U-GAS粉煤流化床煤气化废水设计及运行实例

章保

（东华工程科技股份有限公司，合肥 230024）

U-GAS粉煤流化床煤气化废水设计及运行实例

章保

（东华工程科技股份有限公司，合肥 230024）

针对某化工厂排放的U－GAS粉煤流化床煤气化废水成分复杂、有机物浓度高的特点，采用了预处理－IMC生化处理－臭氧氧化－曝气生物滤池组合工艺。给出了主要构筑物及设计参数，阐述了工程设计技术特点。该工程运行结果表明，在进水CODCr、BOD5、NH3－N的质量浓度分别为500、280、180 mg／L的条件下，出水水质可稳定达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。

U-GAS粉煤流化床；煤气化废水；隔油沉淀；气浮；IMC工艺；臭氧氧化；曝气生物滤池

煤气化废水的水质因各企业使用的原煤成分及气化工艺的不同而差异较大。目前，煤气化废水治理呈现“两大两高”的态势，即废水排放量大，处理难度大，污染物浓度高，运行成本高［1］。其中UGAS粉煤流化床连续气化技术，煤种适应范围广，适合褐煤、烟煤、无烟煤、焦粉等多种原料煤的气化，解决了褐煤气化这个难题，为我国褐煤的综合开发和利用开辟了一条新路［2］。由于该气化工艺在国内应用不多，截止2010年，SES公司的U－GAS技术在国内只推广应用于3个煤化工项目［3］，故相应的废水处理工程成功实例并不多。针对U－GAS粉煤流化床煤气化废水的特点，寻求一种技术可行、经济合理的处理方法具有较强的现实意义。

1 工程概况

某化工厂建有500万m3／d煤制气项目、20万t／a甲醇蛋白项目和30万t／a甲醇项目，其中气化装置采用U－GAS粉煤流化床连续气化技术。该厂主要废水来源为各生产装置的排放废水，如煤气化废水、脱硫脱碳废水、甲醇精馏废水、中间罐区废水及火炬废水等。针对这些废水的水质特点，设计采用预处理－IMC生化处理－臭氧氧化－曝气生物滤池的组合工艺。工程运行结果表明，废水经处理后可达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。

2 设计规模及进、出水水质

2.1 设计规模

本工程排出的主要废水水量及水质如表1所示。

考虑到初期污染雨水、消防事故水等也进入废水处理站，同时预留一定的负荷余量，本工程废水处理站设计规模为200 m3／h。

2.2 设计进、出水水质

本项目主要废水来源为煤气化废水，含少量其它工艺废水。根据当地环保要求，本项目要求排放水应达到GB 8978—1996一级标准；考虑到废水处理站出水以后可能需回用，应尽量降低污染物排放总量。据此，确定本项目综合废水设计进、出水水质如表2所示。

表2 综合废水设计进、出水水质Tab.2 Design influent and effluent water quality of integrated wastewater

3 废水处理工艺

3.1 废水处理工艺选择

本项目采用U－GAS粉煤流化床连续气化技术，原料煤为当地的高灰、低硫、低发热量、高挥发分、高活性的长焰煤。本工程的处理难点是煤气化废水。煤气化废水主要来源于气化各工段中的洗涤水、洗气水等，该部分废水溶解了煤气化时产生的水溶性污染物，使得废水中有机物含量高，且含有油类和少量的酚类。

针对煤气化废水国内外多采用预处理-生化处理-深度处理的工艺［4-5］。本项目煤气化废水含酚量低，油类的质量浓度不超过120 mg／L，采用隔油沉淀-混凝气浮的预处理工艺，该工艺不仅用于除油，对色度、CODCr也有一定的处理效果。目前处理高氨氮废水的主要工艺有AO工艺和IMC工艺。考虑到本项目煤气化废水成分复杂，水质波动大的特点，生化处理采用IMC工艺，IMC工艺是一种改进型的SBR工艺，已在煤气化废水工程中多次成功应用［6］。活性污泥法出水的CODCr浓度通常达不到国家一级排放标准的要求，因此需要采用深度处理工艺来保证废水实现达标排放。该废水深度处理采用混凝沉淀工艺，同时设置了臭氧-曝气生物滤池作为把关措施。

