
煤头合成氨厂废水处理工程实例
1 废水特征及整体设计思路
金新化工项目是以煤为源头的合成氨项目,年产 50 万 t 合成氨和 80 万 t 尿素。 其中,煤气化工艺采用 BGL 块/碎煤熔渣气化炉技术( 鲁奇改进型), 因气化温度低,所以废水成分复杂,污染程度高,处理难度高。 该废水特性为高氨氮、高 COD、高酚、高油、高盐类,B/C 低(小于 0.25),含大量难降解物质, 气化废水占整体水量的 30%。 除煤气化水以外,还包括煤气循环水旁滤器反洗排水、甲醇洗废水、无硫变换气洗涤水、尿素废水、热电排水、全厂生活污水、罐区废水、地面冲洗水、机泵冷却水、分析废水、初期雨水等,废水整体水质成分复杂,处理难度大。
该项目建设地点在呼伦贝尔大草原, 环评要求整个项目废水“零排放”,如何实现污水最大回用并减少外排是整个水系统设计的关键。因此,从整个水系统考虑,将废水分为两部分处理,一部分可以将易生化降解的水,如生产系统中气洗涤水、尿素废水、
热电排水、全厂生活污水、罐区废水、地面冲洗水、冷却器取样废水、机泵冷却水和初期雨水等,收集后经综合污水处理站处理,达标废水与脱盐水的浓排水、循环水排污水一起,作为回用水的水源,经过超滤+ 反渗透处理后回用,成为清水循环水的补水;另一部分将难生化降解的水,如 BGL 煤气化水、煤气循环水旁滤器反洗排水等,经过气化废水处理站处理后, 合格出水作为浊循环的补水,循环利用,最大实现水的充分利用,减少外排。
2 设计水量及水质
本工程废水处理站分为气化废水处理站和综合 废水处理站,其中气化废水处理设计水量为 80 m3/h, 出水作为浊循环的补水, 进水和出水水质数据见表1;综合废水处理站设计水量为 100 m3/h,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级排放标准,可作为回用水的水源,进水和出水水质数据见表 1。
3 工艺流程及主要参数
3.1 气化废水处理站
气化废水处理工艺流程如图 1 所示。
图 1 气化废水处理工艺流程
三股废水首先带压进入隔油池,通过重力分离作 用去除废水中的轻油和重油,出水自流入调节池,调节池内设置潜水搅拌机混合调节废水, 均质后的废水提升至溶气气浮系统,投加破乳剂去除胶状油、乳化油, 浮渣被刮入浮渣池,气浮出水自流进入水解酸化池。利用水解酸化池中水解和产酸微生物,将废水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物(含苯环类)降解为易于生物降解的小分子有机物,提高B/C,使得废水在后 续的好氧单元以较少的能耗和在较短的停留时间内得 到处理, 废水经水解酸化处理后提升至SBR 池。SBR 池共 4 座,12 h 为 1 周期, 由进水搅拌、曝
气、沉淀、出水工序组成,其中曝气和搅拌根据水质反复多次交替运行,实现硝化和反硝化交替运行,提高总氮污染物去除效果。 废水经 SBR 高效除氮后, 进入混凝沉淀系统,进一步去除废水中的 SS,满足BAF 进水要求。 BAF 集吸附、氧化及过滤于一体,通过周期性反冲洗,使生物膜得以更新,氧的传输效率高,供氧动力消耗小,处理效果好,污泥量少,出水悬浮物低。 BAF 出水进入机械搅拌澄清池,通过投加活性炭粉,利用活性炭粉强吸附性,吸附煤气化废水中非降解和难降解物质, 保证出水 COD 低于 150 mg/L。澄清池出水进入砂滤过滤系统,通过石英砂粒状滤料层,截流水中大颗粒悬浮杂质,从而使水获得澄清,出水 SS 低于 5 mg/L。
水解酸化池、SBR 池、混凝沉淀池、机械搅拌澄清池的污泥均由泵提升至污泥贮池, 污泥贮池内污泥由污泥输送泵送至带式脱水机, 脱水后进入污泥斗,由汽车外运。
