张蔚，魏江波

（中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京　100011）

甲醇制烯烃污水生化处理工程设计实例

张蔚，魏江波

（中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京100011）

某甲醇制烯烃（MTO）项目污水生化处理装置设计水量为350 t/h。根据该项目有机污水的水质特点和处理难点，对污水生化处理技术进行了比选，确定采用除油预处理-水解酸化-改进型活性污泥曝气池-MBR组合工艺。详细介绍了各工艺单元的主要设计参数，在设计进水CODCr质量浓度不超过1 200 mg/L，石油类质量浓度不超过90 mg/L的条件下，出水水质达到初级再生水水质要求，可作为循环水场和烟气脱硫的补充水进行回用。

甲醇制烯烃；生化处理；改进型活性污泥曝气池；MBR

某甲醇制烯烃（MTO）项目以外购甲醇作为原料，采用DMTO技术［1］经一步催化反应直接转化为混合低碳烯烃（主产物为乙烯、丙烯），混合低碳烯烃经烯烃分离装置分离后通过下游深加工装置生产聚乙烯和聚丙烯。项目包括60万t/a甲醇制烯烃装置、60万t/a烯烃分离装置（乙烯、丙烯合计）、30万t/a低密度聚乙烯（LDPE）装置、30万t/a聚丙烯（PP）装置，以及配套的公用工程、辅助设施和厂外工程等。本项目的有机污水主要来自于甲醇制烯烃、烯烃分离、聚乙烯、聚丙烯等装置的生产污水及全厂地面冲洗废水、污染雨水、生活污水等。项目配套建设污水生化处理装置，对全厂生产、生活产生的污水进行深度处理，处理后出水达到初级再生水标准回用于循环水场和锅炉烟气脱硫系统。本文详细介绍了该项目配套建设的污水生化处理装置的工艺设计，给出了污水处理的工艺流程，以及各处理单元的主要设计参数和功能等。

1　污水来源及水量

进入污水生化处理装置的有机污水主要来自三部分，第一部分为MTO工艺污水，为工艺副产水，是经过气提净化后的净化水；第二部分为生活污水；第三部分为低浓度生产污水和其它生产污水。

生化处理装置设计处理规模为350 m3/h，其中MTO工艺污水量为172.5 m3/h，生活污水量为20 m3/h，低浓度生产污水为50 m3/h，其它生产废水量为30 m3/h。

2　设计进出水水质

2.1设计进水水质

设计进水水质根据来水的水质经过加权平均计算得出，具体见表1。

表1　加权平均水质及设计取值Tab.1　Weighted average and designed va1ue of inf1uent water qua1ity

2.2设计出水水质

污水生化处理装置处理出水要求达到初级再生水的水质标准，再生水回用于循环水场和烟气脱硫装置作为补充水，初级再生水的水质标准参照《炼油化工企业污水回用管理导则》中的初级再生水用于循环水补水的水质控制指标。

3　工艺技术选择

3.1污水水质特性分析

（1）MTO工艺污水有机污染物浓度高、成分复杂。甲醇制烯烃反应产物中约56%是水，这部分水在急冷塔和水洗塔中冷凝，经汽提塔提取微量未反应完全的甲醇、二甲醚后外排。外排的MTO工艺污水以有机物为主，基本不含无机物，有机污染物浓度较高，CODCr的质量浓度高时可达1 500 mg/L［2］，且m（BOD5）/m（CODCr）值不小于0.3。由于污水中的主要污染物成分较多，有乙醛、丙醛、丙酮、异丙醇、甲乙酮、戊酮等较难处理的有机物，因此需考虑提高废水的可生化性，并应考虑深度处理工艺，满足最终的出水要求。

