鲁奇炉煤化工废水处理工艺及运行效果

本文研究介绍了新疆某煤化工企业污水处理厂的工艺流程、处理单元及其设计参数，分析评价了该污水处理厂的处理效果及出水指标，整体工艺流程对COD、氨氮、酚类的平均去除率分别为96.1%、99.3%、99.9%，出水平均COD、氨氮、酚类分别为59、0.84、0.28 mg/L，其中酚氨回收废水经处理后总氮的平均去除率达到82.5%，出水平均总氮为31 mg/L，除离子污染物外各项指标均优于《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T 3923—2007）中的水质标准要求。

煤制气技术是将煤炭气化为合成气，用作多种具有高附加值的化工产品、液体燃料（甲醇、F-T合成燃料、二甲醇、城市煤气、氢气等）原料的技术。目前，该技术主要分为固定床、流化床和气流床3种，鲁奇加压固定床气化炉对高水分高灰分的低阶煤有很好的气化效果，其具有生产能力大、原料煤制备工艺简单、投资少、消耗低、技术成熟可靠的特点。但鲁奇气化炉对煤化工废水处理的工序复杂，环保问题较多，排放废水水质成分复杂、污染物浓度高，含有大量的酚类、烷烃类、芳香烃类、氨氮、氰化物和有机含氮化合物等物质，具有高色度和高浊度的特点。废水经过酚氨回收处理后，COD、总酚、总氮分别为2 000~6 000、300~800、100~300 mg/L，B/C为0.25~0.35。

当前对鲁奇炉煤化工废水的治理技术路线主要由预处理、生物处理、深度处理3个部分组成。其中，预处理主要为汽提脱氨、萃取脱酚和除油；生物处理一般采用厌氧-缺氧-好氧的组合处理技术；深度处理主要包括混凝沉淀、吸附技术、高级氧化、膜分离等。但基本都存在生物处理出水有机物浓度高、污染物去除不彻底、深度处理费用高等问题，经过多次改造后也未能达到较好的效果，对后续回用及零排放系统产生较大影响。

新疆某煤化工企业采用隔油-两级气浮-水解酸化-BCR工艺预处理酚氨回收废水，采用水解酸化-UASB预处理芳烃废水，采用A/O-混凝气浮-臭氧氧化-BAF-过滤-活性炭吸附的组合工艺对预处理后的混合废水进行联合处理，通过比较该企业污水处理厂的设计参数及运行状况，分析各污染物的去除效果及达标情况，以期为同类废水处理工程工艺设计及提标改造提供一定的理论基础。

1 煤化工企业概况及污水处理流程

该煤化工企业采用碎煤加压气化技术生产甲醇（90万t/a）、1，4-丁二醇（30万t/a）、燃料油（70万t/a），副产物有硫酸、焦油、粗酚、硫铵等。废水排放总量为453.2 m3/h，废水的分类、水质、水量见表1。

废水处理工艺流程见图1。

2 污水处理工艺及各单元设计参数

01 酚氨回收废水预处理单元

酚氨废水调节池对酚氨回收废水进行缓冲储存，尺寸55 m×25 m×7.7 m，水力停留时间（HRT）为24 h；隔油沉淀池共4座，并联运行，单座尺寸28.3 m×7 m×76.2 m；一级气浮池共3座，并联运行，单座尺寸16 m×4.5 m×4.2 m；二级气浮池共3座，并联运行，单座尺寸为16 m×4.5 m×4 m；水解酸化池共2座，并联运行，设计采用折流式水解酸化污泥床，单座尺寸37.5 m×26.6 m×8.3 m，池内挂载生物填料，HRT=40 h。

BCR工艺是一种采用高效脱氮分批次多循环活性污泥法的技术，采用分批次多循环运行周期：（进水→曝气→搅拌）→（曝气→搅拌）→（曝气→搅拌）→重复多次（曝气→搅拌）步骤→沉淀→滗水→闲置，相比于传统生物脱氮需要大比例的硝化液回流，能够充分利用原水中的有机物作为反硝化的碳源，有效节省碱度和碳源的投加，降低系统运行成本，同时可根据排污状况自由调整运行周期。BCR反应池共4座，并联运行，单座尺寸80 m×22 m×9 m，HRT=140 h。每座BCR反应池配套16台充氧效率高、免维护的碟式射流曝气器。