气化废水处理站主要构筑物及工艺参数如表 2所示。
表 2 气化废水主要构筑物及工艺参数
项目名称 | 规格尺寸 | 数量/座 | 设计容积(表面)负荷 |
隔油池 | 16.9 m×5.0 m×4.8 m | 1 | 1.1 m3/(m2·h) |
调节池 | 19.2 m×10.0 m×5.5 m | 1 | — |
气浮设备 | 12.5 m×3.0 m×2.4 m | 1 | 2.7 m3/(m2·h) |
水解酸化池 | 19.2 m×10.0 m×5.5 m | 1 | 7.2 kgCOD/(m3·d) |
SBR 池 | 53.0 m×20.0 m×6.0 m | 4 | 0.33 kgCOD/(m3·d) |
缓冲池 | 12.0 m×10.0 m×4.5 m | 1 | — |
混凝反应池 | 2.0 m×2.0 m×3.5 m | 3 | — |
斜管沉淀池 | 11.6 m×7.25 m×4.8 m | 1 | 1.5 m3/(m2·h) |
中间水池 | 5.5 m×2.5 m×4.8 m | 1 | — |
BAF 池 | 16.0 m×12.0 m×8.5 m | 1 | 2.0 kgCOD/(m3·d) |
机械搅拌澄清池 | D 7.98 m×5.0 m | 1 | 1.6 m3/(m2·h) |
提升泵井 | 3.84 m×3.0 m×5.0 m | 1 | — |
过滤罐 | D 3.2 m×5.0 m | 2 | 5.0 m3/(m2·h) |
排放水池 | 10.0 m×5.0 m×4.5 m | 1 | — |
1.1 综合废水处理站
综合废水处理工艺流程如图 2 所示。
图 2 综合废水处理工艺流程
废水重力流入细格栅,去除废水中较大的杂物, 出水泵入调节池, 调节池内设置潜水搅拌机混合调节废水,均质后的废水提升至溶气气浮系统,投加破乳剂去除胶状油、乳化油,浮渣被刮入浮渣池,气浮机出水自流进入 A/O 池。 在 A/O 系统的进水井上投加营养盐和甲醇,废水与从 O 池回流的硝化液及从二沉池回流的污泥混合进入 A 池,A 池设置潜水搅拌机,保证污泥不沉积,完成反硝化反应,A 池出水进入 O 池,O 池为长方形, 每个 O 池内共分 3 个廊道, 废水依次流经 3 个廊道完成好氧脱碳及硝化反
应,O 池末端内设硝化液回流泵, 出水进入二沉池。
二沉池采用辐流式沉淀池,内设刮泥机,二沉池出水
进入排放水池,由池内回用水泵送入回用水装置。
二沉池污泥由泵提升至污泥贮池, 污泥贮池内
污泥由污泥输送泵送至带式脱水机, 脱水后入污泥
斗,由汽车外运。
综合废水处理站主要构筑物及工艺参数如表 3
所示。
表 3
综合废水主要构筑物及工艺参数
项目名称 | 规格尺寸 | 数量/座 | 设计容积(表面)负荷 |
调节池 | 25.7 m×9.0 m×6.0 m | 1 | — |
气浮设备 | 12.5 m×3.0 m×2.4 m | 1 | 3.3 m3/(m2·h) |
A 池 | 14.2 m×12.0 m×6.0 m | 2 | 0.15 kgNO --N/(m3·d) 3 |
O 池 | 19.0 m×12.0 m×6.0 m | 2 | 0.35 kgCOD/(m3·d) |
二沉池 | D 14.0 m×3.3 m | 1 | 0.75 m3/(m2·h) |
排放水池 | 5.0 m×2.5 m×4.5 m | 1 | — |
4 工程运行分析
4.1 运行效果
