水解酸化+生化A/O 工艺处理碎煤加压气化废水的试验研究

2020-05-12成学礼纪钦洪

煤化工 2020年2期

成学礼，乔华，纪钦洪

（1.中海油大同煤制气项目组，山西大同037100；2.中海油研究总院有限责任公司新能源研究中心，北京100028）

废水的处理与利用是现阶段煤化工产业发展面临的重大环保问题[1-2]，为满足2015 年环保部在《现代煤化工建设项目环境准入条件（试行）》中提出的要求，2016 年以来获得环保部环评批复的煤化工项目多数选择高浓盐水分质结晶技术处理煤化工废水。近年来，以煤为原料制取天然气的项目多选用碎煤加压气化工艺[3]，而碎煤加压气化所产生的废水含酚高、氨氮高、可生化性低，成为制约这一工艺应用的瓶颈之一。中国海洋石油集团有限公司拟在山西大同建设40 亿m3/a 煤制气项目，为了验证碎煤加压气化废水处理工艺方案的可行性，考察碎煤加压气化废水污染物的降解过程，中海油大同煤制气项目组在内蒙古某煤气化公司厂内设计建设了一套废水负荷为3 m3/h的试验装置，采用水解酸化+生化A/O 工艺来处理酚氨回收后的碎煤加压气化废水，并通过一系列试验来考察废水中污染物降解效果。

1 试验

1.1 试验装置

按照进水COD 质量浓度3 500 mg/L 设计废水处理能力为3 m3/h 试验装置，废水处理试验装置流程示意图见图1。其中：水解酸化池有效池容为75 m3，设计停留时间25 h；A 池（缺氧池）有效池容为90 m3，设计停留时间30 h；O 池（好氧池）有效池容为180 m3，设计停留时间60 h。水解酸化池从末端设置污泥回流和混合液回流到水解酸化池前端，O 池设置污泥回流和混合液回流到A 池。

图1 废水处理试验装置流程示意图

1.2 试验材料

试验用废水引自内蒙古某煤气化公司酚氨回收后的碎煤加压气化废水。典型的参数如下：COD 质量浓度1 580 mg/L～3 910 mg/L、总酚质量浓度350 mg/L～550 mg/L、氨氮质量浓度80 mg/L～210 mg/L、总氮质量浓度150 mg/L～450 mg/L。

为了保持试验进水的稳定，从废水处理厂的综合调节池取水，并在试验装置的入口设置缓冲池，使试验装置接入废水的COD 质量浓度维持在2 500 mg/ L～2 700 mg/L。

1.3 污泥接种

水解酸化池的污泥，采用废水处理厂的上流式厌氧污泥床（UASB）装置的厌氧污泥进行接种；生化A/O池的污泥，采用废水处理厂的生化A/O 池剩余污泥进行接种。

维持水解酸化池的pH 在6 以下，用于控制甲烷菌的生长，A 池的溶解氧（DO）质量浓度控制在0.2 mg/L以内，O 池的DO 质量浓度控制在4 mg/L～5 mg/L。

污泥接种后，水解酸化池和生化A/O 池运行3 个月，活性污泥充分适应了废水的特性。污泥生长旺盛，特征菌团饱满、健壮、有活力。

污泥接种驯化期间，试验装置进水量在3 m3/h，水解酸化混合液回流量在8 m3/h，A/O 池的混合液回流量在9 m3/h，A/O 池内的混合液悬浮固体（MLSS）质量浓度达到3 500 mg/L 以上，污泥培养完成，进行试验。

1.4 试验方法

1.4.1 停留时间变化对水解酸化过程的影响

有效池容不变的情况下，通过改变装置进水的负荷，改变水解酸化池水力停留时间，通过分析水解酸化池出水的COD 来考察水解酸化过程。

1.4.2 停留时间对A/O 生化过程的影响

保持水解酸化池进水水质平稳，进水量在4.0 m3/h稳定运行，在水解酸化池出水进入A/O 池前增加旁路，用于调节A/O 池进水量。通过改变A/O 池的进水负荷，改变A/O 池的水力停留时间，通过分析A/O 池出水COD 来考察生化降解过程。

1.4.3 混合液回流量对氨氮、总氮降解的影响

维持水解酸化池和A/O 池进水水质平稳，进水负荷在3 m3/h 下稳定运行。通过改变A/O 装置的混合液回流量，分析A/O 池进水和出水的氨氮、总氮来考察生化处理效果。

1.5 分析方法

分析方法参照《水和废水检测分析方法》（第四版）[4]，COD：重铬酸钾标准法；氨氮：纳氏试剂分光光度法；总氮：过硫酸钾氧化紫外分光光度法。

2 结果与探讨

2.1 停留时间变化对水解酸化过程的影响

保持水解酸化池进水水质平稳，通过调节水解酸化池的进水负荷来调节停留时间，考察水解酸化池水力停留时间与进、出水COD 的关系，结果见表1。

由表1 可知，维持进水水质平稳的情况下，当水力停留时间超过19.2 h，出水COD 开始下降，当停留时间高于22.7 h，出水COD 下降的明显，说明被降解的污染物较多；当水力停留时间超过35.7 h，COD 降解效果逐渐趋缓，说明污染物降解过程有水解段、产酸段，因此，水解酸化池较合适的水力停留时间在

表1 水解酸化池水力停留时间与进、出水COD 关系

22.7 h～35.7 h。

2.2 停留时间变化对A/O 生化过程的影响

维持水解酸化池运行状态不变，保持A/O 生化池进水水质平稳，通过调节生化A/O 池的进水负荷来调节水力停留时间，考察A/O 池水力停留时间与进、出水COD 的关系，结果见表2。

表2 A/O 池水力停留时间与进、出水COD 关系

由表2 可知，随着停留时间的增加，生化A/O 池出水的COD 呈下降趋势，说明可生化有机物的降解程度随着停留时间增加而增加；当水力停留时间超过100 h 时，出水COD 的质量浓度可以降到300 mg/L 左右；当停留时间超过128.6 h 以后，出水COD 的下降趋势趋缓，说明可生化有机物基本降解完成。

2.3 混合液回流量对降解氨氮、总氮的影响

维持水解酸化池、生化池进水水质稳定，进水负荷3 m3/h。调整生化A/O 池混合液回流量，考察生化A/O 池混合液回流量与进、出水水质结果见表3。

表3 生化A/O 池混合液回流量与进、出水水质

由表3 可知：（1）生化A/O 池出水氨氮基本保持不变，说明在好氧过程中，氨氮被转化为硝态氮的过程比较彻底。（2）生化A/O 池出水总氮随回流量的增加而降低，但当混合液回流量超过10 m3/h 时，出水总氮下降趋势缓慢，说明在足够碳源和活性污泥存在下，硝化和反硝化反应较快，因而在前置反硝化的流程中，回流量为制约总氮去除率的主要因素。混合液回流量在10 m3/h 以上，也就是回流比（混合液回流量/进水量）在3.3 倍以上，A/O 池出水的总氮下降比较缓慢，因此维持3 倍左右的回流比，既可以最大限度地消解总氮，又能获得比较经济的运行成本。