劣质煤利用项目污水处理装置配置及运行总结

马光华，段志栋，尹志君

（山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州 036000）

0 引 言

煤气化是煤化工装置的龙头，由于气化技术的不同，煤气化等废水污染物含量也有很大差别，其中，鲁奇炉气化产生的废水成分尤为复杂，其废水中氨氮、COD、SS、酚等含量较高，这就对煤气化废水处理技术提出了更高的要求。

山西中煤平朔能源化工有限公司（简称中煤平朔能化）劣质煤综合利用示范项目主要生产工业硝酸铵，副产品有硫酸铵、LNG等，主要生产装置有300kt／a合成氨、2×180kt／a硝酸、2×200kt／a硝酸铵装置。项目为中煤平朔能化高标准循环经济规划项目之一，属山西省以劣质煤为基础延伸产业链、发展循环经济的重点项目，年消耗劣质煤（高硫、高灰分）990kt、锅炉燃料煤矸石705.6kt。其气化装置采用鲁奇炉气化工艺，气化废水经煤气水预处理＋酚氨回收后进入污水处理装置。

中煤平朔能化生产废水主要包括含酚煤气水、低温甲醇洗废水、全厂初期雨水、全厂地面冲洗水、生活化验及其他污水、平安四期项目（合成氨、硝铵装置）工业废水，最大污水量为168.4m3／h。据各生产单元工艺特点及煤气化等废水水质特性，选用了“预处理＋水解＋A／O＋水解＋A／O＋混凝沉淀＋臭氧脱色杀菌＋流砂过滤”工艺处理生产废水。本污水处理装置由中国昆仑工程公司总包，上海达源环境科技工程有限公司设计、施工、调试；2a多的运行实践表明，系统运行稳定，对CODCr波动忍耐度强、维护工作量小，产水满足《循环冷却水用再生水水质标准》（HG／T3923—2007）［1］要求，产水水质稳定，达到了预期效果。以下对污水处理装置的配置及应用情况进行介绍，以期为业内提供一点参考与借鉴。

1 污水处理装置概况

1.1 系统水量及水质

中煤平朔能化生产装置综合排水量一般在129.06m3／h，最大在168.4m3／h（其中，含酚煤气水95～115m3／h、低温甲醇洗废水7.0～8.4m3／h、全厂初期雨水量不定、全厂地面冲洗水8m3／h、生活化验及其他污水10～24m3／h、平安四期项目工业废水9.06～13m3／h）；污水处理装置处理能力按最大进水量的118%设计，即设计处理能力200m3／h，年运行时间8000h，出水满足HG／T3923—2007要求。污水处理装置设计进出水水质指标见表1。

1.2 工艺流程

污水处理装置采用“预处理＋水解＋A／O＋水解＋A／O＋混凝沉淀＋臭氧脱色杀菌＋流砂过滤”工艺，其工艺流程简图见图1（注：全厂初期雨水收集在生产废水事故池，间断送入初沉隔油池处理），有关说明如下。

表1 污水处理装置设计进出水水质指标

图1 污水处理装置工艺流程简图

1.2.1 预处理工艺

管网自流来地面冲洗水经格栅进入地面冲洗水收集池，通过地面冲洗水提升泵送至初沉隔油池；带压含酚煤气水和平安四期废水也经管道进入初沉隔油池。除去重油及轻油的初沉隔油池出水经混凝反应池进入混凝射流气浮池，除去乳化油及部分污染物后的混凝射流气浮池出水通过连通管进入酚氨废水调节池，之后进入后续水解及生化系统。初沉隔油池内重油及轻油则经油污池进入废油贮罐，予以回收处理；混凝射流气浮池上部油渣经刮渣机收集进入气浮含油污泥池，经污泥螺杆泵送入离心脱水机脱水，含油污泥外运处理，泥水则返回系统前端利用。