（2）MTO工艺污水中含有少量油蜡类物质。MTO反应产品气中的油类物质约占产品气总量的0.3%，由于其凝固点较低，易于在急冷水和水洗水中冷凝下来。冷凝下来的油蜡大部分为芳烃和长链烷烃，其中芳烃类物质占95%左右，并以三甲基苯、四甲基苯和五甲基苯为主。冷凝下来的油类物质随汽提塔进料进入汽提塔，而汽提塔原设计作用是提取未反应的少量甲醇和二甲醚，大部分油类物质无法脱除，导致这部分油类与长链烷烃类物质分散于MTO工艺污水中［3］。此类物质只靠隔油沉淀难以达到较好的去除效果，需采取气浮等除油措施。

（3）综合污水中缺乏N、P等营养物质。除生活污水中N、P含量可满足微生物需求外，MTO工艺污水几乎不含N、P，其它生产废水包括地面冲洗水、机泵及取样冷却器排水、PP/PE装置切粒水、初期污染雨水等，这部分废水虽然m（BOD5）/ m（CODCr）值达到0.4，属于易生化废水，但N、P含量也较少。缺乏上述营养元素不利于活性污泥微生物的培养与增值，对污水处理有很大影响，需外加N、P元素以满足微生物需求。

3.2处理工艺选择

本项目污水主要来源于MTO工艺污水，其具有盐分浓度低，污染物组分复杂、可生化性较好的水质特点，但同时存在污染物排放浓度波动大的问题，而处理要求高，出水CODCr的质量浓度要达到50 mg/L以下，对整体污水处理工艺流程的去除率要求较高。因此，选择采用了除油预处理-水解酸化-改进型活性污泥曝气池-MBR的主体工艺流程。

除油预处理采用隔油沉淀、两级气浮预处理工艺，减轻对生化处理系统的冲击。由于MTO工艺污水中含有异丙醇、甲乙酮、丙酮、戊酮等较难生化处理的污染物，在生化处理前设置了水解酸化阶段，将难降解并可能抑制生化的物质转为小分子、易于生化降解的中间体，提高污水的可生化性［4］。

膜生物反应器（MBR）是一种将膜分离技术与传统污水生物处理工艺相结合的新型高效污水处理与深度处理回用工艺，具有出水水质好、占地面积省的特点［5］。该技术通过膜的高效分离作用，大大提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中优势菌的出现，提高了生化反应速率［6］。同时，该工艺能大大减少剩余污泥的产量，从而基本解决了传统生物方法存在的剩余污泥产量大、占地面积大、运行效率低等突出问题［7］。

4　工艺设计

4.1处理工艺流程

工艺流程见图1，主要包含预处理、生化处理、污泥处理等。

图1　污水生化处理工艺流程Fig.1　Process f1ow of sewage biochemica1 treatment

MTO工艺污水正常情况下直接进入隔油沉淀池去除油及大密度的悬浮物、杂质，然后重力进入涡凹气浮池（CAF）及溶气气浮池（DAF）。在进入两级气浮池前均加入PAC及PAM对乳化油进行破乳。隔油气浮预处理后，经泵提升至调节罐均衡水质水量，当有事故发生导致生产污水水量急剧增加或水质急剧恶化，不能正常处理时则提升至事故罐暂存，再由事故罐提升泵将污水打入隔油沉淀池处理，保证后续处理的正常运行，保证出水水质。

均质后的生产污水流入水解酸化池，水解酸化池可提高污水的可生化性。水解酸化池采用池底均匀布水（脉冲式），形成稳定的污泥床，池中设置填料，利于活性污泥的培养。为防止水解酸化池污泥流失需从生化池回流污泥，因膜池混合液溶解氧浓度较高，直接回流至水解酸化池不利于水解酸化过程的进行，采取单独设置污泥回流池，自污泥回流池回流污泥至水解酸化池，污泥在污泥回流池经过充分的溶解氧释放再由回流泵提升至水解酸化池。