3.2 废水处理工艺流程

废水处理工艺流程如图1所示。

图1 废水处理工艺流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

本工程中考虑将煤气化废水单独预处理，分为煤气化废水、一般工业废水及生活污水2个系列，规模各为100 m3／h。煤气化废水系列采用隔油沉淀-混凝气浮的预处理工艺；一般工业废水及生活废水系列采用格栅-隔油沉淀的预处理工艺。废水经预处理后在综合调节池内充分均匀混合。消防事故排水、初期污染雨水通过全厂事故水池储存，并由泵小流量送入废水处理站的隔油沉淀池。

综合调节池出水经泵提升并计量后进入IMC生化池。IMC生化池集反应池、沉淀池为一体，反应过程中曝气阶段由曝气系统向反应池供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时废水中的NH3－N通过微生物的硝化作用转化为NO3-－N；搅拌阶段不充氧，使泥水充分混合，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解，反应池逐渐由富氧状态向缺氧状态转化，最后在缺氧条件下开始进行反硝化反应，将NO3-－N转化为N2。该工艺通过控制供氧量使运行环境在兼氧和好氧之间不断变换，保证很高的脱氮效果，同时减少了碱度的消耗，具有管理简单、节省占地、耐冲击负荷强等特点［7］。

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IMC池出水进入絮凝沉淀池，在絮凝沉淀池内进一步去除废水中悬浮物及胶态微生物残体，该工段对非溶解性难生物降解有机物有一定去除能力。絮凝沉淀池出水进入臭氧接触及缓冲池，煤气化废水的二级处理出水中难生物降解成分比例较高，通过臭氧氧化，废水中难降解高分子有机物被氧化分解为小分子，可生化性得到提高［8-9］。废水中剩余溶解性臭氧在缓冲池分解，保证后续曝气生物滤池的正常运行。改性后的废水进入曝气生物滤池，进一步去除废水中少量的NH3－N和CODCr，以保证排放水质在达到GB 8978—1996一级标准的基础上，尽量降低污染物排放总量。

来自隔油沉淀池、IMC生化池、絮凝沉淀池的污泥进入污泥储池，然后经泵提升至污泥浓缩脱水系统，采用叠螺式污泥浓缩脱水一体机脱水，泥饼外运处置。

4 主要构筑物及设计参数

（1）格栅集水池。格栅集水池1座，尺寸为15.00 m×7.50 m×5.90 m，钢筋混凝土结构；集水池采用空气搅拌，空气量为1.0 m3／（h·m3）。设回转式格栅1台，有效栅宽为800 mm，栅条间距为5 mm，功率为0.75 kW；污水提升泵2台，1用1备，单台流量为100m3／h，扬程为17 m，功率为11kW。

（2）隔油沉淀池。2座，Ⅰ池进水来自格栅集水池，Ⅱ池进水来自煤气化废水。每座分2格，单格尺寸为21.00 m×4.00 m×3.40 m，超高0.50 m，钢筋混凝土结构，停留时间为4.8 h。设撇油刮泥机2台，单台功率为4.75 kW；污泥提升泵2台，1用1备，单台流量为20 m3／h，扬程为10 m，功率为4 kW。污油池1座，尺寸为6.00 m×7.50 m× 3.30 m，钢筋混凝土结构。

（3）混凝气浮池。1座，尺寸为13.30 m×2.40 m×3.15 m，一体化钢结构。设气浮曝气机2台，单台功率为2.2 kW；刮渣机1台，功率为0.75 kW；混合反应搅拌机1台，功率为1.5 kW；絮凝反应搅拌机1台，功率为1.5 kW；螺旋排渣机1台，功率为0.37 kW。

