张永胜

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

神华包头煤化工有限责任公司在内蒙古包头市九原区工业开发区南区内建设的包头神华煤化工有限公司煤制烯烃项目，于2006 年12 月11 日经国家发展和改革委员会核准批复，其建设规模为：180 万吨/年煤制甲醇装置、60 万吨/年甲醇制烯烃（MTO）装置、30 万吨/年聚乙烯装置、30 万吨/年聚丙烯装置。污水场设计出水达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准后全部进入回用水装置，在污水处理场内设排放水池。污水处理贯彻清污分流的原则；所建回用水装置尽可能同时处理并回收利用经污水处理场（处理全厂所排污水）处理达到一级排放标准的处理后出水，污水产水经过石灰软化脱硬、V 滤和UF+RO 实现中水回用，满足循环水补水的要求。

1 生产废水的特征

煤气化废水含有较高的氨氮、COD 类有机物，永久硬度和暂时硬度等无机物。废水的常规分析结果（见表1）。

表1 煤化工厂水质水量情况

1.1 煤化工[1]厂废水水质水量

表2 老污水系统设计进出水水质

表3 新污水系统设计进出水水质

表4 脱硬系统高密度沉淀池设计进水水质参数

2 煤制烯烃项目生产废水处理方案

煤制烯烃项目废水COD 主要来自煤气化，MTO净化，烯烃分离等单元，氨氮和硬度主要来自煤气化，其中苯系物、油类、酚类废水主要产生于MTO 净化装置。通过实验室和生产实际研究，目前采取了“气化水进脱氨塔+脱硬系统+调节池+A/O+BAF+高密/V 滤+UF+RO”的技术路线来处理。

2.1 煤化工[1]气化废水脱氨

由于污水处理场原设计进水水质为NH4-N≤200 mg/L，而实际进水水质指标为NH4-N≤550 mg/L，较原设计进水水质指标偏高，造成污水处理场负荷过大，故在甲醇中心气化装置设置一套气化灰水氨吹脱系统，该系统设计处理水量最大250 t/h，进水水质指标为NH4-N≤550 mg/L、pH=6～9，通过并联的双脱氨塔吹脱氨氮后，保证去污水处理单元水质指标为NH4-N≤170 mg/L、pH=6～8。设计选用塔式设备吹脱法处理高氨氮的低压灰水。吹脱法是利用废水中所含氨氮的实际浓度和平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮不断地由液相转移到气相中，从而达到去除废水中氨氮的目的。吹脱塔通常采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气-液传质面积，从而有利于氨气从废水中解吸。常用填料有拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等，本套装置采用的填料为聚丙烯多面空心球。废水被输送到填料塔的塔顶，通过填料自上而下流动，在流动过程中与自下而上的气体进行逆流接触，在此过程中水中溶解的游离氨穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除氨氮的目的（见图1）。

图1 煤化工脱氨塔工艺流程图

经过空气吹脱后的低压灰水氨氮降低至170 mg/L以下，经过脱氨塔底部提升泵（123P004A/B）提压后进入加酸混合器（123X002），在酸混合器中低压灰水与来自酸储罐（123V002）的98 %浓硫酸混合，将pH 值降至6～8。调整pH 值后的灰水进入渣水一区废水冷却器降温后通过调节阀（123FV008）的流量控制送入污水场调节池。

2.2 煤化工气化废水脱硬

污水处理装置自投用以来，因气化来水硬度高[2]，水温较高，调节池、A/O 池等处理构筑物内结垢现象严重，曝气膜频繁更换，搅拌器、潜水泵和工艺管道也因结垢多次损坏和堵塞，严重影响了污水装置的平稳运行，也成为公司高负荷生产的制约因素。针对来水硬度高、O 池曝气管结垢情况选择预处理工艺，为彻底解决来水硬度问题，保证污水装置连续平稳运行，新增污水除硬系统，新增石灰/碳酸钠软化除硬系统，增设高密度沉淀池对气化来水进行除硬处理，以确保满足污水装置运行要求，防止结垢，为公司的高负荷长周期生产运行提供保障。

