馮 佳

(宜興市海源環(huán)保設備有限公司寧夏辦事處, 寧夏 銀川 750000)

0 引 言

目前，以煤為原料的化工企業(yè)在中國能源化工領域中發(fā)展迅速。為響應國家節(jié)能減排的號召,在推動我國煤化工綠色發(fā)展的同時，需深入了解煤焦油加氫產業(yè)鏈中的各生產工藝、裝置、輔助設施產生的廢水情況，從政策規(guī)范、技術經濟、設計實施可行等方面探討煤焦油加氫行業(yè)相關廢水處理工藝及運行效果，以更好地保障企業(yè)水資源的高效利用，真正實現我國能源資源的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。

為了提高煤炭附加值，某企業(yè)通過煤焦油加氫技術路線，進一步拉伸以煤為原料的現代化工產業(yè)鏈，以有效利用豐富的煤炭資源，促進煤炭產業(yè)升級。因此，本文對該企業(yè)新建的煤焦油加氫廢水處理站項目進行系統(tǒng)地分析，進一步驗證其處理煤焦油加氫廢水的經濟和技術可行性，并為類似煤焦油加氫廢水處理行業(yè)的工程實踐提供一定借鑒。

1 項目簡介及廢水水質分析

本工程項目廢水污染程度高(尤其是COD、酚、石油類和氨氮等指標)，環(huán)境危害大，需要進行無害化處理。各工藝裝置及輔助設施污水排放情況見表1。經生化系統(tǒng)處理的綜合污水量為300 m3/h。廢水處理后出水水質需滿足《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)中的二級標準。

表1 各工藝裝置及輔助設施污水排放情況

2 廢水處理工藝的優(yōu)選

本項目廢水中含酚廢水和含油廢水污染物質濃度高、成分復雜。由于COD、酚、石油類、硫化物和氨氮等高濃度物質對生化系統(tǒng)的影響較大，需要對含酚廢水和含油廢水進行預處理，以調節(jié)其水量水質，盡量減少高濃度COD、酚、石油類、硫化物和氨氮等物質對后續(xù)主生化系統(tǒng)的影響[3]。為此，從技術可行、投資節(jié)約﹑運行穩(wěn)定及維護方便等因素考慮，本項目預處理工藝選擇如下。

含酚廢水：含酚廢水調節(jié)池→1#隔除油沉淀槽→微電解槽→化學氧化槽→混凝沉淀槽→含油廢水調節(jié)池。

含油廢水：含油廢水調節(jié)池→2#隔油沉淀槽→氣浮槽→水解酸化池→綜合調節(jié)池。

因受規(guī)劃建筑總占地面積限制，該企業(yè)的煤焦油加氫產業(yè)鏈中各生產裝置、輔助設施投產迫切，導致廢水施工工期短，因而選擇改良型SBR生化系統(tǒng)工藝，用以接納預處理后的含酚廢水、含油廢水及含氮污水。改良型SBR工藝池出水與含鹽污水一起進入緩沖池，通過多介質過濾器進一步去除水中的懸浮物后，暫排放至園區(qū)市政管網(企業(yè)已規(guī)劃設計污水回用裝置，后期將污水回用)。該廢水處理裝置采用DCS控制系統(tǒng)，滿足廢水處理系統(tǒng)的生產過程控制、監(jiān)視及聯鎖功能必需的控制要求。本項目廢水處理工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 本項目廢水處理工藝流程簡圖

另該廢水處理裝置配套相關附屬污泥處理系統(tǒng)和臭氣收集與處理系統(tǒng)。其中，污泥處理系統(tǒng)工藝的選擇遵循我國對固廢處理處置“減量化、資源化、無害化”的原則，確定處理流程為：污泥→污泥池→污泥濃縮槽→污泥疊螺脫水機→污泥帶式深度脫水機→外運至園區(qū)固體廢棄物處置中心[4-5]。針對本項目中惡臭氣體無組織排放的情況，對惡臭氣體進行集中收集，將無組織排放改為有組織收集，然后對收集后的惡臭氣體集中處理，使處理后的氣體達標排放，即加蓋密封→收集→處理→排放。

