高氨氮煤气化废水处理工艺设计应用实例

张楠，魏建勋

（1.阜新市生态环境保护服务中心，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省阜新生态环境监测中心，辽宁 阜新 123000）

我国能源结构的基本特征是“富煤、贫油、少气”[1]，以煤炭为主的资源禀赋是我国的基本国情。依靠我国丰富的煤炭资源，发展以煤为原料的化工产业，特别是以煤气化为龙头的化工产业，是实现煤炭资源洁净高效利用的有效途径，对保障我国的能源供应具有重要意义。我国的煤化工项目多建设在内蒙古、新疆、宁夏等煤炭资源丰富但水资源短缺的地区，项目耗水量大、产生的废水量也大，水质复杂、污染物浓度高，处理难度大。因此，通过高效、稳定的废水处理技术，实现废水回用，是推进污水资源化利用的重要举措，对实现新型煤化工项目可持续发展具有重要意义[2]。本文介绍了一套高氨氮煤气化废水处理工程实例，为同类煤化工废水处理提供参考。

1 工程概况

某化工有限公司煤气化工艺以褐煤为原料，采用BGL 碎煤熔渣气化炉技术，生产中间产品液氨，最终产品尿素，同时副产硫磺、焦油、粗酚。本项目废水处理主要包含低温甲醇洗废水、氨酚回收废水、生活化验及其他污水、初期雨水及地面冲洗水、消防事故污水和过滤器反洗排水。出水经脱盐处理回用作为循环水补充水，以再生水代替新鲜水。该废水成分复杂，污染程度高，主要污染物为有机污染物、氨氮和油。经检测，该废水碳氮比较低，可生化性一般，而氨氮浓度较高，因此，氨氮的去除是本废水处理项目的核心。

2 设计规模及进、出水水质

本项目设计水量260 m3·h-1，处理后满足《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T3923—2007）的水质要求。设计进、出水水质见表1。

表1 污水处理装置设计进、出水水质

3 处理工艺

3.1 处理工艺选择

本项目采用以隔油、气浮为主的预处理，水解酸化、改良SBR、混凝沉淀、曝气生物滤池为主的生化处理，以及高密度沉淀池、臭氧氧化、滤布滤池为主的深度处理组合工艺[3]，工艺流程见图1。

图1 工艺流程

3.2 主体工艺设计特点

3.2.1 改良SBR 工艺

目前国内在高氨氮废水处理上多采用改良型SBR 工艺，将SBR 工艺进水和曝气时段进行分割，组成多个A/O 的串联工艺，经多次硝化与反硝化达到除氮的目的。SBR 工艺集曝气、沉淀于一体，节约了沉淀池和污泥、污水回流系统，占地省、运行费用低、设备简单、维护方便；各阶段转化通过时间控制，可满足不同水量、水质、处理要求的需要，运行灵活；对原污水水质、水量变化的适应能力较强，抗冲击负荷能力强，脱氮效率高且稳定；运行方式模块化、程序化，可实现自动化控制。

3.2.2 水解酸化工艺

水解酸化阶段的产物主要为小分子有机物，可生物降解性较好，从而减少了整个生化反应的时间和处理的能耗；池体无须密闭，也无须水、气、固三相分离器，从而降低了造价，更便于维护；出水无厌氧发酵的不良气味，有利于改善污水处理厂周围的环境；反应迅速，池体相对较小，从而节省了大量基建投资；采用升流式多点布水，确保布水均匀，不产生短流，提高了污水的可生化性，降低了SBR 池的冲击负荷。

3.2.3 高密度沉淀池工艺

与传统絮凝工艺相比，高密度沉淀池采用载体絮凝技术，是集混凝、污泥循环、斜板（斜管）分离及污泥浓缩等于一体的沉淀工艺。其具有处理效率高、单位面积产水量大的优点，大大节省了土建投资及占地面积；采用高效的斜板（斜管）沉淀，原水在整个池体内被均匀分配，沉淀区上升速度可达20～40 m·h-1，沉淀池下部设置较大的浓缩区，使排放污泥的含固率更高，可达3%～14%，无需其他的污泥浓缩设施，有利于后续污泥处理；运行稳定，耐冲击负荷，运行成本低。

3.2.4 臭氧氧化工艺

与常规的消毒方式相比，臭氧氧化能力强，具有快速分解的特征。在整个消毒过程中，多余的氧在30 min 后又结合成氧分子，不存在任何残留物，从而解决了二次污染问题，同时也省去了消毒结束后的再次清洁。其具有较强的脱色、除臭和除异味能力，杀菌速度快。同时，为了提高臭氧与污水反应的效率，增加了微纳米气泡发生器，极大地提高了臭氧的利用率，减少臭氧的损耗，降低能耗。

