Sum-Up of Operation of Wastewater Treatment Unit for Multi-Nozzle Opposed Coal-Water Slurry Pressurized Gasification Process
Abstract：
In order to treat wastewater from multi-nozzle opposed coal-water slurry pressurized gasification unit, a supporting wastewater treatment unit is constructed which adopts modified batch activated sludge process with biological nitrogen removal as core technology, details of process flow sheet and process feature of the gasification wastewater treatment process are described. Through actual operation for more than 1 year, the effluent quality of wastewater treatment unit is very stable, all of the treated wastewater can be reused in internal water circulation system.
1
废水处理装置基本概况
江苏华昌化工股份有限公司(以下简称华昌公司)原料结构调整一期项目产品为100 kt/a合成氨和110 kt/a丁辛醇，气化装置采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，建设了2台气化炉(1开1备)，单炉日投煤量为1 800 t，设计操作压力为6.5 MPa，有效气(CO+H2)产量110 000 m3/h(标态)。废水处理装置是与气化装置相配套的设施，采用徐州水处理研究所以改良型间歇式生物脱氮活性污泥法(A/SBR+EM)为核心技术的处理工艺，专门收集处理气化装置产生的废水，经处理后的废水再经离子交换脱盐后用作循环水系统的补充水，设计废水处理量为50 m3/h。该废水处理装置始建于2014年3月，2015年3月进行调试运行，2015年4月达到设计处理能力并投入正常运行。废水处理装置设计进水水质为NH3-N≤300 mg/L，COD≤400 mg/L，Cl-≤450 mg/L；设计生化出水水质为总氮≤30 mg/L，NH3-N≤15 mg/L，COD≤50 mg/L；设计回用系统出水水质为Cl-≤50 mg/L。废水处理装置实际运行情况见表 1。
表 1
|
日期 |
进水 |
|
SBR池 |
污泥浓度/(g·L-1) |
|
流量/(m3·h-1) |
NH3-N/(mg·L-1) |
COD/(mg·L-1) |
|
NH3-N/(mg·L-1) |
COD/(mg·L-1) |
污泥沉降比/% |
|
2015-05-18 |
50 |
329 |
403 |
|
2.8 |
64 |
64 |
未检测 |
|
2015-06-21 |
50 |
315 |
380 |
|
2.8 |
80 |
47 |
未检测 |
|
2015-07-14 |
48 |
340 |
448 |
|
2.8 |
39 |
45 |
未检测 |
|
2015-08-07 |
52 |
316 |
548 |
|
2.8 |
78 |
85 |
4.99 |
|
2015-09-11 |
51 |
310 |
441 |
|
2.8 |
58 |
55 |
3.88 |
|
2015-10-23 |
49 |
281 |
854 |
|
7.0 |
89 |
80 |
4.19 |
|
2015-12-19 |
51 |
285 |
655 |
|
8.4 |
87 |
51 |
3.16 |
|
2016-01-10 |
50 |
245 |
538 |
|
2.8 |
82 |
58 |
4.09 |
|
2016-02-24 |
52 |
207 |
441 |
|
2.8 |
69 |
63 |
3.55 |
2
废水处理工艺流程
2.1
工艺流程