（4）综合调节池。1座，尺寸为30.00 m× 25.00 m×5.50 m，超高0.50 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为18 h。采用空气搅拌，空气量为1.0 m3／（h·m3）。设搅拌鼓风机3台，2用1备，单台风量为38 m3／min，升压为60 kPa，功率为75 kW；调节池提升泵3台，2用1备，单台流量为100 m3／h，扬程为12.5 m，功率为11 kW。

（5）IMC生化池。6座，单座尺寸为38.50 m× 12.00 m×7.00 m，超高1.00 m，钢筋混凝土结构。运行周期为8 h，其中反应时间为5 h，沉淀时间2 h，排水时间1 h。设射流曝气器30台，流量为64 kg［O2］／h，喷嘴数为10个；射流循环泵12台，单台流量为800 m3／h，扬程为12 m，功率为45 kW；多级离心风机6台，单台风量为70 m3／min，升压为68.6 kPa，功率为132 kW；滗水器6台，单台滗水能力为0～350 m3／h，功率为2.2 kW。

（6）絮凝沉淀池。混合池1座，尺寸为1.50m× 1.50 m×4.00 m；超高0.50 m，沉淀池2座，单座直径为15.00 m，池边水深为3.70 m，钢筋混凝土结构。设混合搅拌机1台，功率为3.7 kW；中心传动刮泥机2台，单台功率为0.55 kW。

（7）臭氧接触及缓冲池。接触池2座，尺寸为12.85 m×2.50 m×6.85 m，超高0.85 m，停留时间为1.9 h；缓冲池1座，尺寸为12.85 m×5.00 m× 6.85 m，超高1.05 m，钢筋混凝土结构，停留时间为1.8 h。设臭氧发生器2台，单台产量为3 kg／h，功率为45 kW；臭氧尾气破坏器1台，功率为2.0 kW；缓冲池搅拌机2台，单台功率为5.5 kW；臭氧缓冲池提升泵3台，2用1备，单台流量为100 m3／h，扬程为20 m，功率为15 kW。

（8）曝气生物滤池。4格，单格尺寸为4.00 m× 4.00 m×6.50 m，超高0.50 m，一体化钢结构，填料高度为3.5 m，滤速为3.1 m／h。设曝气风机2台，1用1备，单台风量为17 m3／min，升压为60 kPa，功率为37 kW；反洗风机2台，1用1备，单台风量为14m3／min，升压为60kPa，功率为37kW。

（9）出水监测池。1座，尺寸为10.00 m×7.00 m×5.80 m，超高0.30 m，钢筋混凝土结构，停留时间为1.9 h。设外送及回用水泵3台，2用1备，单台流量为100 m3／h，扬程为50 m，功率为30 kW；曝气生物滤池反洗水泵3台，2用1备，单台流量为400 m3／h，扬程为20 m，功率为37 kW。

（10）综合车间。1座，尺寸为48.00 m×9.00 m×6.00 m，框架结构。加药间设PAC加药装置、PAM加药装置各1套。污泥脱水间设叠螺脱水机2台，总处理能力为220 kg［DS］／h；无轴螺旋输送机1台，功率为2.2 kW；污泥PAM加药装置1台，制备能力为2 000 L／h，功率为3.2 kW。

5 工程设计技术特点

（1）本项目主要废水为U－GAS粉煤流化床煤气化废水，该废水含有油类和酚类物质。预处理采用隔油沉淀和气浮处理工艺，不仅用于去除油类和酚类，对色度、CODCr也有一定的处理效果。

（2）生化处理采用IMC生化处理工艺，通过控制供氧量使运行环境在兼氧和好氧之间不断变换，对去除NH3－N和TN都有着良好的效果。该工艺成熟可靠，运行稳定，同时具有管理简单、节省占地、耐冲击负荷强等特点。

