华亭FMTP项目废水处理工艺选择

陈建军 ，巩洁平，苏应玺 ，董国亮 ，柳宏伟，马耀东 ，杨云斌 ，谢亚飞

（1.华能煤业有限公司，北京 100070；2.华亭煤业集团有限责任公司，甘肃 华亭 744100）

引 言

华亭FMTP项目是以华亭煤业集团有限责任公司已投产60万t/a煤制甲醇装置（一期项目）为基础，为延伸产业链扩建的20万t/a甲醇制聚丙烯装置[1]。一期项目配套建设一套190 m3/h污水处理装置（采用SBR+BAF处理工艺）和450 m3/h污水回用装置，均已投入运行。FMTP项目配套建设一套300 m3/h污水处理装置，处理后污水与一期项目污水合并进入污水回用装置，经深度处理后部分送往循环水。依据工艺包设计，FMTP项目污水进水中COD质量浓度为4 240 mg/L，SS质量浓度为960 mg/L，NH3-N质量浓度为960 mg/L，B/C值较小，有机物生化降解难度大，另外装置产生1.8 m3/h的废碱液成分非常复杂，常规工艺难以处理，需利用多种方法综合处理。

煤化工污水处理的主要工艺有预处理、生化处理和深度处理工艺。预处理工艺主要包括混凝沉淀和气浮，生化处理主要包括厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺（A2/O）、序批式活性污泥处理工艺（SBR），深度处理工艺主要包括移动床生物膜反应器工艺（MBBR）和曝气生物滤池工艺（BAF）等[2]。通过分析上述这些工艺原理及其优缺点，结合华亭FMTP项目废水进出水水质指标及项目布置等原则，为FMTP项目选择了合适的废水处理工艺流程。现介绍如下。

1 煤化工污水处理主要工艺分析

1.1 预处理工艺

1.1.1 混凝沉淀

通过向污水中添加絮凝剂和助凝剂，使污水中难以沉淀的颗粒相互聚集而形成胶体，然后与水体中的杂质结合成较大的絮凝体，通过吸附使絮凝体体积增大而下沉，以实现污水中杂质与水分离的目的。

1.1.2 气浮

气浮处理是向废水中通入空气，以水中析出的微小气泡为载体，使废水中的油类、微小悬浮颗粒等污染物黏在气泡上，随气泡一起上浮到水面，通过收集泡沫或浮渣达到分离的目的。气浮工艺可减小药剂的投加量，并能取得较好的处理效果。气浮工艺主要有溶气气浮和涡凹气浮[3]。

1.2 生化处理工艺

1.2.1 A2/O工艺

A2/O工艺[4]是在普通活性污泥法基础上发展起来的一种生物处理工艺，该工艺分为3个阶段，第一阶段为厌氧段（即A段），第二阶段为缺氧段（即A段），第三阶段为好氧段（即O段）。污水依次进入厌氧段、缺氧段、好氧段，并将好氧段的混合液回流至缺氧段，沉淀池的污泥回流到厌氧段。生化除磷的原理是微生物污泥在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下超量吸附磷，通过剩余污泥去除磷；生化除氮的原理是污水在好氧条件下将氨氮硝化成亚硝酸盐、硝酸盐，在缺氧条件下将亚硝酸盐、硝酸盐反硝化成氮气释放，从而去除氨氮和总氮。这样一个生化过程，对有机污染物、氨氮、总氮、磷等有十分明显的去除效果[5]。

A2/O工艺的主要优点：（1）技术成熟，运行过程简单，可同步脱氮除磷，出水水质较稳定；（2）能最大限度利用原污水中的碳源有机物，减少外加碳源量，节约运行成本；（3）剩余污泥量少，污泥沉降性能和脱水性能较好，处理费用较低。

A2/O法工艺的主要缺点：（1）工艺流程较长，处理构筑物较多，占地面积较大；（2）相对于SBR工艺，系统内增加了硝化液和污泥的回流，增加了能耗；（3）处理的污水出水 COD 仍很高[6]；（4）COD、TN、NH3-N、TP 的去除主要依靠微生物的作用，在一定程度上影响了污染物的去除效果[4]。

