浅谈煤制气废水处理工艺

周天珺 周铸

摘要：近年来我国煤化工行业发展较快，但是煤化工企业所产生的废水中含有大量有毒有害物质，废水所含有有机污染物包括酚类、油、多环芳香族化合物及含氮氧硫的杂环化合物等有害物质，总体表现为酚类及油份浓度高、有毒及抑制性物质多，生化处理过程中难以实现有机污染物的完全降解，对环境构成严重污染。因此对该废水处理进行相关研究是国内研究较多的课题之一。

关键词：煤制气；废水；处理工艺

一、概述：

煤制天然气技术能将煤炭转化成天然气，是清洁能源发展的新方向。煤制天然气正适应能源需求的发展，成为天然气发展的主力，煤制天然气的发展必然是经久的研究课题。然而煤制天然气项目是要求大量用水且对水质要求严格的产业，大量的废水及污水容易发生化学效果，若使用常规的工艺流程无法得到预想的出水效果，再次生化处理后的水里依旧包含有毒有害及难分解物质，其肆意排放必将对周边环境造成长久的非常严重的污染。国内的水和能源是背反不均匀分布，水的紧缺拖累煤化工产业的发展，加上环境保护的要求，水資源的限制，均形成对煤制气产业的制约。因此，煤制天然气废水的处理工艺技术的不断提高，是煤制气项目良好发展的前提条件，要不断地改良现行的废水处理技术，降低污染物对周边环境的影响，以达到最大程度地保护环境，实现从生产到使用均能使周边环境不受到任何污染。

二、废水处理工艺：

从废水水质指标来看，煤制气废水宜采用“物化+生化+物化”的处理工艺。物化处理的主要任务是去除油类、硫化物、氰化物、高浓度氨氮及挥发酚，保障生化处理的正常进行；生化处理的主要任务是降解废水中的可生化降解物质，并进行脱氮；生化出水再进行物化处理，进一步去除废水中污染物质，确保达标排放。但物化和生化处理工艺种类较多，各有特点，如何因地制宜选择成熟、可靠、合理的处理工艺，合理布置，降低投资和处理费用，是本项目的关键。生物脱氮是硝化与反硝化的应用。硝化是在废水处理中，氨氮在有氧条件下通过好氧菌作用被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的反应。反硝化是在缺氧条件下脱氮菌利用消化反应所产生的NO2-N和NO3-N来代替氧进行有机物的氧化分解，将NO2-N和NO3-N中的N还原成氮气逸出，完成脱氮任务。生物脱氮国内有诸多方法，但应用于焦化污水中当属A/O内循环工艺最为经济有效。我们选用的处理工艺为：格栅井+隔油沉淀+浮选气浮+反应沉淀+氨氮吹脱+UASB厌氧反应器+一级A/O生化处理+二级A/O生化处理+MBR。生化系统主要采用“A/O硝化反硝化法”为主体工艺。本污水中有机成份较高，BOD5/CODcr=0.6，可生化性较好，因此采用生物处理方法大幅度降低污水中有机物含量是最经济的。由于污水中氨氮及有机物含量较高，特别是有机氮，在生物降解有机物时，有机氮会以氨氮形式表现出来，氨氮也是一个重要的污染控制指标，因此污水处理采用A/O生物接触氧化工艺，即生化池需分为A级池和O级池两部分。调节池内污水采用污水提升泵提升至A级生化池，进行生化处理。在A级池内，由于污水中有机物浓度较高，微生物处于缺氧状态，此时微生物为兼性微生物，它们将污水中有机氮转化为氨氮，同时利用有机碳源作为电子供体，将NO2--N、NO3--N转化为N2，而且还利用部分有机碳源和氨氮合成新的细胞物质。所以A级池不仅具有一定的有机物去除功能，减轻后续O级生化池的有机负荷，以利于硝化作用进行，而且依靠污水中的高浓度有机物，完成反硝化作用，最终消除氮的富营养化污染。经过A级池的生化作用，污水中仍有一定量的有机物和较高的氮氨存在，为使有机物进一步氧化分解，同时在碳化作用趋于完全的情况下，硝化作用能顺利进行，特设置O级生化池。A级池出水自流进入O级池，O级生化池的处理依靠自养型细菌（硝化菌）完成，它们利用有机物分解产生的无机碳源或空气中的二氧化碳作为营养源，将污水中的氨氮转化为NO2--N、NO3--N。O级池出水一部分进入下级处理单元，另一部分回流至A级池进行内循环，以达到反硝化的目的。在A级和O级生化池中均安装有填料，整个生化处理过程依赖于附着在填料上的多种微生物来完成的。在A级池内溶解氧控制在0.5mg/l左右；在O级生化池内溶解氧控制在3mg/l以上。O级生化池一部分出水回流进入A级池，一部分流入MBR池。膜-生物反应器（MembraneBioreactor，简称MBR）是一种将膜分离技术与传统生物处理工艺有机结合的新型高效污水处理与回用工艺。它用具有独特结构的浸没式膜组件置于曝气池中，经过好氧曝气和生物处理后的水，由泵通过滤膜过滤后抽出。该工艺以膜组件代替传统污水生物处理工艺中的二次沉淀池，通过膜组件的高效截流作用使得泥水彻底分离；并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群）的出现，提高了生化反应速率；由于膜的过滤作用，微生物被完全截留在生物反应器中，实现了水力停留时间与活性污泥泥龄的彻底分离，消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题；同时，在低污泥负荷下运行也减少了剩余污泥产量，从而解决了传统生物处理工艺普遍存在的出水水质欠佳、占地大、运行维护复杂、易发生污泥膨胀导致出水水质恶化等突出问题。膜生物反应器具有对污染物去除效率高、硝化能力强，可同时进行硝化、反硝化、脱氮效果好、出水水质稳定、剩余污泥产量低、设备紧凑、操作简单等优点。目前广泛应用于生活污水和各种可生化工业废水的处理及回用中。

