章保

（東華工程科技股份有限公司，合肥 230024）

U-GAS粉煤流化床煤氣化廢水設(shè)計及運行實例

章保

（東華工程科技股份有限公司，合肥 230024）

針對某化工廠排放的U－GAS粉煤流化床煤氣化廢水成分復(fù)雜、有機物濃度高的特點，采用了預(yù)處理－IMC生化處理－臭氧氧化－曝氣生物濾池組合工藝。給出了主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)，闡述了工程設(shè)計技術(shù)特點。該工程運行結(jié)果表明，在進水CODCr、BOD5、NH3－N的質(zhì)量濃度分別為500、280、180 mg／L的條件下，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準的要求。

U-GAS粉煤流化床；煤氣化廢水；隔油沉淀；氣??；IMC工藝；臭氧氧化；曝氣生物濾池

煤氣化廢水的水質(zhì)因各企業(yè)使用的原煤成分及氣化工藝的不同而差異較大。目前，煤氣化廢水治理呈現(xiàn)“兩大兩高”的態(tài)勢，即廢水排放量大，處理難度大，污染物濃度高，運行成本高［1］。其中UGAS粉煤流化床連續(xù)氣化技術(shù)，煤種適應(yīng)范圍廣，適合褐煤、煙煤、無煙煤、焦粉等多種原料煤的氣化，解決了褐煤氣化這個難題，為我國褐煤的綜合開發(fā)和利用開辟了一條新路［2］。由于該氣化工藝在國內(nèi)應(yīng)用不多，截止2010年，SES公司的U－GAS技術(shù)在國內(nèi)只推廣應(yīng)用于3個煤化工項目［3］，故相應(yīng)的廢水處理工程成功實例并不多。針對U－GAS粉煤流化床煤氣化廢水的特點，尋求一種技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的處理方法具有較強的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

某化工廠建有500萬m3／d煤制氣項目、20萬t／a甲醇蛋白項目和30萬t／a甲醇項目，其中氣化裝置采用U－GAS粉煤流化床連續(xù)氣化技術(shù)。該廠主要廢水來源為各生產(chǎn)裝置的排放廢水，如煤氣化廢水、脫硫脫碳廢水、甲醇精餾廢水、中間罐區(qū)廢水及火炬廢水等。針對這些廢水的水質(zhì)特點，設(shè)計采用預(yù)處理－IMC生化處理－臭氧氧化－曝氣生物濾池的組合工藝。工程運行結(jié)果表明，廢水經(jīng)處理后可達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準的要求。

2 設(shè)計規(guī)模及進、出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計規(guī)模

本工程排出的主要廢水水量及水質(zhì)如表1所示。

考慮到初期污染雨水、消防事故水等也進入廢水處理站，同時預(yù)留一定的負荷余量，本工程廢水處理站設(shè)計規(guī)模為200 m3／h。

2.2 設(shè)計進、出水水質(zhì)

本項目主要廢水來源為煤氣化廢水，含少量其它工藝廢水。根據(jù)當?shù)丨h(huán)保要求，本項目要求排放水應(yīng)達到GB 8978—1996一級標準；考慮到廢水處理站出水以后可能需回用，應(yīng)盡量降低污染物排放總量。據(jù)此，確定本項目綜合廢水設(shè)計進、出水水質(zhì)如表2所示。

表2 綜合廢水設(shè)計進、出水水質(zhì)Tab.2 Design influent and effluent water quality of integrated wastewater

3 廢水處理工藝

3.1 廢水處理工藝選擇

本項目采用U－GAS粉煤流化床連續(xù)氣化技術(shù)，原料煤為當?shù)氐母呋?、低硫、低發(fā)熱量、高揮發(fā)分、高活性的長焰煤。本工程的處理難點是煤氣化廢水。煤氣化廢水主要來源于氣化各工段中的洗滌水、洗氣水等，該部分廢水溶解了煤氣化時產(chǎn)生的水溶性污染物，使得廢水中有機物含量高，且含有油類和少量的酚類。

針對煤氣化廢水國內(nèi)外多采用預(yù)處理-生化處理-深度處理的工藝［4-5］。本項目煤氣化廢水含酚量低，油類的質(zhì)量濃度不超過120 mg／L，采用隔油沉淀-混凝氣浮的預(yù)處理工藝，該工藝不僅用于除油，對色度、CODCr也有一定的處理效果。目前處理高氨氮廢水的主要工藝有AO工藝和IMC工藝?？紤]到本項目煤氣化廢水成分復(fù)雜，水質(zhì)波動大的特點，生化處理采用IMC工藝，IMC工藝是一種改進型的SBR工藝，已在煤氣化廢水工程中多次成功應(yīng)用［6］?；钚晕勰喾ǔ鏊腃ODCr濃度通常達不到國家一級排放標準的要求，因此需要采用深度處理工藝來保證廢水實現(xiàn)達標排放。該廢水深度處理采用混凝沉淀工藝，同時設(shè)置了臭氧-曝氣生物濾池作為把關(guān)措施。