1.2.2 生化处理工艺

预处理后的生产污水经酚氨废水调节池提升泵送入一级水解池，一级水解池出水进入二级水解配水池，其出水经配水泵送入二级水解池。提高了可生化性的二级水解池出水进入一级生化系统缺氧池，一级生化回流污水与二级水解池出水在一级生化缺氧池中进行反硝化反应，使污水中硝态氮转化为气态氮；而低温甲醇洗废水、生活化验废水及少量其他废水直接进入一级生化缺氧池［2］，作为碳源补充。一级生化缺氧池出水经一级A／O循环水泵提升后通过射流器均匀地进入一级生化好氧池进行硝化反应，其出水进入一级A／O沉淀池，经沉淀后，一级A／O沉淀池上清液进入三级水解配水池，三级水解配水池出水经泵提升进入三级水解池进行缺氧水解酸化，之后其出水自流入二级生化缺氧池；在二级生化缺氧池中，二级生化回流污水与三级水解池出水在此进行反硝化反应，使水中剩余硝态氮进一步转化为气态氮；二级生化缺氧池出水经二级A／O循环水泵提升后通过射流器均匀地进入二级生化好氧池进行硝化反应，去除大部分CODCr、BOD5、NH3-N等污染物后进入二级A／O沉淀池。

1.2.3 深度处理工艺

二级A／O沉淀池出水自流进入二级好氧出水回流池，经管道进入混凝反应池，混凝反应池出水再进入混凝沉淀池［2］；在混凝沉淀池中，废水经泥水分离后进入臭氧氧化池，经脱色和进一步降解CODCr后，臭氧氧化池出水进入流砂滤池，流砂滤池的合格产水收集于回用水池，经泵送入厂区回用水管网。

1.2.4 污泥处理工艺

生化处理及深度处理系统产生的剩余污泥排入污泥浓缩池，经重力浓缩后送入离心脱水机脱水，脱水后的污泥外运处理，泥水则返回系统前端利用。

2 污水处理装置主要构筑物及设备

（1）生产废水事故池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸43.5m×21.0m×6.5m，有效水深6m，有效容积5481m3（1座），2座生产废水事故池中间有安装阀门的连通管连接；配套卧式离心泵（Q=100m3／h，H=20m，电机功率11kW）4台、潜水可提式搅拌机（电机功率4kW）8台。

（2）厌氧污泥池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸7.5m×6.0m×6.5m，有效水深6m，有效容积270m3；配套卧式离心泵（Q=20m3／h，H=40m，电机功率11kW）2台。

（3）地面冲洗水集水池（1座）：钢砼结构地下式，尺寸12.0m×4.0m×5.2m，有效水深3m，有效容积144m3；配套地面冲洗水提升泵（Q=60m3／h，H=20m，电机功率7.5kW）2台、引水罐1个、机械细格栅（宽500mm，间隙3mm，电机功率1.5kW）1套、流量计（电磁一体式，DN80，Q=60m3／h）1台。

（4）生活化验废水集水池（1座）：钢砼结构地下式，尺寸12.0m×4.0m×5.2m，有效水深3m，有效容积144m3；配套生活化验废水提升泵（Q=50m3／h，H=20m，电机功率5.5kW）2台、引水罐1个、机械细格栅（宽500mm，间隙3mm，电机功率1.5kW）1套、流量计（电磁一体式，DN80，Q=50m3／h）1台。

（5）初沉隔油池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸16.0m×4.0m×7.2m，有效水深6.9m，有效容积441.6m3（1座），水力停留时间6h；配套出水盖板阀（DN300，螺杆长2m）2台、油污贮罐（φ1200mm×1500mm，碳钢防腐）2个。

（6）混凝射流气浮池［3］（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸12.0m×4.0m×6.9m，有效水深6.4m，有效容积307.2m3（1座），分离区表面负荷2.50m3／（m2·h）；配备气浮射流器（Q=30m3／h）2套、气浮混凝反应搅拌装置（折桨式，2套1组）4套、气浮刮渣机（行车式，跨度4m，电机功率1.1kW）2台、气浮池出水盖板阀（DN300，螺杆长2m）2台、气浮射流泵（卧式离心泵，Q=30m3／h，H=32m，电机功率5.5kW）3台。

