A/O+MBR 工艺在煤化工综合废水处理中的应用

王晓伟，姜春东，党康飞，张婷婷

（1．郑州大学生态与环境学院，河南郑州450001；2．中工沃特尔水技术股份有限公司，北京102200）

煤化工产业会产生大量化工废水。 以煤为原料生产1 t 甲醇大概排放20 m3化工废水〔1〕，且废水中通常含有多环芳香族化合物、酚类、联苯类等有机污染物〔2〕，成分复杂，给废水处理带来较大困难。 由于煤化工废水含有高毒性、高含盐量及各种有毒物质、高浓度难降解物质等〔3〕，可生化性较差，需采用物化法对其进行预处理，使用生物法进行深层次处理，使其达标排放或回用〔4〕。 煤化工废水常用的处理技术有上流式厌氧污泥床（UASB）、生物流化床（CBR）及序批式活性污泥（SBR）等〔5〕。 MBR 技术可用膜组件取代二沉池进行固液分离，减少用地面积；膜组件的强截留作用可增加反应器内的微生物数量； 反应器内的污泥龄长、负荷低，对废水中的氮、磷去除能力较强〔6〕，因此MBR 技术近年来被广泛应用于煤化工废水处理〔7〕。

某煤化工企业在生产过程中产生大量化工废水，包括气化废水、煤制烯烃（MTO）废水、烯烃装置的生产废水、生活污水等。其中部分废水需先在各自装置区域内处理，达到进入废水生化系统要求后，再通过厂区管网输送至废水生化系统内进行处理。 笔者对这些综合废水的处理情况进行论述， 废水经过均质、好氧氧化、A/O 生化处理、MBR 膜过滤4 项工艺处理，达到设计出水水质后，送至废水回用系统进一步处理，产品水循序利用。

1 设计进出水水质

煤化工综合废水来源于多个装置区域， 成分复杂且含有很多有毒及难降解的有机物。 需要对废水水质有较多了解，才能选出合适的工艺，本项目的设计水质见表1。

表1 综合废水设计流量及进水水质

2 工艺流程

废水处理工艺流程如图1 所示。

图1 污水处理工艺流程

煤化工综合废水进入一级好氧池后， 通过微生物的同化作用将部分有机污染物碳化， 使污染物得到一定程度的降解；出水进入A/O 反应池，通过硝化反硝化反应有效去除氨氮，降低总氮，兼性降低废水中的CODCr和BOD；膜池与A/O 池结合能够有效截留硝化菌，使其完全保留在反应池内，避免污泥流失，并可截留难降解的大分子有机物，延长其在反应池的停留时间，使之得到最大限度的分解。

3 主要构筑物

污水经调节池预处理后，依次进入一级好氧池、A/O 池、膜池。其中一级好氧池的污泥回流比控制在50%～150%， 污泥质量浓度控制在3 000～5 000 mg/L。A 池溶解氧控制在0.2～0.5 mg/L，O 池溶解氧控制在2～3 mg/L，污泥回流比控制在50%～150%。 膜池污泥质量浓度控制在6 000～10 000 mg/L。 应用MBR 技术后，CODCr去除率≥93%，SS 去除率可达100%。产水中的悬浮物和浊度近乎为零， 处理后的水质良好且稳定，可直接回用，实现了污水资源化。

淹没式MBR 膜池内安装了增强型聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜组件，膜截留孔径为0.1 μm，产水流量为4.0～7.0 m3/d。 设置6 座膜池，每座膜池内10套膜组件，每套膜组件的膜面积为15 m2，总膜面积为900 m2。 膜组件的中空纤维膜采用PVDF 合金膜作为过滤层，其特殊的内外致密双皮层结构可使污染物不进入膜的网状孔内，易于清洗，清洗通量恢复好。各构筑物的参数与规格见表2。

表2 主要构筑物参数

4 系统运行情况分析

在2017 年12 月1 日至2018 年1 月31 日共62d的运行过程中， 一级好氧池的污泥回流比控制在50%～150%；A 池溶解氧控制在0.2～0.5 mg/L，ORP控制 在-1 000 ～1 000 mV， 污 泥 质 量 浓 度 控 制在2 000～4 000 mg/L；O 池溶解氧控制在2～3 mg/L，pH 控制在7.5~9，污泥质量浓度控制在3 000～5 000 mg/L，污泥回流比控制在50%～150%，消化液回流比控制在400%；MBR 池污泥质量浓度控制在6 000～10 000 mg/L。 废水生化系统对CODCr的去除效果如图2 所示，氨氮的去除效果如图3 所示，总氮的去除效果如图4 所示，SS 的去除效果如图5 所示。

图2 废水生化系统对CODCr 去除效果

由图2 可见， 综合废水经调节池调节后， 进水CODCr基本在102～315 mg/L，平均为165 mg/L，经过一级好氧+A/O+MBR 工艺处理后， 出水CODCr基本维持在＜21 mg/L，CODCr平均去除率维持在85%以上。 可见此生化工艺对煤制烯烃综合废水的CODCr有较好的去除效果。

由图3 可见，综合废水经调节池调节后，进水氨氮基本在181～381 mg/L，平均氨氮在250 mg/L，经过一级好氧+A/O+MBR 工艺处理后， 出水氨氮基本维持在＜2 mg/L。

图3 废水生化系统对氨氮的去除效果

图4 废水生化系统对总氮的去除效果

总氮为氨氮、亚硝态氮、硝态氮之和，由图4 可见，进水总氮基本在181～381 mg/L，平均为250 mg/L，处理后出水中的亚硝态氮基本为零， 出水总氮维持在＜160 mg/L，总氮去除率平均为61.2%。 可见该工艺对煤制烯烃综合废水中的氨氮和总氮有较好的去除效果。

图5 废水生化系统对SS 的去除效果

由图5 可见，综合废水经调节池调节后，进水SS基本在41～172 mg/L， 平均为100 mg/L， 经一级好氧+A/O+MBR 工艺处理后，出水SS 基本维持在＜23 mg/L，平均去除率在85%以上。 生化工艺对煤制烯烃综合废水中的SS 有较好的去除效果。

综上，废水生化系统出水的COD、氨氮、浊度、SS、BOD5等指标优于污水综合排放标准GB 8978—1996 中的一级B 标准。

5 投资运行成本分析

本工程概算总投资19 312 万元， 直接运行成本包括电费15 元/t、污泥处置2 元/t、药剂费0.5 元/t、人工费0.3 元/t、膜更换17.2 元/t，总计35 元/t。

6 结论

（1）A/O+MBR 工艺对CODCr的去除率可达85%，出水CODCr均值＜21 mg/L；对氨氮的去除率可达98%，出水氨氮均值＜2 mg/L，总氮去除率平均为61.2%，且运行稳定；对SS 的去除率可达85%以上，出水SS均值＜23 mg/L，均达到污水综合排放标准GB 8978—1996 的一级标准要求。

（2）A/O+MBR 工艺可以实现持续稳定的运行，解决了传统生化处理工艺中占地面积大、剩余污泥量大、去除效率低等问题，具有广阔的应用前景。