1.2.2 SBR工艺

SBR工艺是在一个或多个平行运行的池子中完成生物降解和泥水分离过程[6]。SBR工艺每一操作循环由4个阶段组成：进水/曝气，沉淀，滗水，闲置。该工艺按照“曝气-非曝气”阶段不断重复进行，在曝气阶段主要完成生物降解过程，在非曝气阶段虽然也有部分生物作用，但主要是完成泥水分离过程，故SBR工艺无需设置二沉池。完成泥水分离后，利用滗水器排出每一循环操作中的出水，根据活性污泥实际增殖情况，在每一循环的最后阶段（滗水阶段）自动排出剩余污泥。SBR池闲置期间活性污泥处于饥饿状态，待进入下一周期后能起到很强的吸附去除能力。该技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，无污泥回流系统。SBR工艺可以去除有机污染物，通过硝化/反硝化过程去除大量的氨氮，其出水中氮的质量浓度可低至12 mg/L[7]。

SBR工艺的主要优点：（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，能有效抵抗水量和有机污染物的冲击；（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行较为灵活；（5）反应池内存在 COD、BOD5浓度梯度，能有效控制活性污泥膨胀；（6）工艺流程简单、投资少，主体构筑物为若干平行的SBR池，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑且占地面积小。

1.3 深度处理工艺

1.3.1 MBBR工艺

MBBR工艺是一种介于固体填料生物接触氧化法和生物流动床之间的新工艺[8]，主要原理是将密度与水相近的填料加入反应器中，使其在污水中处于悬浮状态，通过机械搅拌和曝气使填料在污水中翻滚流动，填料上布满了生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物新陈代谢功能下，污水中有机污染物、氮和磷等被除去。

MBBR工艺的主要优点：（1）填料与水接触面积大，容积负荷高，占地面积小；（2）冲击负荷以及温度变化对其影响要远小于对活性污泥法的影响，对冲击负荷有较强的适应能力，耐冲击性强，性能稳定，运行可靠，且污泥生成量少，易于操作管理，处理效果稳定；（3）搅拌和曝气系统操作方便，维护简单，曝气系统采用穿孔曝气管系统，不堵塞，维护管理工作量低；（4）填料和水流在生物池内得到充分混合，生物池不易堵塞，生物池容积利用率高。

1.3.2 BAF工艺

BAF工艺是一种新型污水生物处理技术，主要原理是依靠附着在填料表面高含量的生物膜介质，利用微生物的降解作用和填料的过滤吸附功能去除废水中的污染物[9]。

曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，并根据污水流向不同分为下向流或上向流。污水自上向下或由下向上流过滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，污水中的有机污染物在填料表面生物膜的作用下通过生化反应降解，填料同时起到物理过滤作用。当曝气生物滤池运行到一定程度时，由于滤料上增厚微生物膜的脱落，出水中会带有部分脱落的微生物膜，使出水水质变差，此时必须对滤池进行反冲洗。

BAF工艺的主要优点：（1）工艺流程简单，由于曝气生物滤池对悬浮物的生物截流作用，故不需设置污泥回流泵房；（2）对可生化性较低的污水具有较好的处理性能，用于污水深度处理时，其污泥负荷很低，可以获得较好的出水水质。

BAF工艺的主要缺点：（1）对滤板水平度要求非常高，稍有不平，容易导致在曝气和反洗时滤料厚度和阻力不均，在一定程度上影响污染物的去除效果；（2）反应池需要定期进行反冲洗，反洗时填料上微生物易流失，每个反洗周期后需要重新培养生物膜，此段时间出水难以达标。

2 FMTP项目污水处理工艺选择及流程

2.1 FMTP项目污水进水和出水水质指标

依据工艺包和国标排放标准[10]，FMTP项目污水进水和出水水质指标见表1。

表1 FMTP项目污水进水和出水水质指标

2.2 进水水质及水量波动较大的预防措施

首先设计均质调节池，池内设空气穿孔管，使进入均质池内的各种污水均匀混合，保证污水进入生化处理和深度处理阶段水量和水质相对稳定。另外在均质调节池进水管线上设计了水质和流量在线监测仪表以及手动取样口，若污水进水水质超过设计值时，为避免废水中超标的污染物破坏污泥的活性，暂将水质超标的废水先排放至事故池，让其在事故池中自然挥发和降解，待废水指标合格后，用废水泵重新送至污水单元进行处理。若污水水量超过设计值时，则多余部分污水先进入事故池，剩余部分进入污水装置正常处理。

2.3 预处理工艺的选择

对于FMTP项目污水进水中杂质、FMTP催化剂及油，应在气浮池的进水端分别投加聚合铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM），使污水与其混合反应后进入气浮池。

