A/O-MBBR工艺处理煤制乙二醇废水工程实例

2021-07-07陈龙陈孝亭

工业用水与废水 2021年3期

陈龙，陈孝亭

（1.东华工程科技股份有限公司，合肥 230024；2.神华工程技术有限公司，北京 102200）

1 工程概况

西南某煤制乙二醇企业采用草酸酯法生产乙二醇。草酸酯法生产乙二醇过程中的工艺废水主要来源于煤气化、变换、净化，及DMO生产中酯化和乙二醇精馏工段［1］。从煤制乙二醇项目的具体开展来看，在不同的工艺环节会有不同类型的废水产生，不同环节的废水需要采用不同的处理方式，废水处理效果才会达到最佳［2］。煤制乙二醇工艺流程长、工艺复杂，所产生的废水呈现出成分较复杂、有机物含量较高、可生化性较好等特点。该废水处理工程设计采用以A/O-MBBR为主的组合工艺，出水达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准（其中ρ（COD）≤80 mg/L）后排放。

2 设计进出水水质

本工程的设计水量为200 m3／h，其中生产废水170 m3／h，生活污水30 m3／h。生产废水主要为煤气化炉废水预处理后废水、变换废水、净化废水、DMO生产中酯化废水及乙二醇精馏废水，以生产废水与生活污水混合后的水质作为设计进水水质，经过处理后出水水质达到GB 8978—1996一级标准（其中ρ（COD）≤80 mg／L）后排放。具体设计进出水水质指标见表1。

表1 设计进出水水质Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 处理工艺流程

目前，国内外研究可用于乙二醇废水的处理方法有电解法、湿式氧化法、臭氧法、反渗透法、化学氧化法、蒸馏法、生物法等，其中有些处理方法尽管效果好，但处理费用高，难以实现工业化［3］。经工程实例验证，采用生物法处理煤制乙二醇废水，不仅运行效果好，而且处理费用低［4］。目前，生物法处理煤制乙二醇废水的工艺主要有MBR、SBR、氧化沟、A／O、MBBR等。其中，MBR工艺出水好，但能耗高，膜造价高且易污染，运行成本高；SBR工艺能应对进水水质水量波动较大的情况，但间歇周期运行，自动化要求高；氧化沟工艺运行简单，但沟深浅，表面曝气设备充氧效率偏低，且占地面积较大［5］。综合考虑运行简单、维护成本低，且能满足处理要求等因素，选择A／O为本工程生物处理工艺。同时本工程进水COD浓度较高，一级生物处理难以保证达标，因此采用二级生物处理，考虑到占地面积小、运行管理简单等因素，二级生物处理选择MBBR。MBBR是一种将生物膜法与活性污泥法相结合的高效废水处理工艺，兼具生物接触氧化和生物流化床的优点，在国内发展迅速［6］。

综上所述，该工程因各工段水质、水量各不相同，需先针对性地选择均质调节池进行水质水量调节，再以A／O－MBBR作为主体工艺进行处理。废水处理工艺如图1所示。

图1 废水处理工艺流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

各工段的生产废水经带压管道输送至均质调节池，事故状态时，将事故水通过阀门切换至事故池暂时储存，待来水恢复正常时，再由泵少量均匀地提升至均质调节池。生活污水经提升泵站送至均质调节池。生活污水、生产废水在均质调节池混合后自流进入A池进行反硝化反应，将部分硝酸盐还原成氮气；A池出水进入O池，O池内设有鼓风曝气，将进水中约87.5%的氨氮转化成硝酸盐，并去除大部分有机污染物，O池中的混合液部分回流至A池，混合液回流比为200%，O池出水自流进入二沉池，经固液分离后上清液自流进入MBBR池；MBBR池内设有填料和鼓风曝气，进一步去除废水中的氨氮和有机物；MBBR池出水自流进入絮凝沉淀池的混合反应段，与PAM和PAC混合，经过混凝反应的废水进入沉淀池，进一步去除有机污染物、色度以及悬浮物；絮凝沉淀池出水进入快速过滤器处理，以满足排放要求。处理后的出水经水泵提升外排。

二沉池排出的污泥部分回流至A池，剩余部分排至污泥脱水间的污泥池，与絮凝沉淀池排泥一并经污泥泵提升进入污泥浓缩脱水机，经脱水后泥饼含水率约80%，外运处置。

4 主要工艺单元设计参数

（1）提升泵站。设计尺寸为7.0 m×4.5 m×7.2 m，最高液位与最低液位差为1.0 m，内设回转式机械格栅1台，有效栅宽B＝800 mm，栅条间隙b＝6 mm，渠深H＝5 800 mm。污水提升泵3台，其中Q＝100 m3／h，H＝13.5 m，P＝3 kW，1台；Q＝30 m3／h，H＝13.5 m，P＝11 kW，2台，1用1备。正常运行时开启小流量污水泵，当水量大时开启大流量污水泵。