3.2 廢水處理工藝流程

廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

本工程中考慮將煤氣化廢水單獨預(yù)處理，分為煤氣化廢水、一般工業(yè)廢水及生活污水2個系列，規(guī)模各為100 m3／h。煤氣化廢水系列采用隔油沉淀-混凝氣浮的預(yù)處理工藝；一般工業(yè)廢水及生活廢水系列采用格柵-隔油沉淀的預(yù)處理工藝。廢水經(jīng)預(yù)處理后在綜合調(diào)節(jié)池內(nèi)充分均勻混合。消防事故排水、初期污染雨水通過全廠事故水池儲存，并由泵小流量送入廢水處理站的隔油沉淀池。

綜合調(diào)節(jié)池出水經(jīng)泵提升并計量后進入IMC生化池。IMC生化池集反應(yīng)池、沉淀池為一體，反應(yīng)過程中曝氣階段由曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)池供氧，此時有機污染物被微生物氧化分解，同時廢水中的NH3－N通過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3-－N；攪拌階段不充氧，使泥水充分混合，微生物利用水中剩余的DO進行氧化分解，反應(yīng)池逐漸由富氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，最后在缺氧條件下開始進行反硝化反應(yīng)，將NO3-－N轉(zhuǎn)化為N2。該工藝通過控制供氧量使運行環(huán)境在兼氧和好氧之間不斷變換，保證很高的脫氮效果，同時減少了堿度的消耗，具有管理簡單、節(jié)省占地、耐沖擊負荷強等特點［7］。

即使價格促銷給予實用性利潤，重視商品的效用與價值，那么價格促銷會在遠心理距離前提下的購買力發(fā)生良好作用。贈送式促銷給予大量的感知性利潤，感知性利潤會重視購買者，其是會隨著時間改變的自我感知。

IMC池出水進入絮凝沉淀池，在絮凝沉淀池內(nèi)進一步去除廢水中懸浮物及膠態(tài)微生物殘體，該工段對非溶解性難生物降解有機物有一定去除能力。絮凝沉淀池出水進入臭氧接觸及緩沖池，煤氣化廢水的二級處理出水中難生物降解成分比例較高，通過臭氧氧化，廢水中難降解高分子有機物被氧化分解為小分子，可生化性得到提高［8-9］。廢水中剩余溶解性臭氧在緩沖池分解，保證后續(xù)曝氣生物濾池的正常運行。改性后的廢水進入曝氣生物濾池，進一步去除廢水中少量的NH3－N和CODCr，以保證排放水質(zhì)在達到GB 8978—1996一級標準的基礎(chǔ)上，盡量降低污染物排放總量。

來自隔油沉淀池、IMC生化池、絮凝沉淀池的污泥進入污泥儲池，然后經(jīng)泵提升至污泥濃縮脫水系統(tǒng)，采用疊螺式污泥濃縮脫水一體機脫水，泥餅外運處置。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）格柵集水池。格柵集水池1座，尺寸為15.00 m×7.50 m×5.90 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；集水池采用空氣攪拌，空氣量為1.0 m3／（h·m3）。設(shè)回轉(zhuǎn)式格柵1臺，有效柵寬為800 mm，柵條間距為5 mm，功率為0.75 kW；污水提升泵2臺，1用1備，單臺流量為100m3／h，揚程為17 m，功率為11kW。

（2）隔油沉淀池。2座，Ⅰ池進水來自格柵集水池，Ⅱ池進水來自煤氣化廢水。每座分2格，單格尺寸為21.00 m×4.00 m×3.40 m，超高0.50 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時間為4.8 h。設(shè)撇油刮泥機2臺，單臺功率為4.75 kW；污泥提升泵2臺，1用1備，單臺流量為20 m3／h，揚程為10 m，功率為4 kW。污油池1座，尺寸為6.00 m×7.50 m× 3.30 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（3）混凝氣浮池。1座，尺寸為13.30 m×2.40 m×3.15 m，一體化鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)氣浮曝氣機2臺，單臺功率為2.2 kW；刮渣機1臺，功率為0.75 kW；混合反應(yīng)攪拌機1臺，功率為1.5 kW；絮凝反應(yīng)攪拌機1臺，功率為1.5 kW；螺旋排渣機1臺，功率為0.37 kW。