(1) 气化废水处理站。 本系统自 2012 年开始调试运行,至今运行 5 a,期间生产工艺有少许改造,气化废水处理效果稳定,实际进水和出水水质数据见表 4。可以看到,COD 和 NH3-N 去除率分别在 95%和 98%以上,均达到设计要求。 其中,SBR 为最主要处理单元, 可去除 90%以上 COD、NH3-N、酚等污染物,能够保证出水 COD 小于 200 mg/L;SBR 出水可生化性差,BAF 处理效果不明显;在澄清池投加活性炭粉能够有效去除剩余 COD,保证出水 COD 小于 150 mg/L。 可见, 采用“隔油+水解酸化+SBR+BAF+澄清+过滤”工艺处 理气化废水可行,出水满足气化炉循环水补水要求。
(2) 综合废水处理站。 本系统运行 5 a,处理效果稳定, 实际进水和出水水质数据见表 5。 可以看到, COD 去除率>70%,所有指标均优于设计要求,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级排放标准,目前全部作为回用水的水源。
4.2 运行成本
运行费用包括电费、药剂费、水费,气化废水处
理站和综合废水处理站运行费用见表 6。
表 6 气化废水处理站运行费用 气化废水 综合废水 |
||||||
项目 | 单价 | 吨水 | 吨水运行 | 吨水 | 吨水运行 | |
消耗量 费用/元 消耗量 费用/元 电 0.5 元/ 5.47 kW·h 2.735 1.27 kW·h 0.635 |
||||||
(kW·h) | ||||||
磷盐 | 5 000 元/t | 0.052 kg | 0.260 | 0.007 kg | 0.035 | |
PAM | 35 000 元/t | 0.006 1 kg | 0.214 | 0.003 kg | 0.105 | |
PAC | 2 500 元/t | 0.125 kg | 0.313 | 0.1 kg | 0.250 | |
32%NaOH | 700 元/t | 1.0 kg | 0.700 | 0.52 kg | 0.364 | |
活性炭粉 | 6 000 元/t | 0.1 kg | 0.600 | |||
水 | 1.7 元/m3 | 0.01 m3 | 0.017 | 0.008 m3 | 0.014 | |
总计 | 4.84 | 1.40 |
设计注意问题
(1)SBR 设计。 国内煤头化工废水采用 SBR 工艺的工程大多选用碟式射流曝气器,该曝气器需要配备大流量的循环水泵以配合曝气,不曝气时利用循环水泵进行搅拌, 这种好氧与缺氧交替运行对于氨氮有很好的去除效果,但运行动力消耗较高。本设计采用曝气器与潜水搅拌机配合方式实现好氧与缺氧交替运行,降低能耗 20%,也达到了去除氨氮的效果。
(2)保温问题。 本工程所在地海拉尔,最冷月平均气温为-26.1 ℃,为确保系统正常运行,应采取保温措施。 地面以上水池外壁砌筑砖墙,与池壁之间填充聚苯板; 大型水池顶面做轻钢结构建筑物,钢柱生根在池壁, 围护结构及屋面采用复合压型钢板,如 SBR 池、A/O 池、二沉池等;小水池设钢筋混凝土现浇顶板;半地下泵房均有采暖设施;冻土以上管道采用保温伴热。 经过冬季的实际运行,保温效果很好。
6 结论
针对以 BGL 为工艺的煤气化废水特点,采用“除油+水解酸化+SBR+BAF+澄清+过滤”工艺处理,系统运 行 稳 定,处 理 成 本 低,当气化废水进水 COD在1 500~4 000 mg/L,NH3-N 在 100~300 mg/L, 总酚在100~400 mg/L,处理后的出水水质指标能达到 COD<150 mg/L,NH3-N<4 mg/L,挥发酚<0.1 mg/L,满足气化炉浊循环补水使用要求。
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