由于悬浮物和油浓度较高，应设计两级气浮，一级气浮工艺选用涡凹气浮，利用涡凹曝气机散气叶轮的高速运转，将液面上的空气通过曝气机输入水中，产生微小气泡并均匀分布在水中，污水中的悬浮物和微量的油与气泡结合形成气-固混合体，使其密度下降而上浮至水面，得以分离。二级气浮工艺选用溶气气浮，利用较高压力的溶气水进入气浮池后，析出大量气泡，与悬浮物结合，形成气-固混合体，使其密度下降而上浮至水面，得以分离。气浮池中应设有链条式刮沫机，刮出表面的浮渣。污水经过气浮处理后，可去除大部分SS、油及部分COD。

对于废碱液成分复杂的污水，先直接排放至一期项目的气化装置，用于配置煤浆，再进入气化炉进行燃烧反应，之后与气化废水一同送入污水处理装置。

2.4 生化处理与深度处理工艺的选择

2.4.1 选择原则

2.4.1.1 布置原则

由于一期项目建设时未充分考虑FMTP项目污水处理装置布置问题，预留建设场地较小。选择处理工艺时，在满足工艺生产流程前提下，应尽量选择流程较短、占地面积较小的处理工艺，以节省用地。

2.4.1.2 两级处理工艺串联原则

若仅选择一级生化处理工艺，不能满足处理要求，其出水中仍含有少量氨氮和有机物，需对其进行深度处理，才能达到污水回用的处理要求，故需选择两级串联的污水处理工艺。

2.4.2 两级串联污水处理工艺选择

2.4.2.1 生化处理工艺的选择

由于A2/O污水处理工艺流程较长，污水处理构筑物较多，且设计有硝化液和污泥的回流，在一定程度上增加了能耗，加之存在出水COD较高的问题，依据华亭FMTP污水生化处理工艺的选择原则，生化处理工艺不宜选择A2/O工艺。

SBR工艺的技术核心是SBR池，该工艺集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统，且工艺简单，处理效果稳定，耐冲击负荷，操作灵活，占地面积小。故选用SBR工艺较为适合FMTP项目实际情况。

2.4.2.2 深度处理工艺的选择

BAF工艺对滤板水平度要求非常高，稍有不平会制约污水处理效果，另外反应池定期进行反冲洗时，填料上微生物易流失，每个反洗周期后需要重新培养生物膜，在一定时间段上制约了污水的处理效果。故深度处理工艺不宜选择BAF工艺。

MBBR工艺具有占地面积小、运行性能稳定、操作简单、维护方便、生物池不易堵塞等优点，且MBBR工艺依靠曝气池内曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，使移动床生物膜充满了整个反应器空间，增大了附着相和悬浮相生物与污水的接触面积，污水处理效果明显，出水水质稳定。故选用MBBR工艺较为适合FMTP项目实际情况。

综上，结合华亭FMTP项目的实际情况，生化处理工艺选择SBR工艺、深度处理工艺选择MBBR工艺，废水经过SBR和MBBR两级污水处理工艺，再经污水回用处理，可满足国标污水处理的指标要求。

2.5 FMTP项目废水处理工艺流程

采用SBR、MBBR两级污水处理工艺的FMTP项目污水处理单元流程示意图见图1。FMTP项目污水处理单元主要由磷盐投加装置、碱投加装置、PAM和PAC添加装置、均质调节池、一级和二级气浮池、SBR装置、MBBR装置、二沉池、污泥脱水装置及对应的控制系统等组成。

图1 FMTP项目污水处理单元流程示意图

污水首先进入均质调节池，污水在池内均匀混合后，在出水中加入PAM和PAC，之后进入一、二级气浮池，去除废水中剩余催化剂、悬浮物和有机污油，气浮池出水进入SBR池，废水中的大部分COD、BOD被去除，再进入MBBR池中进一步去除污染物，MBBR池出水进入二沉池进行泥水分离。生化污泥、气浮池污泥等均排放至污泥脱水间，经过浓缩脱水机形成泥饼后外运，处理后废水送至污水回用装置继续处理。若进水水质及水量超过设计值，可将一部分污水进水排放至事故池，以减小对污水处理单元的破坏性冲击。

3 结 语

华亭FMTP项目污水污染物浓度高，负荷变化较大，且项目污水处理单元布置面积有限，在对预处理技术、生化处理及深度处理技术优缺点分析基础上，为FMTP项目选择了SBR工艺和MBBR工艺两级串联的污水处理技术，以保证FMTP项目污水处理单元处理废水各项指标满足国标要求，为企业可持续发展提供有力保障。