废水处理工艺流程如图 1所示。来自气化装置的废水经管道、流量计、格栅池后溢流进入调节池，通过内设的潜水推流器进行搅拌以均匀水质，并根据水质情况投加营养液(甲醇)；调节池水质超标时，可利用生产用水或机械过滤器反洗排水，对池内水质进行稀释处理。调节池内废水经分析达到生化系统进水水质要求后，由提升泵提升并经流量计进入生化系统进行生化处理。调节池内废水首先进入反硝化池(A池)进行推流反硝化，然后进入SBR池进行序批式反硝化、硝化反应，使废水在活性污泥的作用下去除其中的NH3-N，COD及其他微量的氰化物、硫化物等污染物质。废水经上述步骤后静止沉降1 h，然后由滗水器将上清液排入缓冲池，通过缓冲池提升泵提升至生物过滤器以滤除清液中剩余的活性污泥和杂质，再经多介质过滤器过滤以进一步去除清液中的杂质。过滤后的清液进入原水箱，通过原水泵将清液加压送至离子交换器以去除水中的盐类，再由浅除盐水箱收集，通过浅除盐水泵送至循环水系统用作冷却水补水，即可实现中水回用。
图 1
2.2
预处理部分
来自气化装置的废水温度一般在50 ℃左右，不能满足生化系统对水温的要求，为此配置1套150 m3/h机械通风冷却塔对废水进行降温冷却；在环境温度为20 ℃时，进出冷却塔的温差可达15 ℃左右。由于废水中可能含有黑煤灰，故设置了调节池并安装了潜水推流器，以防止黑煤灰沉积进而堵塞提升泵进口管道。
2.3
生化处理部分
生化处理部分采用活性污泥法去除废水中的NH3-N，COD及其他微量污染物质，即利用活性污泥在适宜环境下(即曝气时)将COD去除，同时利用硝化细菌将NH3-N氧化为NO3-和NO2-，在缺氧时(即推流时)反硝化细菌将NO3-和NO2-还原为N2，以达到净化废水的目的。该工艺在SBR池之前设置了A池，并在两池之间设置了内回流泵(内回流比为2)，构成了独特的A/SBR生化反应系统。A/SBR生化反应系统24 h连续进水，A池通过小型潜水推流器24 h连续运行，始终保持缺氧状态；SBR池运行周期为12 h，依次为推流反硝化3 h、曝气硝化7 h、静沉1 h、排水1 h。生化处理部分构筑物尺寸规格见表 2。
表 2
|
构筑物 |
单池尺寸/m |
表面积/m2 |
有效容积/m3 |
数量/座 |
|
调节池 |
22.0×7.0×3.5 |
154 |
508 |
1 |
|
缓冲池 |
22.0×8.0×3.5 |
176 |
580 |
1 |
|
A池 |
11.0×11.0×6.5 |
121 |
726 |
2 |
|
SBR池 |
32.0×11.0×6.5 |
352 |
2 112 |
2 |
|
化碱池 |
3.5×3.0×3.5 |
10 |
33 |
1 |
|
甲醇池 |
3.5×3.0×3.5 |
10 |
33 |
1 |
2.3.1
推流反硝化
开启潜水推流器和内回流泵进行反硝化(缺氧状态下进行反硝化)，反硝化时间为3 h。反硝化时，反硝化细菌需要有机碳源，一般由甲醇来提供，甲醇投加量应根据反硝化前SBR池内的NO3-和NO2-含量来确定，同时也受甲醇浓度影响。反硝化1 mg NO3-和NO2-约需3 mg COD。根据运行经验，SBR池中的NO2-基本可以忽略不计，NO3-含量需进行测定，通常其质量浓度维持在60~70 mg/L。推流反硝化后，应取样分析NO3-，NO2-及COD含量，根据三者之间的关系来判断甲醇投加量是否合适以及反硝化效果。
2.3.2
曝气硝化
开启罗茨风机，根据SBR池在线溶解氧仪测定数据，通过变频调速旋钮调节罗茨风机转速，硝化时间为7 h。去除1 kg NH3-N需要4 kg纯碱，系统满负荷运行可处理NH3-N 360 kg/d，耗纯碱量约为1.5 t/d。SBR池排水时碱度控制在200~500 mg/L，碱度过低则达不到硝化反应要求，而过高会增加回用部分负荷并缩短树脂运行时间。
2.3.3
静沉
停罗茨风机、潜水推流器和内回流泵，静沉时间为1 h。静沉1 h后，应确保上层水是清澈的，否则禁止排水。
2.3.4
排水
通过电动葫芦控制滗水器升降至排水水位，将SBR池上清液排出至缓冲池，排水时间为1 h。由于缓冲池设计容积等于1个周期的排水量，所以排水前必须将缓冲池液位降至最低，以确保缓冲池不出现满溢。如果排水前缓冲池液位过高，将导致SBR池上清液不能充分排尽，会影响下一周期SBR池的正常运行，导致SBR池液位过高，甚至高出滗水器溢流口而引起污泥流失。
2.4
中水回用部分
来自气化装置的废水中含盐量较高，实测电导率在3 000~5 000 μS/cm，其中硬度很高，为600~800 mg/L (以CaCO3计)；经生化处理后，含盐量有所下降，电导率实测值为2 000~4 000 μS/cm。经生化处理的废水通过缓冲池提升泵送入生物过滤器，经生物过滤器表面生物膜进一步降解废水中的COD，同时截留废水中的悬浮物。生物过滤器的产水进入多介质过滤器，进一步去除废水中的悬浮物。多介质过滤器的产水进入原水箱，通过原水提升泵将原水箱清水压入离子交换器进行脱盐处理，即来自原水箱的清水首先进入C床除去大部分硬度，然后进入A床除去全部阳离子，最后进入B床除去Cl-，SO42-，NO3-等大部分阴离子。经除盐后，出水电导率≤50 μS/cm，Cl-含量≤20 mg/L。离子交换器规格参数见表 3，经离子交换处理后的出水水质见表 4。