污水除硬系统设计负荷为300 m3/h，处理对象为气化污水。采用石灰+碳酸钠的方式去除来水硬度，并通过聚铁混凝+PAM 助凝去除来水中的悬浮物。

设计来水水质：pH=6～9；总硬度（CaCO3计）＜2 000 mg/L；总碱度（CaCO3计）＜1 500 mg/L；SS＜300 mg/L；浊度＜100 N TU；温度＜40 ℃；油脂＜5 mg/L；硫化物＜30 mg/L。设计出水水质：pH=6～9；总硬度（CaCO3计）＜50 mg/L；总碱度（CaCO3计）＜60 mg/L；SS＜50 mg/L。高密池产生的污泥和缓冲池沉渣统一排放至污泥贮池，由板框压滤机进行脱水处理，泥饼外运处理。

2.3 预处理后进入A/O 池生化处理

经过预处理均质均量后的生产污水进入“前置反硝化”工艺，缺氧池主要进行反硝化反应，好氧池主要进行硝化反应，缺氧池与好氧池分别设置，总停留时间75 h，其中缺氧池停留时间25 h，好氧池停留时间50 h，硝化氨氮负荷0.023 kgNH3-N/（kgMLSS·d），污泥浓度MLSS3 000 mg/L～5 000 mg/L，污泥回流比50%～100%，硝化液回流比200 %～400 %。

在A/O 系统的进水渠道上投加营养盐和甲醇，废水与从O 池回流的硝化液及从二沉池回流的污泥混合进入A 池，A 池中间设隔墙，呈环形廊道，在水下推进器作用下，混合液在A 池内呈环状流动，保证污泥不沉积，完成反硝化反应，A 池出水进入O 池，O 池为长方形，每个O 池共分三个廊道，废水依次流经三个廊道完成好氧脱碳及硝化反应，O 池出水经廊道进入硝化液回流池，池内设硝化液回流泵，回流硝化液经管道送至污泥配水井，并与回流的污泥混合向两个A 池平均配水，其他硝化液从硝化液回流池溢流进入两座二沉池。采用辐流式二沉池，内设刮泥机，二沉池出水进入中间水池，池内设生物滤池进水泵向曝气生物滤池供水。曝气生物滤池共分两组，每组两格。曝气生物滤池出水进入排放水池，由池内回用水泵送入回用水装置。

表5 A/O 生化系统各单元去除率

初沉池污泥自流入储泥池，由污泥泵送至污泥浓缩池，二沉池污泥排入污泥回流池，由污泥回流泵将回流污泥送至配水井与回流的硝化液混合向A 池配水，污泥回流管道上设流量计。污泥回流池内同时设剩余污泥泵，将剩余污泥送至污泥浓缩池，浓缩池排出的污泥重力流入污泥调配池，池内设混合搅拌器。调配池内污泥由污泥输送泵送至卧螺离心脱水机，脱水后进入污泥斗，由汽车外运（见表5，表6）。

2.4 曝气生物滤池（BAF）

曝气生物滤池采用的是生物膜法处理工艺，集吸附、氧化及过滤于一体，通过周期性反冲洗，使生物膜得以更新；氧的传输效率高，供氧动力消耗小，处理效果好，污泥量少，出水悬浮物低，后续可不设沉淀池。曝气生物滤池共设4 座，水力负荷1.7 m3/hm2。内装火山岩滤料，气水比6.2∶1 。滤池采用水洗和气水联合反洗，气反冲洗强度12.5 L/sm2，水反冲洗强度5 L/sm2。

2.5 污泥处理系统

污水处理装置产生的初沉污泥、剩余污泥经过浓缩池浓缩后进入污泥调配池，污泥含水率在96 %～97 %。污泥处理系统同时接纳回用水装置高效沉淀池产生的无机污泥，回用水装置污泥由泵送到污水处理装置的污泥调配池。调配池内设混合搅拌机。污泥脱水采用卧螺离心机3 台，单台处理能力15 m3/h。脱水后污泥含水率≤80 %，由泥斗收集，汽车外运。

3 污水回用工艺处理方案

3.1 污水回用工艺原理

（1）石灰软化：水中硬度是由Ca2+、Mg2+等以碳酸盐或非碳酸盐形式存在于水中所形成的，可表现为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸盐硬度是由构成硬度的阳离子与构成碱度的阴离子如HCO3-、CO32-及OH-所组成，非碳酸盐硬度则是由构成硬度的阳离子与其他阴离子如SO42-、Cl-或NO3-等所组成。投加石灰乳液，与碳酸盐硬度和其它暂时硬度发生反应，形成沉淀物被除去，减轻反渗透单元的负荷，并减少反渗透膜精细阻垢剂的用量。反应方程式如下：