02 芳烃废水预处理单元

芳烃废水中含有高浓度的有机酸、醇类、酮类等，采用水解酸化-UASB对该废水中的有机物进行预降解，降低后续处理系统的处理负荷。采用1座厌氧水解池，尺寸15.5 m×6.2 m×8.65 m，池内挂载生物填料，HRT=16 h。采用6座UASB厌氧反应池，并联运行，单座尺寸10.5 m×5.5 m×8.65 m，HRT=56 h。每座UASB厌氧反应池配有1套布水系统、三相分离器、收水系统和循环系统。UASB设计跨越管线至BCR反应池，补充反硝化所需的碳源。

03 综合生物处理单元

经过预处理后的酚氨回收废水、芳烃废水与低温甲醇废水、甲醇精馏废水、1，4-丁二醇废水、生活化验废水及其他废水等在混合废水调节池内调节水质水量，然后提升进入A/O反应池。

混合废水调节池尺寸25 m×7 m×7.7 m，HRT=2 h。

A/O反应池，4座，并联运行，单座尺寸70 m×15 m×7.5 m，池内挂载生物填料，HRT=48 h（A:O=1:2.5），硝化液回流比200%。运行时污泥质量浓度维持在2 000~4 000 mg/L，A段DO≤0.2 mg/L，O段DO为2~4 mg/L。

04 深度处理单元

（1）混凝气浮池，2座，并联运行，单座尺寸20 m×7 m×4.35 m，配有PAC加药装置、PAM加药装置各1套。

（2）臭氧氧化池，1座，尺寸25 m×8 m×6.5 m，HRT=2 h。配套3台12 kg/h氧气源臭氧发生器，2用1备。

（3）BAF池，8座，并联运行，单座尺寸6 m×6 m×6 m，HRT=1.5 h，池内填装火山岩、陶粒等填料，填料高度2.5 m。

（4）快滤池，8座，并联运行，单座尺寸6 m×4 m×5.6 m，滤速6.25 m/h，滤料填装高度1.2 m。

（5）活性炭过滤器，6台，并联运行，单台尺寸D3.2 m×5 m，滤速12.5 m/h，活性炭填装高度1.5 m。活性炭过滤器设计跨越管线，正常运行时快滤池出水直接至回用水池。

05 污泥脱水单元

气浮池产生的浮渣、BCR和A/O反应池产生的剩余污泥经收集后汇入污泥储池，然后送入污泥浓缩池进行浓缩处理。污泥浓缩池共两座，并联运行，单座尺寸D9 m×5.5 m，固体负荷为45 kg/（m2·d）。合计绝干污泥量为5 580 kg/d，采用2台处理量为32 m3/h带式压滤机进行污泥脱水，脱水污泥含水率≤85%，运行周期为8 h。

3 运行效果

污水处理厂满负荷运行后，2018年4~6月期间进行了连续取样分析，采样点为各处理单元中的主要工艺，测定具体指标为COD、氨氮、总氮、酚。

01 酚氨回收废水预处理单元的运行效果

酚氨回收废水含有较高浓度的COD、氨氮、酚类，平均质量浓度分别为1 515、122、315 mg/L。经隔油、气浮、水解酸化、BCR等处理工艺处理后，COD、氨氮、酚类的平均去除率分别达到79.1%、91%、82%。其中水解酸化工艺后出现了总酚浓度的增长，这是由于鲁奇炉气化废水中酚主要以苯酚为主，但仍含有一定量的多元酚和苯酚酯，在缺氧条件下，利用兼氧菌将其水解为单元酚和有机酸，增加了酚类的质量浓度。经取样检测，BCR反应池出水中总氮、总酚分别为21~43、31~86 mg/L，酚氨回收废水预处理单元对总氮、总酚的去除率分别为74.1%~88.3%、75%~90.4%。

