高酚氨煤化工廢水處理技術(shù)及案例

    1前言     

煤化工廢水主要來自煤氣凈化過程，水質(zhì)成分復(fù)雜，主要特征為高酚、高氨，此外還含有大量有毒有害物質(zhì)，是一種典型的高濃度難生物降解工業(yè)廢水。我國能源資源的基本特點是“富煤、貧油、少氣”，發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)對于緩解我國石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)資源的供求矛盾，促進(jìn)化工、鋼鐵、輕工和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，具有非常重要的作用。雖然我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的改革促使大力建設(shè)煤化工企業(yè)成為我國很多地區(qū)工業(yè)發(fā)展的熱點，但富煤少水的地理空間分布，使得水資源的嚴(yán)重匱乏成為我國煤化工企業(yè)發(fā)展的瓶頸，尋求投資省、水質(zhì)處理好、工藝穩(wěn)定性強(qiáng)、運行費用低的煤制氣廢水處理工藝，最大限度地實現(xiàn)省水、節(jié)水和回用，已經(jīng)成為煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。

    2技術(shù)介紹     

2.1技術(shù)原理     

煤化工廢水的處理主要包括預(yù)處理、生化處理和深度處理，預(yù)處理主要是通過萃取技術(shù)回收廢水中大量的酚和氨，降低廢水污染物濃度和毒性。生化處理是煤化工廢水的核心部分，廢水通過預(yù)水解酸化過程，將懸浮物轉(zhuǎn)化為溶解性物質(zhì)，水解酸化菌把復(fù)雜的有機(jī)物分解為易于生物處理的短鏈的、小分子有機(jī)物，從而提高廢水的可生化性；厭氧塔系統(tǒng)實現(xiàn)有機(jī)物的羧化轉(zhuǎn)變過程，并利用厭氧細(xì)菌將部分污染物轉(zhuǎn)化成甲烷；氧化池利用好氧微生物的代謝作用降解水中大部分有機(jī)污染物；氮的生物去除在厭氧和好氧的交替環(huán)境中利用硝化菌和反硝化菌的作用，實現(xiàn)氮的轉(zhuǎn)化和去除，并進(jìn)一步降解廢水中的有機(jī)物。深度處理用以進(jìn)一步去除廢水中的污染物，混凝沉淀池是通過混凝劑與廢水混合，快速形成大而密實的絮體，對COD有良好的吸附去除效果；生物膜技術(shù)作為深度處理中的生物處理，通過附著生物膜的代謝進(jìn)一步去除水中殘留的有機(jī)污染物。通過對煤化工廢水的多級生化處理，實現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放。

    2.2工藝流程     

哈爾濱工業(yè)大學(xué)韓洪軍教授研究團(tuán)隊根據(jù)多年的研究成果提出EBA多級生化工藝處理煤化工廢水，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了煤化工廢水的達(dá)標(biāo)排放。煤化工廢水EBA多級生化處理工藝是包括水解酸化、外循環(huán)厭氧、接觸氧化、AO工藝、清水脫氨等在內(nèi)的多級生化組合工藝。

圖1 煤化工廢水EBA多級生化處理工藝

    3典型案例     

3.1項目概況     

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司是“八五”期間國家重點工程，旨在調(diào)整哈爾濱市的燃料結(jié)構(gòu)，提高哈爾濱市大氣環(huán)境質(zhì)量。2005年中石油發(fā)生的硝基苯重大污染事件，化工企業(yè)的環(huán)境污染問題引起國家有關(guān)單位的重視。2006年9月1日國家環(huán)?？偩轴槍γ夯U水污染松花江的問題對中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司下發(fā)了全國六大環(huán)保案件督辦通報，限期治理。哈爾濱工業(yè)大學(xué)韓洪軍教授課題組將EBA多級生化工藝處理煤化工廢水工藝應(yīng)用與中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司煤氣化廢水處理工程，該示范工程2007年7月18日開始施工，2008年5月4日開始調(diào)試，2009年5月22日通過國家環(huán)?？偩治泻邶埥…h(huán)保廳的驗收，于2009年底被評為煤化工廢水處理達(dá)標(biāo)排放示范工程。

    3.2設(shè)計規(guī)模     

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司污水處理站廢水主要由造氣廢水和甲醇生產(chǎn)廢水等組成，其中造氣廢水水量為210m3/h，甲醇生產(chǎn)廢水水量為20m3/h，生活廢水130m3/h。

    3.3水質(zhì)特點分析

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司產(chǎn)生的廢水中揮發(fā)酚、總酚和氨氮含量較高，COD濃度3000-4500mg/L，總酚濃度600-800mg/L，氨氮濃度100-200mg/L。

表1 廢水主要水質(zhì)指標(biāo)

3.4工藝概述

中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司的煤制氣廢水處理工藝由外循環(huán)EC厭氧塔、預(yù)水解酸化池、翻騰式接觸氧化工藝、A/O工藝、生物脫氨工藝、混凝沉淀工藝和曝氣生物濾池組成。