3 廢水處理工藝的主要構筑物與設備

3.1 含酚廢水和含油廢水預處理系統(tǒng)

3.1.1含酚廢水預處理系統(tǒng)

含酚廢水調節(jié)池用于收集和調節(jié)含酚污水。池外設排污泵2 臺，1用1備，污水經加壓提升后輸送至除酚裝置。設計規(guī)模： 1 座，處理能力為5 m3/h，構筑物尺寸為L×B×H=6 m×6 m×7.5 m，有效容積為234 m3，結構為半埋地鋼砼。

除酚裝置包括隔油沉淀槽、微電解槽、化學氧化槽、混凝沉淀槽，用于去除含酚污水中的大部分酚類物質，出水自流至含油污水調節(jié)池。其中，微電解工藝是利用原電池的電位氧化還原有機物，使之分解、斷鏈，便于后續(xù)處理；化學氧化工藝是采用芬頓反應直接分解有機物?？傇O計規(guī)模：1套，處理能力為5 m3/h，隔油沉淀槽尺寸為L×W×H=3 m×2 m×3 m，有效容積為15 m3，結構為鋼制防腐；微電解槽尺寸為L×W×H=3 m×2 m×3 m，有效容積為15 m3，結構為鋼制防腐；化學氧化槽尺寸為L×W×H=6 m×2 m×3 m，有效容積為30 m3，結構為鋼制防腐；混凝沉淀槽尺寸：L×W×H=6 m×2 m×3 m，有效容積為30 m3，結構為鋼制防腐。

3.1.2含油廢水預處理系統(tǒng)

用于收集和調節(jié)經隔油沉淀處理后的含油污水和經除酚后的含酚污水。池外設排污泵2 臺，1用1備，將污水加壓提升后輸送至氣浮槽。設計規(guī)模：1 座，處理能力為80 m3/h，構筑物尺寸為L×B×H=25 m×6 m×7.5 m，有效容積為975 m3，結構為半埋地鋼砼。氣浮槽主要用于去除含油污水中的灰分、油污，并為硫化物的混凝反應和固液分離提供場所。設計規(guī)模為：2套，機械溶氣式，處理能力為80 m3/h，槽體尺寸為L×B×H=9 m×2 m×2.5 m，結構為鋼制防腐。

3.1.3水解酸化系統(tǒng)

用于綜合污水中難生化物質的生物改性，提高可生化性能，同時將部分固氮水解成游離氮，提高后續(xù)系統(tǒng)的處理效果。設計規(guī)模：1座，處理能力為300 m3/h，構筑物尺寸為L×B×H=37.5 m×6 m×7.5 m，有效容積為2 925 m3，結構為半埋地鋼砼。水解酸化池內設置機械攪拌系統(tǒng)2套，以防止顆粒物沉淀，加速水質均勻。

3.1.4綜合調節(jié)池系統(tǒng)

用于收集和調節(jié)經預處理后的所有污水。外設排污泵2 臺，1用1備，將污水加壓提升后輸送至改良型SBR池。內設空氣攪拌系統(tǒng)，防止顆粒物沉淀，加速水質均勻，并起到預曝氣作用。設計規(guī)模：1座，處理能力為300 m3/h，構筑物梯形有效面積為448 m2，有效容積為2 912 m3，結構為半埋地鋼砼。

3.2 改良型SBR池系統(tǒng)

污水在綜合調節(jié)池進行均質均量后，經提升泵輸送至改良型SBR池。改良型SBR池是一種基于傳統(tǒng)SBR的創(chuàng)新工藝，是該污水處理流程中的關鍵構筑物，也是降解有機物和氨氮的主要處理場所，具有較好的脫氮功能，且對純好氧工藝難降解的有機物有良好的分解代謝功能。