三、实例：

内蒙古克旗煤制气项目产生的综合废水中以酚氨回收后的气化废水为主，CODcr为3500mg/l左右、氨氮约200mg/l。废水所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目采用碎煤加压气化技术将褐煤进行气化，再经变换、低温甲醇洗、甲烷化等主要单元，最终制成合成天然气（SNG），供城市使用。项目建设规模为1200万Nm3/d，年生产天然气40亿Nm3。一期建设规模为400万Nm3/d，分两系列建设。阜新煤制天然气项目膜分离站再生废水膜处理浓水浓缩装置一期系统设计能力80m3/h，进水流量正常67m3/h最大69m3/h，TDS 18967.98mg/l；正常出力33m3/h最大出力34m3/h，回用水TDS379mg/l，系统回收率≥50%，除盐率98%.目前已经进入主工艺调试阶段。本项目所产生的综合废水及废水处理系统与克旗项目基本相同。

四、结语：

当前，煤化工废水的生化处理已有大量成功案例，处理出水中CODcr、氨氮以及酚等指标基本能达到排放要求。技术成熟，经济合理是选择煤化工污水及浓盐水处理技术的首要原则。在进行现代煤化工企业的废水处理装置设计时，应综合关注整个系统的水平衡和盐分析数据，对处理过程中需要投加药剂的环节进行比选优化，从源头上降低末端治理压力。煤化工废水零排放技术在我国尚处于探索、起步阶段，需要在以现有装置为试点的基础上，深入研究装置运行情况，积累操作和管理经验，不断改进优化污水处理工艺技术，提高运行管理水平，降低吨水处理操作费用和运行成本，及时进行总结推广。总之对该类废水处理项目进行相关研究，总结出较为合适的煤化工废水处理方法，对防止煤化工企业对环境的污染，更加有效地利用煤炭资源具有十分重要的现实意义。

（作者单位：1.辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司；

2.抚顺市建设工程质量监督站）