3.2.5 滤布滤池工艺

与传统的过滤方式相比，滤布滤池工艺出水水质好且稳定；各盘片独立出水，可监测每个过滤盘片的工作状况，并可独立更换；安装维护简便，不需放空池水；模块化的设计使系统更加灵活，可自动化控制，运行维护简便；水头损失小，无须二次提升，降低了水厂投资和运行费用；滤盘采用垂直排布，全浸没设计，利用较小的占地面积就可保证较大的过滤面积，且无须附属构筑物，土建工程量少，建设周期短。

4 主要处理构筑物及设备参数

4.1 预处理

1）格栅-集水池。设格栅井 1 座，尺寸为8 m×0.8 m×8 m，砼结构；安装回转式格栅除污机1 台，间隙5 mm；螺旋输送压榨机1 台，手电两用圆闸门1 套。设集水池1 座，尺寸为6.2 m×3 m×8 m，砼结构；安装污水提升泵2 台。

2）隔油池。设隔油池2 座，尺寸为20 m×5 m×2.6 m，砼结构，水力停留时间2 h；安装防爆型刮油机2 台，油水分离器2 台，防爆型渣油泵2 台，重油储槽1 台，防爆型排重油泵2 台。

3）调节池。设调节池1 座，尺寸为40 m×25 m×7 m，砼结构加盖，水力停留时间24 h；安装潜污泵3 台，潜水搅拌机4 台。

4）气浮池。采用溶气气浮，设气浮池成套设备2 台，处理能力150 m3·h-1。

5）事故池。设事故池1 座，尺寸为37.5 m×26.5 m×7 m，砼结构加盖；安装污水提升泵3 台，潜水搅拌机4 台。

4.2 生化处理

1）水解酸化池。设水解酸化池2 座，尺寸为20 m×12 m×7 m，砼结构加盖，水力停留时间12 h；安装排泥泵2 台。

2）改良SBR 池。设SBR 池8 座，尺寸为50 m×20 m×7.5 m，砼结构；安装滗水器8 台，流量400 m3·h-1；蝶式曝气器80 台，外径1 400 mm；循环泵24 台，排泥泵8 台；罗茨鼓风机12 台，流量45 m3·min-1。

3）中间水池。设中间水池1 座，尺寸为14 m×8 m×5 m，砼结构加盖；安装提升泵3 台。

4）混凝沉淀池。设混凝沉淀池1 座，尺寸为15 m×12 m×4.8 m，砼结构加盖；安装中速桨式搅拌机1 台，转速65 r·min-1；低速桨式搅拌机2 台，转速20 r·min-1；干式不堵塞排泥泵2 台。

5）曝气生物滤池。设曝气生物滤池4 座，尺寸为8 m×6 m×6 m，砼结构加盖；反冲洗水池1 座，尺寸为9.65 m×5 m×6.3 m，砼结构加盖。安装专用滤料636 m3，粒径4～6 mm；长柄滤头8 668 个，滤帽缝隙2 mm，缝隙条数16个；单孔膜曝气器2 240个，通气量每个0.3 m3；罗茨鼓风机6 台，流量2.8 m3·min-1；反洗罗茨鼓风机2 台，反洗泵2 台，反冲洗水排污泵2 台。

4.3 深度处理

1）高密度沉淀池。设高密度沉淀池1 座，尺寸为13 m×12 m×5 m，砼结构；混凝区安装桨式搅拌机4 台，絮凝区安装提升式搅拌机2 台；中心传动刮泥机2 台，电动撇渣器2 台；斜管填料40 m3，高度1.5 m，管径80 mm；污泥回流泵4 台，排泥泵2 台，浮渣抽吸泵2 台。

2）臭氧接触池。设臭氧接触池1 座，尺寸为12 m×4.5 m×6 m，砼结构加盖；安装尾气破坏器2 台，提升泵3 台，供水泵2 台；氧气储槽2 台，容积2 m3；臭氧发生器3 台，产量 7.5 kg·h-1；微纳米气泡发生器6 台。

3）滤布滤池。设滤布滤池1 座，尺寸为7.5 m×4.4 m×3.5 m，砼结构；反冲洗水泵1 台，旋转驱动电机1 台；可调出水堰板3 条，其中，尺寸为2 800×450 的出水堰板1 条，尺寸为500×400 的出水堰板2 条；滤盘6 片，尺寸φ2.0 m；进水闸门1 台。

4）回用水池。设回用水池1 座，尺寸为12 m×8.5 m×6 m，砼结构加盖；安装回用水泵6 台。

5 工程运行效果

本工程自运行以来，出水水质稳定达到设计指标，进出水监测结果见表2。

表2 工程运行监测结果

6 结论

综上，采用以隔油、气浮为主的预处理，水解酸化、改良型SBR、混凝沉淀、曝气生物滤池为主的生化处理，高密度沉淀池、臭氧氧化、滤布滤池为主的深度处理工艺，对高氨氮煤气化废水进行处理，出水达到了《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T3923—2007）的水质要求，实现了回用的要求，节约了水资源，达到了水资源的循环使用。