SBR+CASS工艺在煤化工污水处理中的运用

2022-04-08孙威陕煤集团榆林化学有限责任公司陕西榆林719000

化工管理 2022年8期

孙威(陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西榆林 719000)

0 引言

我国为人口大国，人均水资源非常有限。基于地理视角下，我国北方较为缺水，而南方多水。近年来，我国北方地区积极推进经济发展，随之带来的生态破坏、土地沙化等情况非常严重，更是加剧了部分地区降水问题，直接影响到了黄河等流域的年来水量。煤化工本身又是一个高耗水行业，按照1 t煤制烯烃产品计算，最少也要耗费22 t水，最多会达到45 t。此种情况下，有必要深入分析地区情况，从实际需求和要求出发积极推进煤化工项目，进而逐步实现水资源的综合开发利用，强化煤化工污水处理效果，助力企业发展。

1 煤化工污水来源及污水特点分析

在本次研究中，以某市煤化工企业为研究对象，该企业年产50万吨甲醇项目，在整个生产过程中，主要运用的工艺技术涉及到了低压甲醇合成、壳牌粉煤气化、三塔精馏。具体分析其生产工艺过程中可知：通过原料煤制成粉并干燥处理后，在气化炉的作用下和相应的气化剂，如：氧气、水蒸气，通过反应后，最终生成粗煤气(CO、H2)，在此基础上，通过降温、除尘处理后，变换CO，并将原料气中CO和H2按照1∶2的比例调节[1]。变换后，需要使用低温甲醇洗涤，去除原料气中的硫化物以及多余的CO2，最终得到纯净的合成气CO和H2，对合成气实施压缩，保证基本条件达到8.0 MPa压力、225 ℃，进而在铜催化剂存在下实现甲醇的合成。而后通过冷凝制成粗甲醇，再通过精馏去除高、低沸点杂质，得到最终产品精甲醇。

综合分析上述过程不难得出，煤化工污水主要源自水煤浆气化、粗煤气净化，以及最后产品合成阶段。进一步分析煤化工废水污染物，主要包含了氨氮化合物、氰、酚，还有一些芳香烃类物质。若是这类污水不及时处理，不仅会污染水资源，同时也会对周边居民健康生活带去一定影响。因此煤化工企业必须高度重视煤化工废水的处理，确保排出的废水不会对环境造成污染[2]。

2 SBR+CASS工艺及其流程

2.1 实施方案

SBR工艺，主要指的就是在同一反应池内，依照一定的时间顺序，经过进水、曝气、沉淀、排水、待机这几个基本工序，形成的一种活性污泥污水处理方法，该方法的应用特点就是间歇式活性污泥，属于不连续曝气，促使活性污泥污水处理技术发挥作用。从其实践应用情况看，其在整个运行过程中，呈现出有序性，同时是间歇性的操作[3]。在整个SBR技术实施过程中，SBR反应池发挥着非常关键的作用，除了可以实现池集均化、初沉之外，还具备生物降解、二沉等功能，完成一系列操作后，可以保证没有污泥回流到系统内。此类工艺非常适用于间歇排放、流量变化差异大的情况。实施上，分析工业污水排放实际情况可知，一般情况下，都是连续排放，并且污水流量整体波动较大，而引入SBR反应池后，由于属于两个甚至多个反应池，相互并联运行，可以实现连续排污的目的。总之，SBR工艺对中小型水量的处理，可达到较为明显的效果。

而CASS工艺，即周期循环活性污泥法，是建立在SBR工艺基础上发展而来，其特点为生物选择器放置在SBR池内进水端，目的就是实现连续进水，间歇排水。该工艺的应用工艺流程简单、投资较低、占地面积小，运行过程的生化反应推动力大、沉淀效果好、运行灵活，系统的抗冲击能力强、不易发生污泥膨胀。

2.2 工艺流程

本文研究的污水处理站日处理能力为2 400 t，主要引入了SBR工艺。在具体实践操作过程中，集水池会收到经由管道送入的煤气化污水、甲醇污水，这些污水需要通过相应的监测，而后根据水质具体情况，直接泵入pH调节池调节水质、水量，在此基础上，再进入到破氰池、絮凝池、沉淀池，最终进入均质池。在均质池内，既有生活污水，也有经预处理后的污水，该类污水在该池混合后进入水解酸化池进行水解酸化，在实际处理过程中，主要就是分解处理大分子有机物，目的在于进一步助力好氧生物处理。通过水解酸化后的废水会直接泵入SBR池，完成好氧处理并去除过多的COD、氨氮，判断其是否达到排放指标，还需要经过监测池，确保各项数据经监测达标后，方可排入到区域污水处理厂。

