宁夏某煤化工园区污水处理工艺设计

马羽飞，梅慧瑞，张新国，许建民，肖盼，赵正达，饶启陶，刘青

（哈尔滨工业大学环保技术有限公司，哈尔滨 150006）

工程实例

宁夏某煤化工园区污水处理工艺设计

马羽飞，梅慧瑞，张新国，许建民，肖盼，赵正达，饶启陶，刘青

（哈尔滨工业大学环保技术有限公司，哈尔滨 150006）

以宁夏某煤化工园区内各企业排放的经处理达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级排放标准的污水为研究对象，根据煤化工污水的特点，在进行深入调查、研究的基础上，确定以生物强化稳定床-两相MSBR池-臭氧氧化塔-SBAF反应器为主体工艺的设计方案。最终达到污水全部回收利用的目的。详细介绍了该工程工艺流程及工艺特点。

煤化工；难降解污水；两相MSBR工艺；臭氧氧化；SBAF工艺

1 工程概况

宁夏某煤化工园区建有水煤浆气化制合成氨、尿素联产甲醇、二甲醚和甲醇、抗氧剂、硬脂酸钙、混合助剂、煤基多联产、乙炔、醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇和聚四氢呋喃等煤化工装置。为解决该煤化工园区的工业污水和生活污水，需建设1座煤化工园区污水处理厂，将园区内各公司、企业排出的经处理达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级排放标准的工业污水和生活污水进一步处理，达到景观、绿化用水水质标准后，再利用。

2 污水来源及进、出水水质

本工程污水来源为：①水煤浆气化技术制合成氨、甲醇、二甲醚等煤化工生产装置；②抗氧剂、硬脂酸钙等化工助剂装置；③煤基多联产、煤制乙炔、煤制醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇、聚四氢呋喃等煤化工生产装置。上述装置产生的污水首先经过各企业内部的预处理，达到GB 8978—1996三级排放标准后，一并进入本工程污水处理厂再做进一步处理，最终出水水质达到GB/ T 18921—2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》中水景类水质标准后，出水做景观、绿化用水。

本工程污水设计规模为5 000 m3/d。主要进、出水水质指标如表1所示。

表1 设计进、出水水质Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 污水处理工艺

3.1 处理工艺选择

煤化工污水以煤气洗涤污水为主，是一种典型的有毒有害且含有难降解有机化合物的工业污水。目前对于煤化工污水，国内一般采用预处理-生化处理-深度处理的工艺路线［1-2］。预处理工艺主要有：隔油、气浮等；生化处理工艺主要有：AO工艺、PACT法、载体流动床生物膜法（CBR）、厌氧生物法、厌氧-好氧生物法等；深度处理工艺主要有：混凝沉淀技术、固定化生物技术、吸附法、催化氧化法及膜处理技术等。

根据本工程进水水质及出水要求，煤化工污水中残留一定浓度的氰化物、氟化物、苯胺类及总砷、总锰等一些重金属元素。此类有毒有害物质，首先要考虑在预处理阶段去除，降低其对生化处理的冲击。在预处理段采用水解酸化工艺，提高了污水的可生化性，减轻了好氧系统的有机负荷。煤化工污水中化工助剂、醋酸乙烯、聚乙烯醇、1，4-丁二醇、聚四氢呋喃等装置排放的污水，需要采用高级氧化技术进行深度处理，以提高污水的可生化性，保证有机污染物的彻底去除。原水的污染物浓度较低，ρ（CODCr）≤500 mg/L，ρ（BOD5）≤300 mg/L，出水要求ρ（BOD5）≤6 mg/L，因此应选择适合工业污水深度处理的生化处理工艺。煤化工污水二级生化出水残余CODCr浓度较高，而CODCr构成成分主要是疏水性有机酸（HoA，约占45%）和亲水性有机酸（HiA，约占26%），其来源主要为微生物残体经酶分解、氧化、微生物合成等过程生成的代谢产物，具体物质包括水溶性的腐殖酸（HA）和富里酸（FA）以及不溶于水的胡敏酸。这些物质不能够直接进行进一步的生化降解或降解时间非常漫长，故形成生化出水残余物。对于化工污水生化出水残余物的去除，目前比较有效的手段是采用·OH进行氧化［3］，既去除污染物又可解决色度的问题。