本工程污水的可生化性較好，但有機物濃度較高，硝化和反硝化任務較重，因此采用半限制曝氣方式(日后亦可根據進水水質和水量情況調整為限制曝氣或非限制曝氣模式運行)。

曝氣器選擇供氣式射流曝氣器，由循環(huán)水泵供水、離心鼓風機供氣，以達到在反硝化時用循環(huán)水通過曝氣器攪拌而使泥水充分混合的目的。射流循環(huán)用水為SBR池內污水，動力由循環(huán)射流水泵提供。綜合考慮污水處理站總體布置、改良型SBR池形及曝氣器數量等因素，設置多臺射流循環(huán)泵，采用一對多的設置，設環(huán)形循環(huán)射流水的總管，使得每個曝氣器的配水均勻，保持進水壓力穩(wěn)定。

系統(tǒng)由外設鼓風機供氣，改良型SBR池與鼓風機一一對應，并設備用鼓風機，以保證鼓風機供氣能力滿足單池單獨使用的要求。采用電動推桿式回轉式潷水器，其集水機構靠近水面，可根據上清液排出后的水位變化而進行排水，出水自流至緩沖池。設排泥泵，用于剩余污泥的排出。改良型SBR基本運行狀態(tài)包括進水、曝氣、混合(不曝氣)、沉淀、潷水5個基本過程(排泥處于潷水階段)，每個反應周期按8 h設計，每天3個周期。將每一周期改良型SBR的進水時間獨立出來，不占用周期時間，以最大程度保證硝化和反硝化反應的時間。

整個改良型SBR系統(tǒng)的運行可全自動控制，進水、曝氣、攪拌、沉淀、潷水及排泥的時間均可在程序中調整，可最大程度滿足污水水質、水量的變化情況。此外，在改良型SBR池內設置pH和DO測試儀，隨時掌握運行環(huán)境或變化趨勢，便于操作控制或調整。

設計總規(guī)模：3座，處理能力為300 m3/h，結構為半埋地鋼砼，單座構筑物尺寸為B×L×H=54 m×24 m×7.5 m，單池有效容積為8 424 m3，周期運行時間為8 h/周期，設計3周期/d，懸浮固體濃度為3 000 mg/L，設計COD負荷為0.341 7 kg CODCr/(kg MLSS·d)，設計氨氮負荷為0.045 6 kg NH3-N/kg MLSS·d，曝氣器氧轉移效率為28%，單臺曝氣器服務面積為64～100 m2/h，泥齡為15 d，污泥產量為2 437.5 kg/d。單座改良型SBR池總耗氧量(包括有機物和氨氮)為6 208 kg O2/d。根據壓力、溫度、氧利用率和飽和壓等計算，所需充氧量為16 353 kg O2/d。

單池日有效充氧時間約15 h/d，單池小時充氧量為1 090 kg O2/h。曝氣系統(tǒng)采用JAS-6P型供氣式射流曝氣器，充氧能力約45 kg O2/h。綜合考慮充氧能力和單個曝氣器的服務面積，單池選用JAS-6P供氣式射流曝氣器18臺，共需72臺供氣式射流曝氣器。

項目條件下，JAS-6P供氣式射流曝氣器氧利用率約28%?？紤]當地大氣壓，計算得單池供氣量為232 Nm3/min?？紤]風機頻繁起動，根據類似工程的運行經驗，選用磁懸浮鼓風機，配備7臺，6用1備。風機性能參數為：C115-1.7，Q=115 Nm3/min，出口壓力70 000 mm H2O，N=160 kW/380 V，n=2 970 r/min。

單池配套循環(huán)泵4臺，3用1備，3池共需12臺循環(huán)泵。單臺循環(huán)泵能力為：Q=1 500 m3/min，H=8 m，N=55 kW/380 V。單池配套潷水器1臺，型號JBS-800，流量800 m3/h，功率0.75 kW，潷水范圍0～1 000 mm，共3臺。改良型SBR池另配套甲醇加藥系統(tǒng)和堿度調節(jié)加藥系統(tǒng)。

3.3 緩沖池系統(tǒng)