本文研究的区域污水处理厂日处理能力为15 000 t，其中处理工业污水、城镇生活污水分别为3 000 t、12 000 t。该厂主要运用循环式活性污泥法工艺，即CASS工艺。在机械格栅作用下，来自污水处理站的工业污水、城镇生活污水会先进行纤维、杂物处理，而后直接流入沉砂池，在此通过漩流搅拌后进入CASS池。由于CASS池分为生物选择区、主反应区，不同区域对应的功能和效果不同，其中生物选择区主要的作用就是对污水进行均质、均量处理，分解成小分子物质，确保多余的COD可以去除。而主反应区，则主要是利用好氧曝气，去除多余的COD、氨氮，通过处理并达标的废水，会在紫外线消毒池完成消毒，最终实现达标排放。

3 应用SBR+CASS工艺的实际效果分析

3.1 达到相关水质要求

在本文研究中针对的规模为，工业污水约1 400 t/d，污水处理厂设计负荷15 000 t/d、污水处理站设计负荷2 400 t/d。整个项目所需的污水处理设施可以满足实际需求，部分出水水质如表1所示。

表1 部分出水水质

3.2 实现稳定出水

从污水站实施SBR工艺实践效果看，在反应器SBR池的作用下不仅可以实现对有机物的降解，也能够完成混合液沉淀，并不需要设置二沉池，具有较高的耐冲击性，也具有较强的负荷能力。与此同时，对于有毒、高浓度有机废水的处理，也可发挥出较强的处理能力。所以在应用实践中，不易产生污泥膨胀的情况，出水水质整体较为稳定，这一点非常适用于煤化工工业等污水水质、水量变化波动大的用户需求。除此之外，该污水处理厂在SBR工艺基础上，引入了CASS工艺，将主反应区的污泥回流到生物选择区，可通过在反应器前端设置生物选择区的方式，借助活性污泥的快速吸附作用，很快的去除溶解性有机物生物，脱氮除磷的效果非常显著。

3.3 自动化操作运行简便

通过上文对SBR及CASS工艺活性污泥处理系统工艺流程的分析可知，与以往氧化沟活性污泥处理工艺对比，整个工艺流程非常简单，由于模块式布置方式，所以整个占地面积较小，有助于后续进行系统改造、扩建。在SBR+CASS工艺系统实际应用中，并不需要单独设计大型刮泥设备、大量搅拌设备，设备耗电量较低。更为重要的是，该系统应用了诸多自控仪表，如：DO表、ORP表、电动阀、液位计，还有可编程序控制器等，在这些设施设备作用下，实现了自动化操作和管理。这对于煤化工企业而言，提高了设备可靠性，降低了人力成本，减轻了操作人员的工作强度。但由于该自控系统本身较为复杂，所以会增加一定的设备维修、折旧费用。

4 煤化工污水处理工艺的改进措施

4.1 科学调配SBR池碳氮比

分析工业污水成分可知，其中T-N含量较多，所以导致GODS /T-N值较低，在实际运行过程中，尤其是反硝化环节，容易发生SBR池碳源不足的情况，进而直接影响到脱氮效果。针对此种情况，可以将一些优质碳源加入到SBR池中，比如甲醇、葡萄糖等，此外，也可以加入一定量的市政污水，主要目的就是保证GODS/T-N值大于30。

4.2 合理把控SBR池进水温度

正常情况下，20～35 ℃是活性污泥中微生物最适宜的温度，若是温度大于35 ℃，则污泥活性会下降，若是温度超过45 ℃，则绝大部分微生物会逐渐失去活性而死亡。而煤化工企业产生的工业污水，其温度一般在40 ℃左右，若是特殊条件，水温会持续升高。此种情况下，应当重点关注系统进水时的来水水温，若是水温较高应当分开进水，若是特殊情况，可以适当的加大厂区生活污水流量来达到降温的效果。

4.3 借助微量元素保证活性污泥活性

由于工业污水营养元素非常单一，会对活性污泥中微生物正常新陈代谢产生一定阻碍，进而影响到污泥增长速度，因此，可以定期将一些微量元素投入到SBR池内，如钙、铁、磷、镁、硫等，借助这些微量元素的作用促使活性污泥保持活性，正常情况下，SBR工艺SV30需要把控在30%～40%范围内，而MLSS则需要控制在3 000～5 000 mg/L范围内，过低、过高都会影响到处理效率。

4.4 合理控制污水进水比例

在向CASS池进水时，应当将工业污水和市政污水水流量控制在1∶5。绝对不能一次性地将大量工业污水进入到系统中，必然造成高浓度工业污水负荷冲击，进而引发CASS池污泥上浮的情况，从而导致污泥中毒死亡，破坏水质。

4.5 科学调节曝气强度

分析活性污泥快速增长过程，不难发现，需要较多的溶解氧作为支持，不同部位，其溶解氧浓度不一。其中曝气池进口处溶解氧浓度，至少要达到1 mg/L，而出口处溶解氧浓度至少达到2 mg/L，需要注意的是，不能长时间大于4 mg/L，不然会造成有机物分解过快，致使微生物缺乏营养，造成活性污泥发生老化，最终导致整体结构非常松散，出水SS升高。