（4）綜合調(diào)節(jié)池。1座，尺寸為30.00 m× 25.00 m×5.50 m，超高0.50 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時間為18 h。采用空氣攪拌，空氣量為1.0 m3／（h·m3）。設(shè)攪拌鼓風機3臺，2用1備，單臺風量為38 m3／min，升壓為60 kPa，功率為75 kW；調(diào)節(jié)池提升泵3臺，2用1備，單臺流量為100 m3／h，揚程為12.5 m，功率為11 kW。

（5）IMC生化池。6座，單座尺寸為38.50 m× 12.00 m×7.00 m，超高1.00 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。運行周期為8 h，其中反應(yīng)時間為5 h，沉淀時間2 h，排水時間1 h。設(shè)射流曝氣器30臺，流量為64 kg［O2］／h，噴嘴數(shù)為10個；射流循環(huán)泵12臺，單臺流量為800 m3／h，揚程為12 m，功率為45 kW；多級離心風機6臺，單臺風量為70 m3／min，升壓為68.6 kPa，功率為132 kW；潷水器6臺，單臺潷水能力為0～350 m3／h，功率為2.2 kW。

（6）絮凝沉淀池。混合池1座，尺寸為1.50m× 1.50 m×4.00 m；超高0.50 m，沉淀池2座，單座直徑為15.00 m，池邊水深為3.70 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)混合攪拌機1臺，功率為3.7 kW；中心傳動刮泥機2臺，單臺功率為0.55 kW。

（7）臭氧接觸及緩沖池。接觸池2座，尺寸為12.85 m×2.50 m×6.85 m，超高0.85 m，停留時間為1.9 h；緩沖池1座，尺寸為12.85 m×5.00 m× 6.85 m，超高1.05 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時間為1.8 h。設(shè)臭氧發(fā)生器2臺，單臺產(chǎn)量為3 kg／h，功率為45 kW；臭氧尾氣破壞器1臺，功率為2.0 kW；緩沖池攪拌機2臺，單臺功率為5.5 kW；臭氧緩沖池提升泵3臺，2用1備，單臺流量為100 m3／h，揚程為20 m，功率為15 kW。

（8）曝氣生物濾池。4格，單格尺寸為4.00 m× 4.00 m×6.50 m，超高0.50 m，一體化鋼結(jié)構(gòu)，填料高度為3.5 m，濾速為3.1 m／h。設(shè)曝氣風機2臺，1用1備，單臺風量為17 m3／min，升壓為60 kPa，功率為37 kW；反洗風機2臺，1用1備，單臺風量為14m3／min，升壓為60kPa，功率為37kW。

（9）出水監(jiān)測池。1座，尺寸為10.00 m×7.00 m×5.80 m，超高0.30 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時間為1.9 h。設(shè)外送及回用水泵3臺，2用1備，單臺流量為100 m3／h，揚程為50 m，功率為30 kW；曝氣生物濾池反洗水泵3臺，2用1備，單臺流量為400 m3／h，揚程為20 m，功率為37 kW。

（10）綜合車間。1座，尺寸為48.00 m×9.00 m×6.00 m，框架結(jié)構(gòu)。加藥間設(shè)PAC加藥裝置、PAM加藥裝置各1套。污泥脫水間設(shè)疊螺脫水機2臺，總處理能力為220 kg［DS］／h；無軸螺旋輸送機1臺，功率為2.2 kW；污泥PAM加藥裝置1臺，制備能力為2 000 L／h，功率為3.2 kW。

5 工程設(shè)計技術(shù)特點

（1）本項目主要廢水為U－GAS粉煤流化床煤氣化廢水，該廢水含有油類和酚類物質(zhì)。預(yù)處理采用隔油沉淀和氣浮處理工藝，不僅用于去除油類和酚類，對色度、CODCr也有一定的處理效果。

（2）生化處理采用IMC生化處理工藝，通過控制供氧量使運行環(huán)境在兼氧和好氧之間不斷變換，對去除NH3－N和TN都有著良好的效果。該工藝成熟可靠，運行穩(wěn)定，同時具有管理簡單、節(jié)省占地、耐沖擊負荷強等特點。

（3）深度處理采用臭氧-曝氣生物濾池作為把關(guān)措施，以保證排放水的水質(zhì)。臭氧與曝氣生物濾池系統(tǒng)不是2個孤立的單元，是相互依存的統(tǒng)一體，工程設(shè)計時應(yīng)統(tǒng)籌考慮。通過臭氧及其自由基的強氧化作用，將水中不可降解的、難生化降解的溶解性有機物氧化成短鏈、失穩(wěn)的小分子物質(zhì)，從而被后續(xù)曝氣生物濾池生化單元中的微生物攝取、分解代謝。曝氣生物濾池集吸附、氧化及過濾于一體，具有處理效果好、污泥量少、動力消耗低、出水水質(zhì)好等特點。