（2）均质调节池。设计尺寸为30.0 m×30.0 m×6.5 m，有效水深为5.5 m，设计停留时间为24.0 h。池内设立式搅拌机4台，P＝7.5 kW。

（3）A／O生化池。A池1座分2格，单格设计尺寸为29.2 m×8.5 m×6.4 m，有效水深为5.5 m，设计停留时间为13.5 h；池内设立式搅拌机6台，P＝3 kW。O池1座分2格，单格设计尺寸为35.0 m×29.2 m×6.4 m，有效水深为5.5 m，设计停留时间为53.5 h，设计溶解氧质量浓度为2～4 mg／L，污泥最大回流比为100%，混合液回流比为200%；池内设混合液回流泵6台，4用2备，Q＝100 m3／h，H＝1.0～1.5 m，P＝2.5 kW。池内MLSS质量浓度为3 500 mg／L，COD污泥负荷为0.143 kg［COD］／（kg［MLSS］·d），氨氮污泥负荷为0.01 kg［氨氮］／（kg［MLSS］·d）。

（4）二沉池。2座，单座设计尺寸为φ16.0 m×4.0 m，设计停留时间为4 h，有效水深为2.0 m，表面负荷为0.5m3／（m2·h）。配套中心传动刮泥机2台，直径为16.0 m，P＝0.75kW；回流污泥泵2台，1用1备，Q＝100m3／h，H＝11m，P＝7.5kW；剩余污泥泵2台，1用1备，Q＝30m3／h，H＝6m，P＝2.2kW。

（5）MBBR池。1座2格，单格设计尺寸为18.0 m×12.5 m×5.7 m，有效水深为5.0 m，设计停留时间为11h。池内设悬浮填料1 100 m3，COD容积负荷为1.14 kg［COD］／（m3［填料］·d）。池内采用穿孔曝气，配置穿孔曝气系统1套和进出水拦截网。

（6）絮凝沉淀池。混合池1格，设计尺寸为1.5 m×1.5 m×4.2 m，有效水深为3.55 m，设计混合时间为2 min。絮凝池2个系列，三级絮凝，单格设计尺寸为1.5 m×1.5 m×4.2 m，有效水深为3.5 m，设计絮凝时间为14 min。沉淀池2个系列，单格设计尺寸为6.0 m×6.0 m×5.5 m，沉淀时间为2.3 h，斜板区表面水力负荷为2.7 m3／（m2·h）。混合池内设立式搅拌机1台，P＝0.75 kW；一级絮凝立式搅拌机2台，P＝0.75 kW；二级絮凝立式搅拌机2台，P＝0.55 kW；三级絮凝立式搅拌机2台，P＝0.37 kW；污水提升泵3台，2用1备，Q＝100 m3／h，H＝30 m，P＝37 kW。

（7）快速过滤器。4台，单台处理能力为50 m3／h。设备类型为石英砂过滤器，进水ρ（SS）≤100 mg／L，出水ρ（SS）＜50 mg／L，压力损失小于0.04 MPa，过滤精度为0.05～0.10 mm。配套反冲洗水泵3台，2用1备，Q＝40 m3／h，H＝15 m，P＝4 kW，设置于冲洗水池，反冲洗气源来自鼓风机房。

（8）鼓风机房。设计平面尺寸为24.0 m×10.0 m。主要为A／O生化池、MBBR池好氧微生物供气，同时作为快速过滤器气洗的气源。配置离心鼓风机4台，3用1备，Q＝100 m3／min，P＝68.8 kPa，P＝185 kW。

5 工程运行效果

本工程调试时间为春、夏季，随着气温升高，微生物生长迅速，絮体形成较快，污泥量逐渐增大，通过镜像观察生物相，发现各种形状的菌胶团及原生动物——肉足类变形虫［7］，以后逐渐提高负荷至设计负荷，由于氨氮含量较高，在驯化过程中需要寻找最佳运行周期以便较好地脱氮［8］。

经过2 a多的运行，项目实际处理废水量基本维持在150～190 m3／h。运行期间，根据水质水量变化，控制鼓风机的曝气量，好氧池内溶解氧质量浓度保持在（3.0±0.5）mg／L［9］。MBBR池采用穿孔管曝气，既保证了曝气效果，也保证了悬浮填料的流化效果。系统运行稳定，出水状况良好，COD去除率稳定在95%左右。各项指标满足GB 8978—1996一级标准（其中ρ（COD）≤80 mg／L）要求，达标排放。2020年5月份的实际平均进出水情况如表2所示。