去除暂时硬度，软化水质：

去除水中CO2，减少腐蚀，提高水的pH 值：

中和过量的混凝剂，并由于提高pH 值而增加混凝剂的混凝效果：

去除水中胶体硅，提高脱盐水水质：

图2 回用水处理工艺流程

去除镁盐，起软化作用：

（2）超滤是一种膜分离技术，其膜为多孔性不对称结构。超滤膜的过滤过程是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，入口压力通常为0.03 MPa～0.6 MPa，筛分孔径为0.005 μm～0.1 μm。超滤膜的耐压性、耐清洗性、耐温性等性能对于工业应用是非常重要的，目前商品化的有机材质的超滤膜都是采用相转化法制得的。超滤是一个错流和切向流的过程，要过滤的液体沿膜表面流动，在中空纤维的内壁上形成流体剪切的条件，使污染物较难在膜表面形成。

（3）反渗透系统负责基本脱除水中的可溶性盐份、胶体、有机物及微生物，采用世界先进水平的低压复合膜，膜元件直径20.32 cm。膜元件为多层膜片叠合的卷式结构，超滤产水从膜片之间进入后沿膜片外侧切向流动，在流动过程中，由于压力作用，淡水透过膜片层进入螺旋形的产水流道，最终汇入中间的产水总管排出，进入回用水罐，再经回用水泵提升送至回用水管网。残留浓盐水则继续在膜片间的空隙中流动，最后从浓排口排出至废水池。

3.2 污水回用工艺流程

回用水原设计处理量900 t/h～1 400 t/h，实际最大处理量1 200 t/h（含300 t/h 反洗水回流）。浓盐水至废水池。装置外来水量约900 m3/h，装置外送水量（产品水水量）约550 m3/h，外排浓盐水约350 m3/h 左右。

从回用水装置进水水质分析：进水含盐量较高，约2 300 mg/L，硬度及碱度均较高，分别为1 087 mg/L 和650 mg/L。为确保出水水质达到循环水补水要求，回用水装置在设计方案研究中针对进水水质的特性和所要求的出水水质目标，整体流程为“石灰软化+絮凝沉淀+过滤+超滤+反渗透”，其中絮凝沉淀采用高效沉淀池（见图2）。

回用水装置主要回收处理厂区内循环水装置排污水、电站化学水装置排出的浓盐水和污水处理装置排出的处理合格的化工污水，经过装置处理合格后送到循环水装置作为补充水使用。其处理出水水质指标优于《污水再生利用工程设计规范》GB50335-2002 循环冷却系统补充水要求的水质，能满足《化工企业循环冷却水处理设计技术规定》HG/T20690-2000 中敞开式循环冷却水的水质要求。供水压力0.2 MPa，出水含盐量约100 mg/L（脱盐率＞97 %）。

4 结论

（1）煤制烯烃项目气化装置产水的280 t/h 污水，COD、氨氮、硬度含量高，是比较难处理的污水之一。

（2）高氨氮废水通过并联的双脱氨塔吹脱氨氮后，保证去污水处理单元水质指标为NH4-N≤170 mg/L、pH=6～8。

（3）高硬度德士古[3]炉煤气化废水通过增设高密度沉淀池进行除硬处理，以确保满足污水装置运行要求，防止结垢。

（4）经过预处理均质均量后的生产污水进入“前置反硝化”工艺，COD 去除率可以达到95 %，氨氮去除率可以达到98 %。

（5）回用水装置出水水质指标优于《污水再生利用工程设计规范》GB50335-2002 循环冷却系统补充水要求的水质，能满足《化工企业循环冷却水处理设计技术规定》HG/T20690-2000 中敞开式循环冷却水的水质要求。供水压力0.2 MPa，出水含盐量约100 mg/L（脱盐率＞97 %），回收水率67 %[4]。

［1］ 潘连生.关注煤化工的污染及防治［J］.煤化工，2010，43（4）：1-6.

［2］ 赵嫱，孙体昌，李雪梅，等.煤气化废水处理工艺的现状及发展方向［J］.工业用水与废水，2012，43（4）：1-6.

［3］ 于遵宏，王辅臣.煤炭气化技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［4］ Q/SH0104-2007，炼化企业节水减排考核指标与回用水质控制指标［S］.2007.