（4）污泥脫水設(shè)備選用疊螺脫水機。該機型具備污泥濃縮和脫水功能，機體設(shè)計緊湊，占地空間?。煌瑫r質(zhì)量小、噪音振動小，操作安全，便于維修及更換，適用于煤化工廢水處理系統(tǒng)。

6 工程調(diào)試及運行

6.1 工程調(diào)試

本工程在調(diào)試過程中出現(xiàn)系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的情況，主要存在以下3方面的原因：

（1）各裝置排水的水質(zhì)波動較大，對廢水處理廠造成一定沖擊。①煤氣化廢水波動較大，經(jīng)常出現(xiàn)煤氣化廢水CODCr的質(zhì)量濃度達到800～900 mg／L；NH3－N的質(zhì)量濃度達到400～500 mg／L的情況；②上游工藝裝置陶瓷過濾器精度不足，排水SS質(zhì)量濃度達到3 000 mg／L甚至更高；③上游工藝裝置板式換熱器出現(xiàn)故障時，排水溫度過高，導致綜合調(diào)節(jié)池的水溫達到40℃。調(diào)試過程中通過逐步加強上游工藝裝置的運行管理和在線分析儀的監(jiān)管，確保了生化系統(tǒng)進水水質(zhì)的穩(wěn)定性。

（2）上游凈化裝置廢水中含漂浮的石臘和萘等物質(zhì)，現(xiàn)場調(diào)試時通過增加單管進入廢水處理站，進行單獨沉淀和定期人工清撈后進入綜合調(diào)節(jié)池。

（3）曝氣生物濾池設(shè)計時空氣管底高于液面0.80 m，滿足規(guī)范高于液面0.50 m的要求，并設(shè)有止回閥，但實際調(diào)試運行出現(xiàn)了有水倒流進入風機的現(xiàn)象?，F(xiàn)場立即采取措施，增高了空氣管的高度，此后再未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。

6.2 工程運行情況

本工程已投產(chǎn)運行2年多，進水量約為150 m3／h。自運行以來，綜合廢水進水CODCr、BOD5、NH3－N的質(zhì)量濃度達到500、280、180 mg／L，出水CODCr、BOD5、NH3－N的質(zhì)量濃度達到50、10、10 mg／L，各項指標達到設(shè)計要求。

6.3 投資和運行成本

本工程總投資約為3 130萬元，運行成本約為3.8元／t。

7 結(jié)語

（1）煤氣化廢水具有組分復(fù)雜、污染濃度高及對自然環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴重危害等特征。采用預(yù)處理－IMC生化處理－臭氧氧化－曝氣生物濾池的組合工藝處理U－GAS粉煤流化床煤氣化廢水是可行的，處理效果良好，出水水質(zhì)滿足設(shè)計要求。

（2）本工藝處理效果穩(wěn)定，可根據(jù)不同的來水水質(zhì)，靈活調(diào)整出最優(yōu)的曝氣和沉淀時間，具有較強的抗沖擊負荷能力。

（3）化工廠內(nèi)廢水處理站的良好運行與上游工藝裝置的運行管理情況有密切關(guān)系，故應(yīng)加強對上游工藝裝置的日常運行管理。

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Project example of design and operation of U-GAS pulverized coal fluidized bed gasification wastewater treatment system

ZHANG Bao
（East China Engineering Science and Technology Co.,Ltd.,Hefei 230024,China）

In view of the fact that U-GAS pulverized coal fluidized bed gasification wastewater had characteristics of complicated component and high organic matters concentration,a combined process of pretreatment-IMC biochemical treatment-ozone oxidation-biological aerated filter was adopted.The main structures and design parameters of the project example were put forward with the technical features elaborated at the same time.The operation result of the engineering showed that,when the mass concentrations of CODCr,BOD5,NH3-N in the influent water were 500,280,180 mg/L respectively,the effluent water quality was stable and could meet the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard.

U-GAS pulverized coal fluidized bed; coal gasification wastewater; oil separation sendimentation; air flotation; IMC process; ozone oxidation; biological aerated filter

X703.1

B

1009－2455（2016）01－0051－04

章保（1983－），男，安徽安慶人，工程師，碩士，主要從事污水處理工程設(shè)計，（電子信箱）zhangbao＠chinaecec.com。

2015-09-18（修回稿）