（7）含油污泥池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸3.7m×3.0m×6.9m，有效水深6m，有效容积66.6m3，污泥流量5m3／h；配套含油污泥螺杆泵（单螺杆泵，Q=10m3／h，H=60m，电机功率3kW）2台、含油污泥离心脱水机（Q=15m3／h，电机功率22kW）1台、气浮混凝剂加药计量泵（机械柱塞式，Q=500L／h，p=0.5MPa，电机功率0.55kW）2台、气浮助凝剂加药计量泵（机械柱塞式，Q=300L／h，p=0.5MPa，电机功率0.55kW）2台、脱水机加药计量泵（机械柱塞式，Q=150L／h，p=0.5MPa，电机功率0.3kW）2台。

（8）酚氨废水调节池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸48.0m×12.0m×7.0m，有效水深6.7m，有效容积3859.2m3，水力停留时间24h；配套酚氨废水调节池提升泵（卧式离心泵，Q=160m3／h，H=32m，电机功率22kW）2台、潜水搅拌机（可提升式，电机功率4kW）4台、酚氨废水流量计（电磁一体式，DN150，Q=160m3／h）1台、COD仪（量程500～6000 mg／L）1台、pH仪（量程0～14，温度输出）1台、NH3-N仪（量程50～500mg／L）1台。

（9）其他废水调节池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸7.0m×6.0m×7.0m，有效水深6.7m，有效容积281.4m3，水力停留时间4.5h；配套提升泵（卧式离心泵，Q=60m3／h，H=32m，电机功率11kW）2台、pH仪（量程0～14，温度输出）1台。

（10）一级水解池（1座8格）：钢砼结构半地下式，每格尺寸7.5m×7.5m×10.0m，有效水深9.5m，有效容积3600m3（8格），水力停留时间24h；配置气动蝶阀2台。

（11）二级水解配水池（1座2格）：钢砼结构半地下式，每格尺寸7.5m×3.0m×10.0m，有效水深8m，有效容积360m3（2格），水力停留时间2.4h；配套二级水解池配水泵（卧式离心泵，Q=100m3／h，H=32m，电机功率15kW）3台、温度计（测量范围0～60℃）2台。

（12）二级水解池（1座12格）：钢砼结构半地下式，每格尺寸7.5m×7.5m×10.0m，有效水深9.5m，有效容积5400m3（12格），水力停留时间36h。

（13）一级A／O生化池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸50.0m×15.0m×9.0m，有效水深8m，有效容积12000m3（2座），水力停留时间80h；配套一级A／O池循环泵（卧式离心泵，Q=1260m3／h，H=16m，电机功率75kW）3台、射流曝气器（单套Q=20m3／h，长度10m）100套，一级生化池曝气器（散流式，φ300mm，单套Q=5m3／h）2400套、曝气风机（多级离心式，Q=110m3／min，风压0.1MPa，电机功率160kW）3台、pH仪（量程0～14，温度输出）2台、DO仪（量程0～10mg／L）2台。

（14）一级生化沉淀池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸13.0m×13.0m×7.5m，有效水深7m，有效容积1183m3（1座），其分离区表面负荷＜0.65m3／（m2·h）；配套刮泥机（φ13m，中心传动，外缘线速＜2m／min，电机功率1.5kW）2台、污泥泵（卧式离心泵，Q=100m3／h，H=32m，电机功率15kW）2台。

（15）三级水解配水池（1座2格）：钢砼结构半地下式，每格尺寸7.5m×3.0m×10.0m，有效水深7m，水力停留时间1.5h，有效容积315m3（2格）；配套水解池配水泵（卧式离心泵，Q=100m3／h，H=32m，电机功率15kW）3台、温度计（测量范围0～60℃）2台。

（16）三级水解池（1座8格）：钢砼结构半地下式，每格尺寸7.5m×7.5m×10.0m，有效水深9.5m，水力停留时间18h，有效容积3600m3（8格）。

（17）二级A／O生化池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸15.0m×15.0m×9.0m，有效水深8m，水力停留时间18h，有效容积3600m3（2座）；配套循环泵（卧式离心泵，Q=900 m3／h，H=16m，电机功率55kW）3台、射流曝气器（单套Q=50m3／h，长度10m）36套、二级好氧池曝气器（散流式，φ300mm，单套Q=5m3／h）600套、pH仪（量程0～14，温度输出）2台、DO仪（量程0～10mg／L）2台。