用于收集SBR池出水和含鹽污水，方便過濾取水。外設排污泵2 臺，1用1備，將污水加壓提升后輸送至多介質過濾器。設計規(guī)模：1座，處理能力為550 m3/h，構筑物梯形有效面積為164 m2，有效容積為656 m3，結構為半地鋼砼。

3.4 多介質過濾器系統(tǒng)

用于強制去除少量超標SS，采用多介質濾料。設計規(guī)模：4套，處理能力為150 m3/h，單臺設備尺寸為Φ×H=3.2 m×4.5 m，結構為碳鋼防腐。

3.5 污泥深度脫水系統(tǒng)

設計規(guī)模為170 m3/d。采用獨特化學方法改變污泥中的水分結合方式，利用“污泥活化破壁技術+機械壓濾深度脫水”工藝原理將污泥中的“束縛水”轉變成“自由水”，釋放 EPS(胞外聚合物)中的水分，對細胞體進行破壁，釋放胞內水分，通過自制帶式深度脫水機將污泥脫水至目標含水率，實現一站式污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化處理。其流程為：98%含水率污泥經過陽離子PAM絮凝后進入疊螺一級脫水，再輸送至污泥料倉；待料倉滿后，啟動深度脫水，污泥定量進入改性裝置，進行泥性調質；進入深度脫水設備，高壓脫水至含水率為55%～60%。

3.6 惡臭氣體的收集及處理系統(tǒng)

項目廢氣中的主要污染氣體為NH3，H2S，VOC等，在封閉水池或在污水池上方增設防護罩。系統(tǒng)設計廢氣處理量為30 000 m3/h。廢氣處理方法：廢氣收集系統(tǒng)→LB-XQ系列多功能組合洗滌塔→玻璃鋼離心風機→磁感UV光催化氧化設備→活性炭吸收塔吸收→達標排放。

4 項目系統(tǒng)運行結果與效益分析

4.1 項目系統(tǒng)運行水質數據分析

本項目于2019年5月開始設計，7月份進行土建施工，10月份進入項目系統(tǒng)安裝施工，于2020年3月份進入預處理系統(tǒng)調試階段，6月份進入生化系統(tǒng)調試階段，9月份全面進入正常試運行階段。因上游生產裝置區(qū)試車投產等原因，項目系統(tǒng)的來水量變化及原水水質變化與設計值出入較大，但項目系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，能有效處理企業(yè)廢水，滿足《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)中的二級標準。2020年9月廢水處理系統(tǒng)實際進﹑出水水質情況見表2。2020年9月出水池中的COD和氨氮變化曲線如圖2所示。

表2 2020年9月廢水處理系統(tǒng)實際進﹑出水水質情況

圖2 2020年9月出水池中的COD和氨氮變化曲線

4.2 項目系統(tǒng)運行效益分析

本項目廢水處理裝置實際運行費用為：藥劑費為1.06元/m3,水電費2.08元/m3,人工費2.17元/m3,設備維修折舊費0.25元/m3,合計噸污水處理費為5.56元/m3。

本項目可消減COD約0.7萬t/a，可消減NH3-H約0.4萬t/a,后期污水回用系統(tǒng)投產，將節(jié)約新鮮水約257萬t/a,節(jié)省排污費1 388萬元/ a(園區(qū)排污費按目前5.4元/m3統(tǒng)計)。

5 結論

本項目系統(tǒng)工程的工藝選取靈活、合理，對相關煤焦油加氫產業(yè)鏈中各生產工藝裝置、輔助設施產生的廢水有很好的處理效果，能在最大程度上適應上游裝置區(qū)各種生產廢水中高COD、高氨氮及復雜高濃度有機污染物質(高酚類物質、高硫化物及高油類物質等)對本系統(tǒng)工藝的變化沖擊。 本項目系統(tǒng)運行穩(wěn)定、設備事故率低、人員占有少、操作簡單、出水水質穩(wěn)定達標。廢水處理系統(tǒng)工程以及其配套的污泥深度脫水系統(tǒng)和臭氣的收集及處理系統(tǒng)保障了該污水處理裝置在相關環(huán)保規(guī)范要求的完整性。