由于本项目废水中N、P含量较低，所以不需设置脱氮除磷的厌氧段和缺氧段，水解酸化池出水直接进入改进型曝气池去除污水中的大部分污染物。曝气池采用改进型活性污泥法，通过在曝气池进水端设置厌氧形式的高负荷生物选择池，在该区段维持较高底物浓度，使选择池中的生态环境有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度生长和增殖，从而控制曝气池污泥膨胀的产生和发展［8］。生物选择池的设置能适应较大的冲击负荷，减轻了冲击负荷对后续好氧阶段的影响，有利于好氧区运行稳定，保证处理效果。

曝气池出水进入MBR池，利用膜的截留作用将活性污泥保留在生化池中，使泥水分离。MBR池中的污泥质量浓度达到4～8 g/L，提高了抗冲击负荷的能力，降低了污泥负荷，MBR池出水完全满足水质要求。MBR池中的污水经过设备间的膜抽吸泵抽吸至回用水罐，经回用水泵加压后回用。

本项目污水生化处理部分的污泥由隔油沉淀池污泥、气浮池浮渣、生化池剩余污泥组成，隔油沉淀池的污泥及生化池剩余污泥经浓缩池浓缩后与气浮池浮渣一起在污泥池混合后，经污泥脱水离心机脱水后将脱水泥饼外运至园区固废处理场处理。

4.2主要污水处理单元

4.2.1除油预处理工艺

除油预处理阶段采用隔油池-两级气浮工艺。进入隔油池的MTO工艺污水中油的质量浓度为100 mg/L，隔油池除油率较低，出水中油的质量浓度为90 mg/L，经过CAF、DAF气浮池后出水中油的质量浓度分别为50、18 mg/L。

隔油池、CAF及DAF设计处理能力均为300 m3/h。设置隔油池2座，尺寸为26.45 m×6.00 m× 2.50 m，钢筋混凝土结构，表面负荷为0.95 m3/ （m2·h），水力停留时间为2.1 h。设置气浮池集水池1座，尺寸为8.00 m×6.00 m×4.60 m，钢筋混凝土结构。设置容积为5 000 m3的调节罐2个，容积为5 000 m3的事故罐2个。

4.2.2水解酸化池

设水解酸化池4座，尺寸为10.00 m×8.00 m× 8.60 m，钢筋混凝土结构，内设填料、布水系统及出水堰槽，CODCr容积负荷为3.5 kg/（m3·d），水力停留时间为8 h，污泥回流比为50%。

4.2.3改进型活性污泥曝气池

设曝气池2座，尺寸为48.00 m×31.80 m× 6.20 m，钢筋混凝土结构，设计流量为350 m3/h，设计污泥质量浓度为6 g/L，设计污泥负荷为0.08 kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d），污泥产率为0.6 kg［SS］/kg［BOD5］，停留时间为42.9 h，设计温度为15～25℃，供气总量为180 m3/min，气水比为30：1。在曝气池前段设置生物选择池，水力停留时间为0.76 h。配套设计磷酸盐加药装置及氮盐加药装置。

4.2.4MBR池

设MBR池6座，尺寸为10.00 m×9.50 m× 6.50 m，钢筋混凝土结构，设计流量为350 m3/h，设计污泥质量浓度为8 g/L，设计回流量为400%，停留时间为3.3 h。本设计采用的MBR膜为平板膜，PVDF材质，孔径为0.4 μm。MBR池内设膜组件正常处理水量为350 m3/h，运行通量为10.64 L/（m2·h）；最大处理水量为455 m3/h，运行通量为13.84 L/（m2·h）。MBR池配套设计膜清洗池、产水泵、回流污泥泵、化学清洗设备等。

4.2.5污泥处理

设污泥浓缩池1座，直径14.00 m，高5.00 m，钢筋混凝土结构，内设浓缩机1套；设置污泥贮池1座，尺寸为5.00m×5.00 m×5.50 m，停留时间为13.6～17.9 h，钢筋混凝土结构，内置搅拌机1台，N=1.5 kW；设置污泥脱水设备1套，内含污泥脱水离心机2台，单台处理能力为13 m3/h。设置PAM自动加药设备1套，PAM的消耗量为0.2 kg/h。