（18）二级生化沉淀池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸13.0m×13.0m×7.5m，有效水深7m，有效容积1183m3（1座），其分离区表面负荷＜0.65m3／（m2·h）；配套刮泥机（φ13m，中心传动，外缘线速＜2m／min，电机功率1.5kW）2台、污泥泵（卧式离心泵，Q=100m3／h，H=32m，电机功率15kW）2台。

（19）混凝反应池（2组6格）：钢砼结构半地下式，每格尺寸2.0m×2.0m×5.0m，有效水深4.3m，水力停留时间0.5h，搅拌装置6套（折桨式，3套1组）。

（20）混凝沉淀池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸12.0m×12.0m×6.0m，有效水深5m，分离区表面负荷＜0.70m3／（m2·h）；配套刮泥机（φ12m，中心传动，外缘线速＜2 m／min，电机功率1.1kW）2台、排泥泵（卧式离心泵，Q=30m3／h，H=32m，电机功率5.5 kW）2台、混凝药剂搅拌装置（折桨式）4套、脱色剂加药计量泵（机械柱塞式，Q=300L／h，p=0.5MPa，电机功率0.55kW）2台、PAC加药计量泵（机械柱塞式，Q=500L／h，p=0.5 MPa，电机功率0.55kW）2台、PAM加药计量泵（机械柱塞式，Q=150L／h，p=0.5MPa，电机功率0.3kW）2台。

（21）臭氧氧化进水池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸13.7m×5.0m×2.7m，有效水深2.2m，有效容积150m3；配套进水泵（卧式离心泵，Q=200m3／h，H=20m，电机功率22kW）2台。

（22）臭氧氧化池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸20.0m×8.6m×8.0m，有效水深7m，水力停留时间8h，有效容积1200m3；配套臭氧发生器（放电式，Q=3kg／h，气源为氧气）2台、臭氧曝气器（φ260mm）36套、臭氧尾气破坏器（热分解式）1台。

（23）流砂滤池（2座）：钢砼结构半地下式，尺寸5.0m×5.0m×8.0m，有效水深6m，水力停留时间2h，有效容积300m3（2座）；配套流砂过滤器（φ2450mm，单套Q=40m3／h）8套。

（24）回用水池（1座）：钢砼结构半地下式，尺寸9.8m×8.7m×2.7m，有效水深2.2m，水力停留时间0.9h，有效容积180m3；配套提升泵（卧式离心泵，Q=200m3／h，H=40m，电机功率37kW）2台、COD仪（量程10～500 mg／L）1台、pH仪（量程0～14，温度输出）1台、NH3-N仪（量程5～100mg／L）1台。

（25）液碱贮罐（1个）：卧式，尺寸φ2200mm×3500mm，V=15m3；配套液碱投加泵（卧式离心泵，Q=2m3／h，H=30m，电机功率1.5kW）2台、液碱卸料泵（立式管道泵，Q=30m3／h，H=12m，电机功率3kW）1台。

（26）污泥浓缩池（3座）：钢砼结构半地下式，尺寸10.0m×10.0m×7.0m，有效水深6.5m，有效容积1950m3（3座）；配套污泥浓缩机（φ10m，中心传动，电机功率1.5kW）3台、污泥螺杆泵（Q=10m3／h，H=60m，电机功率3kW）3台、污泥离心脱水机（Q=15 m3／h，电机功率22kW）2台、污泥脱水加药装置（V=1m3，配套搅拌机，电机功率1.1kW）2套、计量泵（机械柱塞式，Q=150L／h，p=0.5MPa，电机功率0.3kW）2台、污泥斗（V=3m3，电机功率0.55kW）2台。

3 污水处理装置调试运行情况

3.1 系统调试

污水处理装置共有2个系列（简称为A系列、B系列），正常生产时2个系列同时运行。

污水处理装置于2016年3月4日开始进水试漏；4月26日一级A／O生化池B系列投入接种污泥30t，期间间断投加营养源开始培菌，5月23日一级A／O生化池B系列再投入接种污泥50t，期间间断投加营养源；5月18—26日一级水解池和二级水解池投放接种污泥各20t；5月30日，一级A／O生化池A系列投入接种污泥50t，A／B系列投加营养源；7月4日系统进酚氨废水40m3／h；2016年8月污水处理装置流程打通，产出合格出水送气化循环水补水系统。2017年由于主生产装置开工率不足，污水处理装置始终保持低负荷运行。2017年9月8日，臭氧装置01-M805B启动（之前臭氧装置施工未完成）并正常投运，标志着污水处理装置全部设备投入运行。

