碎煤加压气化炉废水处理工艺的选择

摘 要： 煤制天然气已成为煤化工新热点，碎煤加压气化技术作为目前比较成熟的工艺，具有它的优点：所产粗煤气中10%以上含甲烷，合成效率高；技术成熟，生产稳定，投资低；运行成本低，耗氧、耗电少，耗氧是GPS和Shell的1/3，耗电低于GPS和Shell的1/10。同时碎煤加压气化工艺的废水的处理也受到了越来越多的关注，已成为煤化工行业的公认的难题之一，该废水量大，水质复杂，具有高难降解有机物、高氨、氮、高色度等特点.目前运行的煤制气厂有美国大平原和中国义马气化厂等，废水常规处理技术都存在投资高、运行稳定性差、处理后水质难以满足回用要求等缺点。该类废水属于难处理的工业废水，严重影响生态环境，极大限制了碎煤加压气化技术的推广应用。因此，开发合适的废水处理及回用技术对于提高SNG项目的社会、经济、环境效益至关重要。

关键词： 碎煤加压炉废水； 水处理； 工艺污水

中图分类号： X703.1 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）09-0057-02

我公司煤制天然气项目受地理环境、环保要求和工艺选择等的限制，气化废水的处理面临着处理难度大、处理要求高的双重难题。为此，项目前期开展了大量工作，优化出了一条较为合理、完善、能够满足公司零排放目标的工艺路线。

一、碎煤加压炉废水处理工艺路线的选择

我公司煤制天然气项目气化单元采用国产碎煤加压气化技术，产生的气化废水经煤气水分离进入酚氨回收装置，经脱酸、脱氨回收气化废水中的酸性气体和氨，再利用二异丙基醚经过液萃取，脱除并回收废水中的酚，出水进入污水处理单元进行处理与回收，实现污水回用，同时产生的浓水进一步减量化多效蒸发后最终排入蒸发塘，达到零排放。污水主要为工艺污水、含盐污水。工艺污水主要为煤气化污水，生活污水、地面冲洗水以及初期雨水。这部分污水 CODcr 浓度高，属有机污水，含有氨、氮和酚，有一定的色度，特点为：污水中有机物浓度高，CODcr 为3500mg/L，B/C 值 0.33，可采用生化处理工艺；污水中含有难降解有机物，如单元酚、多元酚等含苯环和杂环类物质，有一定的生物毒性，在好氧环境下分解较困难，需要在厌氧/兼氧环境下开环和降解；污水中氨氮浓度为125mg/L，有机氮浓度为100mg/L，处理难度较大，需要选用硝化和反硝化能力均很强的处理工艺；污水中含有浮油、分散油、乳化油类和溶解油类物质，溶解油主要组分为苯酚类的芳香族化合物，乳化油需要采用气浮方式去除，溶解性苯酚类物质需要通过生化、吸附方法去除；含毒性抑制物质，毒性抑制物质，需通过驯化提高微生物抗毒能力，需选择合适的工艺提高系统抗冲击能力；污水色度较高。公司在对污水水质充分认识的基础上，经过深入的考察、交流与论证，结合我公司实际情况形成了如下的工艺路线：（1）工艺污水采用：匀质—隔油沉淀池—气浮池—酸化水解池—一级生化池—中淀池—二级生化池—二淀池—混凝气浮—臭氧氧化—曝气生物滤池—碳吸附为主体的生化处理工艺路线和技术。（2）工艺污水回用装置采用：软化—核桃壳过滤器—气水反冲滤池—超滤—反渗透为主的除盐工艺技术。（3）含盐污水回用装置采用：软化—气水反冲滤池—超滤—反渗透除盐工艺技术。（4）反渗透浓盐水采用：多效蒸发工艺技术。

二、工艺路线选择原则

（一）达到回用水质要求。此工艺路线对水质变化适应能力强、技术先进、运行可靠，确保各项出水指标达到规定的指标。尤其满足回用要求，鉴于项目整体水平衡设计需要，废水经过处理后要全部用于循环水的补充和动力除盐水系统。根据项目要求，我公司在此基础上提出了更为严格的控制指标。即：COD≤20mg/L，氨氮2mg/L，挥发酚≤5mg/L，TDS溶解性固体量尽量控制在300mg/L。

（二）操作灵活、稳定、满足长周期运行要求。该工艺运行灵活、易于操作、便于管理，确保各项出水指标达到规定的指标，兼顾高负荷和低负荷下运行的经济性，根据进水水质水量，能对工艺运行参数和操作进行适当调整。工艺单元采用多系列布置，确保检修时污水处理装置的连续运行。