表 3
|
项目 |
外形尺寸/mm |
材质 |
单床装填量/t |
数量/台 |
|
A床 |
Φ 2 500 |
钢衬胶 |
10 |
2 |
|
B床 |
Φ 2 500 |
钢衬胶 |
10 |
2 |
|
C床 |
Φ 3 200 |
钢衬胶 |
10 |
1 |
表 4
|
日期 |
Cl-含量/(mg·L-1) |
电导率/(μS·cm-1) |
pH |
|
2015-07-19 |
3.5 |
32 |
4.4 |
|
2015-08-07 |
10.6 |
44 |
4.3 |
|
2015-09-25 |
7.1 |
22 |
4.6 |
|
2015-10-22 |
10.6 |
39 |
4.5 |
|
2016-01-17 |
7.1 |
24 |
4.9 |
|
2016-01-23 |
7.1 |
19 |
4.8 |
2.5
污泥的处理
废水处理过程中产生的污泥集中送至污泥处理系统。污泥处理系统的处理技术及组合工艺流程较多，经比较，采用了污泥浓缩后机械脱水的处理方法，脱水机械采用板框压滤机，滤板数量为37片，实际过滤面积为30 m2。污泥经浓缩脱水后进行干化处理，产出的干泥外运。
3
A/SBR+EM工艺特点
短程硝化工艺匹配新型生化组合池A/SBR是一种强强组合工艺，具有投资省、占地面积小、运行费用低、出水水质好、耐负荷冲击等优点。
(1) 与常规除氨工艺相比，可节省有机碳、纯碱和O2用量分别为40%，20%和25%，少产污泥50%，减少投资费用20%~30%，处理费用下降1/3。
(2) A/SBR组合将A池(反硝化)前置，利用进水中的COD进行同步反硝化反应，以弥补气化废水中COD含量的不足，反硝化效果好，可降低耗氧量；同时，副产碱度，硝化除氨耗碱量可下降20%。
(3) SBR工艺为序批式运行，静置、排水、推流、曝气在同一池内完成，省去二沉池和污泥外循环，投资较省；由于SBR工艺对进水有几十倍的“稀释”能力，故抗负荷冲击强，即使进水NH3-N浓度短时间内突然升高，只需适当延长曝气时间，一般不会影响SBR池的处理效果。
(4) 只要改变各工序的运行时间，出水水质就会发生相应变化，故出水水质调整空间较大。
(5) 由于采用了序批式运行方式，易于实现自动控制和操作自动化，节省人力、物力，处理效果稳定。
4
运行经验总结
(1) 与国内同行业的废水处理装置相比，华昌公司率先采用改良型A/SBR工艺，将A/O工艺与SBR工艺有机结合，利用前置反硝化来减少纯碱投加量并降低出水总氮含量，同时又发挥了SBR工艺减少污泥产生量和缩小池容的优势，值得推广。
(2) 该工艺在开车调试时，采用投加有效菌群并利用华昌公司2 000 m3/d生物脱氮污水处理装置产生的剩余污泥作为接种污泥，大大缩短了污泥培养驯化时间。从2015年3月23日至4月21日，历时不足1个月，生化系统便达到了设计处理能力。
(3) 在实际运行过程中，应严格控制来自气化装置的废水中NH3-N含量不超400 mg/L，否则会影响生化处理部分的营养平衡和污泥活性。来自气化装置的废水中不得带有黑煤灰，否则会逐渐堵塞曝气头，将迫使生化处理部分停车检修。
(4) 来自气化装置的废水温度普遍较高，一般在45~60 ℃，进入生化处理部分前必须冷却降温至35 ℃左右。华昌公司在设计时未考虑到废水温度的影响，故于2015年8月新建1座机械通风冷却塔专门用于冷却气化废水，以保证生化处理部分正常运行。
(5) 目前，行业内气化废水处理装置的曝气系统大多采用离心式鼓风机或罗茨风机，噪声大、能耗高。建议采用磁悬浮节能风机，不仅噪音小、运行稳定，而且节电率达30%左右，投资回收期在3年以内。华昌公司近期计划将原罗茨风机改造为磁悬浮风机。
(6) 由于本工艺生产的浅除盐水pH为4.0~ 5.0，设计时未考虑出水pH的调节问题，限制了回用水的使用范围。华昌公司计划在阳床与阴床之间增设除碳器，同时在浅除盐水箱入口投加碱液并安装pH在线监测仪表，可实现自动控制，将pH调整至6.0~9.0。
5
结语
通过1年多的运行，目前废水处理装置出水水质非常稳定，全部回用于华昌公司内部循环水系统。根据国家“节能减排”目标，华昌公司还将新建1套中和水分盐装置，将离子交换树脂再生过程中产生的酸碱中和废水浓缩后提取出浓水中的盐分，以真正实现氮肥企业的污水零排放。
沪公网安备 31010702007066号