污水处理厂出水对NH3-N和TN有较严格的要求，需要采用具有生物脱氮功能的生化处理工艺。

污水处理厂出水要求SS质量浓度低于10 mg/ L，因此设置过滤单元。

3.2 处理工艺流程

污水处理工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程Fig.1 Process flow of sewage treatment

混合污水首先进入调节池，池内设搅拌机搅拌以防止悬浮物沉淀，并使水质均匀。当来水pH值异常或CODCr浓度较高时，来水切换流入事故水缓冲池暂时储存，甚至切断进水。事故池内污水按小流量用泵送至调节池。

调节池出水提升到水解酸化池，优化水质结构。去除部分有机物，分解大分子有机物，改善污水可生化性，促进有机氮转化为NH3-N。

水解酸化池出水自流进入生物强化稳定床。进一步吸附、拦截生物抑制性污染物，消除其对后续生化处理的不良影响。

生物强化稳定床出水自流进入两相MSBR池，完成大部分有机物降解和NH3-N的去除。MSBR池出水经提升输送到臭氧氧化塔进行有机污染物的高级氧化分解，氧化塔出水自流到中间水池，再经泵提升至SBAF池，污水中剩下的有机污染物大部分为可生化性较低的有机污染物，在SBAF池中被进一步降解去除，以降低化学氧化的处理成本。

SBAF池出水进入转盘过滤器过滤，拦截污水中SS并降低浊度，确保出水达标。滤池出水自流到接触消毒池，经消毒后达标回用。

3.3 设计特点

（1）污水预处理阶段采用水解酸化工艺，既提高了污水可生化性，又能减少污泥产量，增强整个系统对有机物和悬浮物的去除效果。而生物强化稳定床则以微生物控制进程技术及微生物絮凝技术［4］为理论基础，通过特殊的结构设计，集解毒（去除有毒有害物质）、反硝化、稀释、消泡等功能于一体，减轻了污水中有毒物质对生物处理的冲击。

（2）根据本文对出水水质的要求，污水需经二级处理并需脱氮，因此采用具有脱氮能力两相MSBR［5］完成去除有机物及NH3-N的目的。整个系统连续进水，连续出水，大大提高了容积利用率。其中一相MSBR池主要完成脱碳（去除有机物），二相MSBR池通过形成同步硝化-反硝化环境，实现NH3-N的高效去除。内部填料采用卍字形嵌套填料［6］，这种填料在曝气气泡的搅动情况下，呈现出高速旋转的状态，使得填料在形成自转的同时，能够上下翻腾，提高了传质效果、不会形成堆积结块，并且填料的高速自转会使死膜及时脱落，加速生物的新陈代谢。

（3）深度处理采用臭氧氧化-SBAF［7］工艺。对生化处理出水中残余CODCr采用臭氧氧化进行处理，降低污水CODCr浓度，去除色度。之后污水进入SBAF池截留SS和利用表层生物膜吸附、降解去除绝大部分有机污染物。SBAF与传统BAF的不同之处是采用软性滤料，两组切换运行的方式可同时实现过滤与吸附的功能，大大提高有机物和SS去除率。

4 主要构筑物及设计参数

（1）水解酸化池。1座，钢筋砼结构，尺寸为13.5 m×12.5 m×11.0 m，有效水深为9.5 m，水力停留时间为6 h，CODCr容积负荷为2.0 kg/（m3·d）。