02 综合生物处理及深度处理单元的运行效果

考察综合生物处理及深度处理单元对COD、氨氮的处理效果，结果表明，混合废水的COD、氨氮分别为173~501、3~18 mg/L，经综合生物处理及深度处理单元处理后出水COD、氨氮分别为31~100、0.1~2.9 mg/L。COD、氨氮去除率分别为61.3%~92.6%、64.3%~99.3%，基本能够达到《循环冷却水用再生水水质标准》中的水质标准要求。本工程处理工艺流程中，COD、氨氮、酚类的变化见图2。

由图2可知，处理工艺流程中A/O工艺对COD的去除效果不明显，平均COD去除率仅为24.2%。经过混凝气浮-臭氧氧化-BAF-过滤-活性炭工艺处理后，最终出水平均COD、氨氮、酚类分别达到59、0.84、0.28 mg/L。综合生物及深度处理单元对COD、氨氮、酚类的去除率分别达到79.7%、90.3%、99.6%。

4 运行过程中存在问题与建议

01 系统中存在的主要问题

污水处理厂中A/O工艺运行效果欠佳，未能达到常规A/O工艺对COD的去除率（80%以上）。分析原因主要是经BCR处理后酚氨回收废水中BOD浓度较低，B/C仅为0.11，可生化性极差。同时，因市场环境影响，企业内甲醇制芳烃装置生产负荷低，未能排放足量的芳烃废水，导致A/O工艺长期在低负荷条件下运行，池内丝状菌大量繁殖，造成污泥膨胀，引起二沉池泥水分离效果不佳。通过投加混凝剂后，混凝气浮的出水COD可达到107 mg/L，说明二沉池出水带泥影响了COD的检测。

本工程最终排水水质需达到《循环冷却水用再生水水质标准》中的要求，但该组合工艺对离子污染物没有去除效果，需与反渗透产水勾兑稀释离子浓度后回用，而排放废水的水质易受来水及操作等因素影响，可能会对生产设备造成损害。

02 对系统运行的建议

（1）进一步优化A/O工艺的运行条件，建议可减少运行系列，提高A/O工艺处理负荷，防止丝状菌过度繁殖，同时引入部分未经预处理的芳烃废水改善来水水质，新疆某煤制烯烃项目排放废水水质与本工程芳烃废水类似，采用A/O工艺对COD的去除率可达到96.2%，对氨氮的去除率达到了98.5%。

（2）本工程氮素污染物主要来源于酚氨回收废水，经过BCR处理后废水中平均总氮为31 mg/L，远优于回用水质要求，且A/O反应池内挂载了生物填料，建议取消硝化液回流，将A/O工艺转化为水解酸化-生物接触氧化的生物膜反应器，采用兼氧-好氧组合的生物膜处理系统，具有抗冲击负荷能力强、总停留时间短、处理效果好等特点。

（3）建议将排放废水经反渗透脱盐处理后回用，反渗透产生的浓水送至零排放系统进一步处理，可减少系统运行和环境风险。

5 结论

（1）采用隔油-两级气浮-水解酸化-BCR的工艺预处理酚氨回收废水具有较好的预处理效果，对COD、氨氮、总氮、总酚的平均去除率分别达到79.1%、91%、82.5%、82%，出水平均COD、氨氮、总氮、总酚分别为314、10、31、54 mg/L，大幅降低了后续处理系统的运行负荷，较低的总氮浓度有利于减少零排放系统中的杂盐量。

（2）采用A/O-混凝气浮-臭氧氧化-BAF-过滤-活性炭的工艺处理混合废水，污水处理厂整体工艺流程对COD、氨氮、酚类的总去除率分别达到96.1%、99.3%、99.9%，出水平均COD、氨氮、酚类分别为59、0.84、0.28 mg/L，除离子污染物外达到《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T 3923-2007）中的要求。

（3）本工程中主要处理工艺为厌氧-水解-BCR-A/O-BAF的组合生物处理技术，承担了大部分有机物、氨氮、总氮的处理负荷，充分发挥了各工艺技术的运行优势，具有较高的处理效率和较低的运行成本，是鲁奇炉煤化工废水处理技术创新所在。