3.2 系统72h运行考核

2018年，污水处理装置生产趋于正常，其进水量较为稳定，污水处理装置2个系列全部投运；2018年3月20—22日进行系统72h运行考核，主要考核系统进出水量、pH、CODCr、NH3-N等指标。具体考核情况如下。

3.2.1 系统处理水量

72h运行考核期间系统进出水量情况见图2。可以看出，72h运行考核期间系统平均进水量161.7m3／h，接近生产装置综合排水量最大值168.4m3／h，完全满足正常生产时综合排水量129.06m3／h的要求，除去部分污泥回流水损失，产水量在140m3／h左右。

图2 72h运行考核期间系统进出水量

3.2.2 系统主要工艺指标

3.2.2.1 系统进出水CODCr

72h运行考核期间系统进出水CODCr及其脱除率见图3（00：00—08：00为大夜班、08：00—16：00为白班、16：00—24：00为小夜班，下同）。可以看出，72h运行考核期间系统进水CODCr最大2573mg／L、最小1821mg／L、平均2212 mg／L，产水CODCr最大57.2mg／L、最小40.62 mg／L、平均48.5mg／L，满足系统出水CODCr≤60mg／L的指标要求，CODCr平均脱除率达97%。

图3 72h运行考核期间进出水CODCr及其脱除率

3.2.2.2 系统产水pH

72h运行考核期间系统进出水的pH见图4。可以看出，72h运行考核期间系统产水pH最大7.18、最小6.35，满足回用水pH=6～9的指标要求。

图4 72h运行考核期间系统进出水pH

3.2.2.3 系统进出水NH3-N含量及其脱除率

72h运行考核期间系统进出水NH3-N含量及其脱除率见图5。可以看出，72h运行考核期间系统进水NH3-N含量最大195.6mg／L、最小150.4mg／L、平均171mg／L，系统产水NH3-N含量最大9.47mg／L、最小4.64mg／L、平均7.45mg／L，满足出水NH3-N含量≤15mg／L的指标要求，NH3-N平均脱除率达95%。

图5 72h运行考核期间系统进出水NH3-N含量及其脱除率

72h运行考核结果表明，污水处理装置的处理能力完全能满足生产所需，其产水量及产水的工艺指标较好，接近设计要求，能满足主生产装置正常生产指标要求。

4 经济效益分析

污水处理装置总投资约7000万元，日常运行费用主要包括电费、药剂费、人工成本，具体费用如下：装置平均进水量161.7m3／h，按电价0.55元／（kW·h）、系统电机合计小时正常功率814.65kW计算，日常运行电费为2.77元／m3；系统投加药剂有絮凝剂（PAC）、混凝剂（PAM）、脱色剂、除油剂等，药剂费用7.82元／m3；污水岗位共12人，人均月工资以4600元计，人工成本0.46元／m3。上述3项合计运行成本11.05元／m3。污水处理装置平均140m3／h产水进入回用水系统，按70%回收率计算，回用水可生产98m3／h的循环水补水，原水价格按4.02元／m3（中煤平朔能化原水为万家寨引黄水，输送距离远，需经各级泵站加压送至厂内，单价较高）计，年可节约补充原水费用315.168万元（年运行时间以8000h计）。

5 结束语

实践表明，中煤平朔能化劣质煤综合利用示范项目污水处理装置采用“预处理＋水解＋A／O＋水解＋A／O＋混凝沉淀＋臭氧脱色杀菌＋流砂过滤”工艺，其工艺路线选择合理，系统对CODCr波动忍耐度强，操作方便、维护工作量小、运行稳定［3］，产水水质能满足HG／T3923—2007的要求，投运后年可节约补充原水费用约315.168万元，经济效益明显。可为业内提供一点参考和借鉴。