4.3预期处理效果

MTO污水处理各工艺单元预期处理效果见表2。

表2　各单元预期处理效果Tab.2　Desired effect of each treatment unit

4.4运行成本测算

经初步测算，污水生化处理装置采用组合工艺制成初级再生水，吨水电耗约为3.6 kW·h，电价按0.45元/kW·h计，折合电费约为1.6元/m3；化学品消耗折合费用约为1.0元/m3；平板膜更换费用按5年1次计，折合费用约为0.9元/m3；总计运行费用估算约为3.5元/m3，低于当地的新鲜水水价。

5　结论

（1）MTO项目污水产量大，水质复杂，污染物浓度波动大，设计采用除油预处理-水解酸化-改进型活性污泥曝气池-MBR组合工艺进行处理，出水可达到初级再生水的水质标准，能够回用作循环水场和烟气脱硫装置的补充水。该工艺系统可靠、运行效率高、操作方便，并且回收率稳定，具有较高的经济效益、环保效益、生产效益。

（2）本工艺采用MBR技术解决了传统活性污泥法造成的沉淀部分对最大生物浓度的限制，反应器内的微生物浓度高，是传统方法的2～3倍，达8～10 g/L，对水质水量的变化适应力强，耐冲击负荷强；在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，有利于专性菌的培养，大大提高了难降解有机物的降解效率，CODCr去除率高。

［1］刘中民，刘昱，叶茂，等.1.80Mt/a甲醇进料DMTO工艺技术及其装置特点［J］.炼油技术与工程，2014，44（7）：1-6.

［2］候宝元，孙保全.油水分离技术在甲醇制烯烃装置中的应用［J］.山东化工，2012，41（9）：34-37.

［3］邢爱华，刘斌，张锐，等.甲醇制烯烃工艺废水处理技术研究进展［J］.现代化工，2013，33（9）：17-21.

［4］朱文亭，颜玲.污水的水解（酸化）-好氧生物处理工艺［J］.城市环境与城市生态，2000，13（5）：43-45.

［5］李慧，左悦，秦许河.膜生物反应器中的膜污染及其调控措施［J］.工业用水与废水，2011，42（1）：1-4.

［6］张军，吕伟娅，聂梅生，等.MBR在污水处理与回用工艺中的应用［J］.环境工程，2001，19（5）：9-11.

［7］郑宏林，朱家民，黄金有，等.膜生物反应器在污水资源化中的研究与应用探讨［J］.水处理技术，2009，35（10）：21-26.

［8］胡睿.生物选择器与污泥膨胀控制［J］.山西建筑，2010，36 （24）：210-212.

An example of project design for biochemical treatment of methanolto-olefin wastewater

ZHANG Wei，WEI Jiang-bo
（Beijing Construction Branch of China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co.，Ltd.，Beijing 100011，China）

The designed water capacity of sewage biochemica1 treatment equipment in a methano-to-o1efin （MTO）project was 350 t/h.According to the characteristics of the organic sewage from the said project and the difficu1t points of its treatment，severa1 biochemica1 treatment techno1ogies were compared，and then，the combined process of oi1 remova1 pretreatment-hydro1ytic acidification-improved activated s1udge aeration tank-MBR was se1ected fina11y.The main design parameters of each unit in the said process were introduced in detai1，it was shown that under the condition that the design mass concentrations of CODCrand petro1eum in the inf1uent water were 1ower than 1 200 and 90 mg/L respective1y，the eff1uent water qua1ity met the specification of primary rec1aimed water qua1ity，which cou1d be reused as make-up water of circu1ating water fie1d and f1ue gas desu1furization system.

methano1-to-o1efins；biochemica1 treatment；improved activated s1udge aeration tank；MBR

X703.1；X783.2

B

1009-2455（2016）02-0058-04

张蔚（1984-），女，安徽宿州人，工程师，硕士，主要从事水处理工程设计与给排水专业技术管理，（电子信箱）zhangweii@csc1c.com。

2015-12-23（修回稿）