（三）符合各项环保要求。工艺执行国家环境保护政策、法规，采用先进的清洁生产工艺，减少三废排放，外排“三废”达到国家和当地环保排放标准的要求。

三、碎煤加压炉废水处理工艺流程说明

（一）工艺污水处理工艺流程，如图1

来自工艺装置区酚回收的生产工艺污水进入污水匀质罐，污水在罐内进行隔油、水量水质调节，起到均匀水量水质的作用。待水质正常后，将调节池水用泵小流量打入污水匀质罐。来水不均匀时，污水匀质罐的水量可流入污水调节池。通过隔油沉淀池处理，可去除绝大部分油类、悬浮物质和少部分 CODcr、色度，减轻后续生化系统的处理负荷。隔油沉淀池的出水进入气浮池去除乳化油，与投加的絮凝剂和助凝剂在反应池内混合反应，通过气浮去除乳化油。气浮出水流入中间水池；厂区生活污水、其他工艺水也进入中间水池；曝气生物滤池反洗水、过滤吸附反洗水以及生化回用装置反洗水也分别通过泵提升至中间水池。上述几股污水在中间水池内通过水力搅拌混合。中间水池的混合污水经提升至酸化水解池。酸化水解工艺可改善污水生化性能，提高 BOD5/CODcr 比值。酸化水解池出水进入一级生化池（即一级 A/O 池），在 A/O 池内发生生物脱碳、脱氮反应。在 A/O 池内，充分利用缺氧生物和好氧生物的特点，使污水得到净化。污水经臭氧处理后进入曝气生物滤池；经臭氧改性后的污水，生化性能提高，经过 BAF 处理后，COD、NH3-N 会进一步降低。BAF 需要的氧由鼓风机供给，BAF 设气反冲、水反冲系统。反冲污水进入反冲污水池，用泵送至酸化水解池前端的中间水池。BAF 出水提升至一级过滤吸附池，过滤吸附池填装有具有吸附功能的吸附剂，污水中的有机物和色度得到进一步去除，吸附饱和的吸附剂通过水力提升至再生间进行再生。若一级吸附池的出水能达到进回用装置指标，则直接切换至工艺回用水装置，若一级吸附出的出水不能满足，则将一级过滤吸附池的出水流入二级过滤吸附池。二级过滤吸附池同样填装有吸附剂。

（二）生化污水回用工艺流程，如图2

经过生化处理后的出水中主要包括悬浮物、盐分、菌体、CODcr、油类等，故回用水单元在流程设置上充分考虑对这些污染物质的去除能力和适用性。通过降低水中的含盐量，使之达到回用要求。设置软化处理主要用于去除水中硬度。生化污水经生化装置处理后出水首先进入澄清池，向池中投加石灰，对水中的碳酸盐和重碳酸盐硬度进行软化去除。澄清池的上清液流入吸水池，经泵提升至核桃壳过滤器，去除水中可能含有少量的油，核桃壳过滤器设置定时反洗。核桃壳过滤器的出水自流进入气水反冲滤池，气水反冲滤池采用均质滤料，截留水中的颗粒、胶体等污染物，降低污染指数，使水质能满足进入超滤装置的要求，气水反冲滤池定时采用水、气反洗。出水流入滤池产水池，经超滤给水泵提升，首先经过自清洗过滤器，对水中可能残留的颗粒、悬浮物进行截留，起到保安作用，经自清洗过滤器后进入超滤装置，实现了去除废水中的生物污染物、颗粒物、胶体、细菌等，满足反渗透系统的进水水质，超滤装置的产水率为 90%，定时清水反洗和加药反洗，每隔 3～6 月对膜进行一次化学清洗，清除膜表面污堵。超滤装置的产水进入超滤产水池，经给水泵提升，水泵出口设置管道混合器，向其投加还原剂和阻垢剂，还原水中的氧化剂，避免其伤害反渗透膜，投加阻垢剂避免水中的盐在膜表面结垢；加药后的水经过高压泵和保安过滤器后进入一级反渗透膜堆，一级反渗透膜堆产水进入产品水池、浓水进入浓水池；反渗透水回收率为75%，脱盐率大于97%。产生的浓水经泵提升至多效蒸发间进行蒸发结晶处理。

（三）含盐废水回用工艺流程，如图3

循环水站、电厂以及脱盐水站排出的含盐污水首先进入界区内的匀质罐，与超滤、过滤等反洗水混合。匀质罐出水进入澄清池，向澄清池中投加石灰，对水中的碳酸盐和重碳酸盐硬度进行软化，去除水中的硬度。澄清后的上清液流入吸水池，经泵提升至滤池，截留水中的颗粒、悬浮物、胶体等污染物，降低污染指数，使水质能满足进入超滤装置的要求。超滤装置的产水进入超滤产水池 ，经给水泵提升，水经过保安过滤器后进入一级反渗透膜堆。产品水经除盐水泵提升送至界区外，最终送至循环水站。浓水反渗透产生的浓水经泵提升至多效蒸发间进行蒸发结晶处理。

（四）多效蒸发工艺流程，如图4

采用四效降膜顺流蒸发，蒸发终点溶液浓度为25%，蒸发器残液送至蒸发塘。

四、工艺路线论证

在与内外知名的水处理工程公司及研究机构进行多次深入的技术交流，并到一些类似废水处理的实际工程中，或调研整体工艺，或考察其中的部分工艺段，结果表明该工艺对于达到公司处理要求是较为完善、可行可靠的。公司多次组织专家论证会，邀请行业内专家，包括院士、高校教授、研究院、工程公司、设计院专家等针对气化废水工艺选择进行方案论证，经过历次专家论证，最终形成了最终的工艺路线。通过专家论证意见表明，我公司选择的“预处理（沉淀隔油+气浮工艺）+生化处理（水解酸化+一段采用A/O选用鼓风曝气式氧化沟工艺、二段选择常规的前置反硝化A/O工艺）+深度处理（絮凝气浮+臭氧氧化+曝气生物滤池BAF+过滤吸附）+除盐”工艺基本可以满足回用的要求。同时，此气化废水处理工艺不仅适于我公司煤制天然气项目污水处理回用，也将为煤化工行业类似废水的处理提供极具参考价值的借鉴。

参考文献：

[1] 兰书彬.中国煤制天然气产业发展研究[D].华东理工大学，2011年中国硕士学位论文.

[2] 周爱丽，江杨.浅谈鲁奇炉所产含酚氨废水处理新工艺[J].中国化工贸易，2012（2）.

[3] 曹征.鼓泡—絮凝法处理含阴离子表面活性剂废水[J].环境科学与技术，1993（2）.

[4] 李昂.污泥吸附除磷脱氮工艺及其数学模型研究[D].中国矿业大学，2010.