（2）生物强化稳定床。2套，EBS2500型，单套处理量为105 m3/h，配搅拌器，单套电机功率为18.5 kW。

（3）MSBR池。2座，钢筋砼结构，尺寸为31.8 m×17.2 m×6.0 m，有效水深为5.0 m，水力停留时间为24 h，污泥负荷为0.075 kg［BOD5］/（kg［MLSS］·d），容积负荷为0.261 kg［CODCr］/（m3·d），反硝化负荷为0.055 kg［NO3--N］/（kg［MLVSS］·d），污泥龄为52 d，平均污泥质量浓度为3 500 mg/L，需氧量为3 720 kg［O2］/d，需供空气量为76 m3/min，干污泥量为311.2 kg/d，湿污泥量为39 m3/d（含水率99.2%）。设潜水搅拌机16台，功率为2.2 kW，旋流曝气器96台（进口设备），鼓风机3台，风量为37.97 m3/min，风压为70 kPa，功率为75 kW；气提回流装置4台，流量为105 m3/（h·台）；污泥泵5台，流量为30 m3/h，扬程为15 m，功率为3.7 kW；恒水位滗水器8套，流量为210 m3/（h·套）；卍字形镶嵌生物填料350m3；高级氧化提升泵3台，流量为110 m3/h，扬程为20 m，功率为15 kW。

（4）臭氧氧化工艺。臭氧氧化塔1台，钢制内衬防腐，尺寸为φ3.8 m×6.5 m；臭氧发生器2套，臭氧投加量为2.5 kg/（h·台）。

（5）SBAF池。SBAF反应器6套，尺寸为φ4.5 m×6.5 m，停留时间为2 h，容积负荷为0.42 kg［BOD5］/（m3·d），需供空气量为10.5 m3/min。

5 工程设计效果预测

本工程主要污水处理单元预测效果如表2所示。

表2 主要污水处理单元的处理效果Tab.2 Effect of main sewage treatment unit

6 结语

（1）采用生物强化稳定床-两相MSBR-臭氧氧化-SBAF处理煤化工污水，出水水质达到GB/T 18921—2002中水景类水质标准，出水可作为做景观、绿化用水。

（2）本工程建成投运后，预测每年可去除CODCr约821.3 t，SS约711.8 t，NH3-N约75.7 t，TN约100.4 t，不仅能改善当地自然环境，而且提高了水资源综合利用率，减轻水体污染，实现有限水资源的可持续利用。本工程能够提供回用水175万t/a，中水水价按2.5元/t计，每年可节约437.5万元的绿化供水费用。本工程不仅可以产生巨大的环境效益，同时也可产生可观的经济效益。

［1］于海，孙继涛，唐峰.新型煤化工废水处理技术研究进展［J］.工业用水与废水，2014，45（3）：1-5.

［2］黄开东，李强，汪炎.煤化工废水“零排放”技术及工程应用现状分析［J］.工业用水与废水，2012，43（5）：1-6.

［3］朱秋实，陈进富，姜海洋，等.臭氧催化氧化机理及其技术研究进展［J］.化工进展，2014，33（4）：1010-1014.

［4］常青.水处理絮凝学：第二版［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［5］许建民.一种两相恒水位连续流 SBR反应池及工艺：CN 104085989A［P］.2014-10-08.

［6］许建民.一种用于污水处理的卍字形嵌套填料及其制作方法：ZL201210129496［P］.2012-08-08.

［7］许建民.一种曝气生物滤池及工艺：CN 104058499A［P］.2014-09-24.

Design of sewage treatment process of a coal chemical industrial park in Ningxia province

MA Yu-fei，MEI Hui-rui，ZHANG Xin-guo，XU Jian-min，XIAO Pan，ZHAO Zheng-da，RAO Qi-tao，LIU Qing
（HIT Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Harbin 150006，China）

Take sewage discharged from enterprises in a coal chemical industrial park of Ningxia province which had achieved the requirement of grade 3 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard as the research object，based on the characteristics of coal chemical industrial sewage，the design scheme that adopting biochemical enhancement stabilization bed-two phase MSBR tank-ozone oxidation tower-SBAF reactor as the main process was determined based on the in-depth investigation and research.The purpose of sewage total recycling was finally achieved.The process flow and characteristics of the said engineering were introduced in detail.

coal chemical industry；hard-degradable sewage；two-phase MSBR process；ozone oxidation；SBAF process

X784.031

B

%1009-2455（2016）05-0064-03

马羽飞（1984-），男，北京人，工程师，本科，主要从事污水处理工艺设计，（电子信箱）hagongmyf@126.com。

2016-06-12（修回稿）