質(zhì)量濃度控制在4 mg/L～5 mg/L。

污泥接種后，水解酸化池和生化A/O 池運(yùn)行3 個月，活性污泥充分適應(yīng)了廢水的特性。污泥生長旺盛，特征菌團(tuán)飽滿、健壯、有活力。

污泥接種馴化期間，試驗(yàn)裝置進(jìn)水量在3 m3/h，水解酸化混合液回流量在8 m3/h，A/O 池的混合液回流量在9 m3/h，A/O 池內(nèi)的混合液懸浮固體（MLSS）質(zhì)量濃度達(dá)到3 500 mg/L 以上，污泥培養(yǎng)完成，進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 停留時間變化對水解酸化過程的影響

有效池容不變的情況下，通過改變裝置進(jìn)水的負(fù)荷，改變水解酸化池水力停留時間，通過分析水解酸化池出水的COD 來考察水解酸化過程。

1.4.2 停留時間對A/O 生化過程的影響

保持水解酸化池進(jìn)水水質(zhì)平穩(wěn)，進(jìn)水量在4.0 m3/h穩(wěn)定運(yùn)行，在水解酸化池出水進(jìn)入A/O 池前增加旁路，用于調(diào)節(jié)A/O 池進(jìn)水量。通過改變A/O 池的進(jìn)水負(fù)荷，改變A/O 池的水力停留時間，通過分析A/O 池出水COD 來考察生化降解過程。

1.4.3 混合液回流量對氨氮、總氮降解的影響

維持水解酸化池和A/O 池進(jìn)水水質(zhì)平穩(wěn)，進(jìn)水負(fù)荷在3 m3/h 下穩(wěn)定運(yùn)行。通過改變A/O 裝置的混合液回流量，分析A/O 池進(jìn)水和出水的氨氮、總氮來考察生化處理效果。

1.5 分析方法

分析方法參照《水和廢水檢測分析方法》（第四版）[4]，COD：重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)法；氨氮：納氏試劑分光光度法；總氮：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。

2 結(jié)果與探討

2.1 停留時間變化對水解酸化過程的影響

保持水解酸化池進(jìn)水水質(zhì)平穩(wěn)，通過調(diào)節(jié)水解酸化池的進(jìn)水負(fù)荷來調(diào)節(jié)停留時間，考察水解酸化池水力停留時間與進(jìn)、出水COD 的關(guān)系，結(jié)果見表1。

由表1 可知，維持進(jìn)水水質(zhì)平穩(wěn)的情況下，當(dāng)水力停留時間超過19.2 h，出水COD 開始下降，當(dāng)停留時間高于22.7 h，出水COD 下降的明顯，說明被降解的污染物較多；當(dāng)水力停留時間超過35.7 h，COD 降解效果逐漸趨緩，說明污染物降解過程有水解段、產(chǎn)酸段，因此，水解酸化池較合適的水力停留時間在

表1 水解酸化池水力停留時間與進(jìn)、出水COD 關(guān)系

22.7 h～35.7 h。

2.2 停留時間變化對A/O 生化過程的影響

維持水解酸化池運(yùn)行狀態(tài)不變，保持A/O 生化池進(jìn)水水質(zhì)平穩(wěn)，通過調(diào)節(jié)生化A/O 池的進(jìn)水負(fù)荷來調(diào)節(jié)水力停留時間，考察A/O 池水力停留時間與進(jìn)、出水COD 的關(guān)系，結(jié)果見表2。

表2 A/O 池水力停留時間與進(jìn)、出水COD 關(guān)系

由表2 可知，隨著停留時間的增加，生化A/O 池出水的COD 呈下降趨勢，說明可生化有機(jī)物的降解程度隨著停留時間增加而增加；當(dāng)水力停留時間超過100 h 時，出水COD 的質(zhì)量濃度可以降到300 mg/L 左右；當(dāng)停留時間超過128.6 h 以后，出水COD 的下降趨勢趨緩，說明可生化有機(jī)物基本降解完成。

2.3 混合液回流量對降解氨氮、總氮的影響

維持水解酸化池、生化池進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)水負(fù)荷3 m3/h。調(diào)整生化A/O 池混合液回流量，考察生化A/O 池混合液回流量與進(jìn)、出水水質(zhì)結(jié)果見表3。

表3 生化A/O 池混合液回流量與進(jìn)、出水水質(zhì)

由表3 可知：（1）生化A/O 池出水氨氮基本保持不變，說明在好氧過程中，氨氮被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過程比較徹底。（2）生化A/O 池出水總氮隨回流量的增加而降低，但當(dāng)混合液回流量超過10 m3/h 時，出水總氮下降趨勢緩慢，說明在足夠碳源和活性污泥存在下，硝化和反硝化反應(yīng)較快，因而在前置反硝化的流程中，回流量為制約總氮去除率的主要因素?；旌弦夯亓髁吭?0 m3/h 以上，也就是回流比（混合液回流量/進(jìn)水量）在3.3 倍以上，A/O 池出水的總氮下降比較緩慢，因此維持3 倍左右的回流比，既可以最大限度地消解總氮，又能獲得比較經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行成本。

3 結(jié) 論

3.1 針對碎煤加壓氣化酚氨回收后廢水，水解酸化池較合適的水力停留時間在22.7 h～35.7 h。

3.2 隨著水力停留時間增加，生化A/O 池的出水水質(zhì)逐步變好。當(dāng)水力停留時間超過100 h，出水COD 質(zhì)量濃度可降低到300 mg/L 左右；當(dāng)水力停留時間超過128.6 h，增加停留時間對生化A/O 過程降解有機(jī)物的優(yōu)勢不再明顯。

3.3 生化A/O 池的混合液回流比對出水的總氮影響較大，維持3 倍左右的回流比，不僅能夠較好地完成硝化、反硝化過程，還能獲得較經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行成本。