（3）深度处理采用臭氧-曝气生物滤池作为把关措施，以保证排放水的水质。臭氧与曝气生物滤池系统不是2个孤立的单元，是相互依存的统一体，工程设计时应统筹考虑。通过臭氧及其自由基的强氧化作用，将水中不可降解的、难生化降解的溶解性有机物氧化成短链、失稳的小分子物质，从而被后续曝气生物滤池生化单元中的微生物摄取、分解代谢。曝气生物滤池集吸附、氧化及过滤于一体，具有处理效果好、污泥量少、动力消耗低、出水水质好等特点。

（4）污泥脱水设备选用叠螺脱水机。该机型具备污泥浓缩和脱水功能，机体设计紧凑，占地空间小；同时质量小、噪音振动小，操作安全，便于维修及更换，适用于煤化工废水处理系统。

6 工程调试及运行

6.1 工程调试

本工程在调试过程中出现系统运行不稳定的情况，主要存在以下3方面的原因：

（1）各装置排水的水质波动较大，对废水处理厂造成一定冲击。①煤气化废水波动较大，经常出现煤气化废水CODCr的质量浓度达到800～900 mg／L；NH3－N的质量浓度达到400～500 mg／L的情况；②上游工艺装置陶瓷过滤器精度不足，排水SS质量浓度达到3 000 mg／L甚至更高；③上游工艺装置板式换热器出现故障时，排水温度过高，导致综合调节池的水温达到40℃。调试过程中通过逐步加强上游工艺装置的运行管理和在线分析仪的监管，确保了生化系统进水水质的稳定性。

（2）上游净化装置废水中含漂浮的石腊和萘等物质，现场调试时通过增加单管进入废水处理站，进行单独沉淀和定期人工清捞后进入综合调节池。

（3）曝气生物滤池设计时空气管底高于液面0.80 m，满足规范高于液面0.50 m的要求，并设有止回阀，但实际调试运行出现了有水倒流进入风机的现象。现场立即采取措施，增高了空气管的高度，此后再未发现类似现象。

6.2 工程运行情况

本工程已投产运行2年多，进水量约为150 m3／h。自运行以来，综合废水进水CODCr、BOD5、NH3－N的质量浓度达到500、280、180 mg／L，出水CODCr、BOD5、NH3－N的质量浓度达到50、10、10 mg／L，各项指标达到设计要求。

6.3 投资和运行成本

本工程总投资约为3 130万元，运行成本约为3.8元／t。

7 结语

（1）煤气化废水具有组分复杂、污染浓度高及对自然环境和人类健康产生严重危害等特征。采用预处理－IMC生化处理－臭氧氧化－曝气生物滤池的组合工艺处理U－GAS粉煤流化床煤气化废水是可行的，处理效果良好，出水水质满足设计要求。

（2）本工艺处理效果稳定，可根据不同的来水水质，灵活调整出最优的曝气和沉淀时间，具有较强的抗冲击负荷能力。

（3）化工厂内废水处理站的良好运行与上游工艺装置的运行管理情况有密切关系，故应加强对上游工艺装置的日常运行管理。

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Project example of design and operation of U-GAS pulverized coal fluidized bed gasification wastewater treatment system

ZHANG Bao
（East China Engineering Science and Technology Co.,Ltd.,Hefei 230024,China）

In view of the fact that U-GAS pulverized coal fluidized bed gasification wastewater had characteristics of complicated component and high organic matters concentration,a combined process of pretreatment-IMC biochemical treatment-ozone oxidation-biological aerated filter was adopted.The main structures and design parameters of the project example were put forward with the technical features elaborated at the same time.The operation result of the engineering showed that,when the mass concentrations of CODCr,BOD5,NH3-N in the influent water were 500,280,180 mg/L respectively,the effluent water quality was stable and could meet the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard.

U-GAS pulverized coal fluidized bed; coal gasification wastewater; oil separation sendimentation; air flotation; IMC process; ozone oxidation; biological aerated filter

X703.1

B

1009－2455（2016）01－0051－04

章保（1983－），男，安徽安庆人，工程师，硕士，主要从事污水处理工程设计，（电子信箱）zhangbao＠chinaecec.com。

2015-09-18（修回稿）