    外循環(huán)EC厭氧塔主要由水解酸化罐、外循環(huán)EC厭氧塔兩部分組成。煤制氣廢水通過厭氧水解酸化罐，將復(fù)雜的有機(jī)物分解為易于生物處理的短鏈的、小分子有機(jī)物，從而提高廢水的可生化性，出水進(jìn)入外循環(huán)EC厭氧塔進(jìn)一步實現(xiàn)有機(jī)物的羧化轉(zhuǎn)變過程，并利用厭氧細(xì)菌將部分污染物轉(zhuǎn)化成甲烷。

    翻騰式接觸氧化池工藝采用BE生物增濃接觸工藝，該工藝充分發(fā)揮生物膜和活性污泥聯(lián)合工作的優(yōu)勢，獲得較高的生物量和生物活性，可以有效地降解廢水中的有機(jī)污染物。

    A/O池是在缺氧和好氧的交替環(huán)境中，利用硝化菌和反硝化菌的作用脫除廢水中氨氮并進(jìn)一步去除廢水中COD的過程。

    生物脫氨池利用流化生物填料，形成流化狀態(tài)生物膜，進(jìn)入生物脫氨池內(nèi)的廢水具有一定濃度的氨氮，因此其生物膜主要以硝化為主。

    混凝沉淀池是通過混凝劑與廢水混合，利用絮體吸附COD，通過沉淀將COD從廢水中分離出去。

    曝氣生物濾池采用的陶粒填料具有巨大的比表面積，其上固定著豐富的菌群形成了高活性生物膜，具有優(yōu)良的氧化降解和吸附水中污染物的功能。

圖2 EC厭氧塔

圖3 翻騰式接觸氧化池

圖4 混凝沉淀池

圖5 曝氣生物濾池

圖6 水質(zhì)變化情況

圖7 國際水協(xié)（IWA）2012年工程創(chuàng)新獎

    3.5項目分析     

目前，EBA多級生化工藝技術(shù)已在中煤龍化哈爾濱煤化工公司煤制氣廢水處理中成功運行6年，處理后廢水達(dá)標(biāo)排放，COD去除率大于98%，基建費用節(jié)省30%左右，運行費用減少25%左右，廢水處理成本約3.25元/噸。該技術(shù)具備占地小、投資省、運行成本低、出水水質(zhì)高、操作簡單、運行穩(wěn)定的特點，預(yù)計每年化學(xué)需氧量(COD)減少9500噸/年，生化需氧量(BOD)減少1740噸/年，總酚減少850噸/年，解決了該廠廢水對松花江及其周圍環(huán)境的污染問題，降低了松花江流域的污染程度，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。該技術(shù)于2009年通過黑龍江省環(huán)境保護(hù)廳的環(huán)保驗收。目前該技術(shù)正在中煤鄂爾多斯能源化工有限公司煤化工廢水零排放工程中進(jìn)行應(yīng)用，處理后的廢水全部回用，實現(xiàn)煤化工廢水的達(dá)標(biāo)排放。

    3.6關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新點、技術(shù)水平     

本項目的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新性成果包括：

    （1）開發(fā)了分相厭氧-多級生化組合工藝處理煤化工廢水技術(shù)；

（2）構(gòu)建煤化工廢水典型污染物分相厭氧共代謝處理技術(shù)及理論；

（3）開展改良A/O工藝低氧脫氮機(jī)理研究，探討解除硝化抑制和反硝化脫氮的主控因子；

（4）研究取得了煤化工廢水中典型污染物在分相厭氧-多級生化組合工藝中的降解機(jī)理及其轉(zhuǎn)化途徑。

    技術(shù)水平：

    本項目的研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，先后獲得了2011年國際埃尼獎提名獎，2011年華夏建設(shè)科技進(jìn)步一等獎，2010年黑龍江省科技發(fā)明一等獎，2009年國家科技進(jìn)步二等獎等獎項，2012年該研究成果獲得國際水協(xié)會（IWA）項目（東亞和亞太地區(qū)）工程創(chuàng)新獎。

    4結(jié)論和建議

隨著我國煤化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，煤化工廢水處理成為其主要制約因素，國家對環(huán)境治理力度的加大給煤化工廢水的處理提出更高的要求，針對煤化工廢水處理中存在的主要問題，提出以下建議：

    從技術(shù)方面入手，將先進(jìn)的水處理技術(shù)引入煤化工廢水處理中，實現(xiàn)煤化工廢水零排放和企業(yè)水資源平衡。研發(fā)成套處理裝置和設(shè)備，降低運行和處理成本，以價值理論為基礎(chǔ)，滿足企業(yè)的經(jīng)濟(jì)需求,促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展?？偨Y(jié)和積累運行和管理經(jīng)驗，將目前已經(jīng)成功運行的煤化工企業(yè)的廢水處理的運行和管理經(jīng)驗作為示范工程進(jìn)行推廣。

    （來源：化化網(wǎng)煤化工  作者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)  韓洪軍  侯保林  莊海峰  徐春艷  方芳）