改良SBR工艺处理德士古煤气化废水

第23卷第6期能源环境保护Vol.23,No.62009年12月Energy Environmental ProtectionDec, 2009综述与专论]改良SBR工艺处理德士古煤气化废水药宝宝,高莺2(1. 北京建工金源环保发展有限公司,北京100101;2.北京华福工程有限公司,北京100013)摘要:对德士古煤气化废水的产生及水质特性进行了分析,废水首先经蒸氨,将氨氦浓度从1 300~2 700 mg/L降低至200~300 mg/L,后续处理采用具有生物脱氮功能的处理工艺。对A/O、SBR及其改良工艺进行了综合评述,重点介绍了碟式射流曝气在改良SBR工艺中的应用,及该工艺的运行周期设置和特点。工程实践表明,该工艺处理效果好、运行稳定、操作及控制灵活,氨氦去除率达到98%,出水浓度小于10 m/L。关键词:改良SBR;德士古;煤气化废水;碟式射流曝气;硝化;反硝化中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1006- -8759(2009)06 -0004- -04TEXACO COAL GASIFICATION WASTEWATERTREATMENT WITH MODIFIED SBR PROCESSYAO Bao- -bao', GAO Ying'(I.Bejing BCEG Golden Sources E.P.D. Co, Ltd. ,Bejing 100101,China;2. Beijing Huafu Engineering Co, Lid. , Beijing 100013,China)Abstract: The origin and characteristic of Texaco coal gasification wastewater was analyzed.The concentration of ammonia nitrogen would be decreased from 1 300~2 700 mg/L to 200~300 mg/L by ammonia still pretreatment. The enhanced biological denitrification process mustbe used in the post treatment. A/0, SBR and modified SBR process was separatelysummarized. The application of disk jet aeration, operation cycle and characteristic of themodified SBR process was described in detail. The treatment process featured positivepollutant removal, stable running and simple control and operation, therefore, the effluentconcentration of ammonia nitrogen would be lower than 10 mgl and the removal rate wouldbe over 98%.Keywords: modified SBR process ;Texaco; coal gasification wastewater;disk jet aeration;nitration; denitrification我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一-,应的环境污染，尤其是废水污染的问题。采用改良作为一种重要能源，煤的用途主要包括:燃烧、炼SBR工艺处理德上古煤气化废水,处理效果好、运焦、气化、干馏加氢液化等。煤气化是一种洁净的行稳定,尤其是氨氮去除率达到98%,为高氨氮煤炭综合利用技术,是煤化工、加氢工艺、煤液化煤气化废水的治理提供了一条切实可行的工艺路等的基础"。然而在煤气化生产过程中也带来了相中国煤化工MHCNMHG收稿日期:2009. -08-24药宝宝等改良SBR工艺处理德士古煤气化废水.5.煤气化过程是一个热化学过程， 是以煤为原2.3出水水质要求料,以氧气、蒸汽或氢气等作气化剂,在高温条件目前国内采用德士古煤气化技术的生产企下通过化学反应将煤中的叮燃部分转化为气体燃业,出水水质执行《污水综合排放标准>(GB8978-料的过程。煤气化本质上是将煤由高分子固态物1996)一级标准或《合成氨工业水污染物排放标质转化为低分子气态物质，由固态变为气态的过准》(CB13458- 2001)- -级标准。程,也是改变燃料中碳.氢比结构的过程"。氨氮作为一项最重要的水质考核指标，上述德士古煤气化技术也称为水煤浆气化技术,两个排放标准分别执行15mg/L和大型企业40是由美国Texaco公司在重油气化的基础上:开发m/L(或中型企业70 mg/L)。出的第二代气流床气化工艺。气化过程包括煤浆3废水处理工艺的确定制备、煤浆气化、灰水处理和CO变换等工序,气化压力2.6~8.5 MPa,气化温度1 360 C~1 450 C对废水水质特性分析可知,废水氨氮浓度高,田。该技术运行操作的经验丰富,设备国产化率高,经蒸氨预处理后可降低至200~300 mg/L,但仍需在投资和运行成本上具有明显优势，是目前商业采用具有脱氨功能的生化处理工艺。国内常用的业绩最多的第二代气流床气化工艺。国内采用该处理工艺为:A/O .SBR及其改良型工艺。技术的生产企业包括:鲁南化肥厂、陕西渭化、山3.1 AO工艺东华鲁恒升、兖矿国泰.南京金陵石化等。AO工艺是前置反硝化生物脱氮工艺，应用较为广泛,积累了一定的设计和运行经验，主要特2德士古煤气化废水特性点是:(1)缺氧池设置在好氧池前,可起生物选择2.1废水的产生器作用,改善污泥沉降性能。(2)好 氧池设置在缺德士古煤气化生产过程中，粗煤气在冷凝冷氧池后，可进一步去除有机污染物，改善出水水却时所含的饱和水分( 主要是加压气化过程加入质。(3)反硝化产生的碱度可部分补偿硝化过程的的水蒸气和煤本身所含的水分)形成了冷凝水。这碱度消耗。(4)反硝化可利用原水中的碳源,减轻些冷凝水汇入喷淋冷却系统循环使用，多余的水好氧池的有机负荷。排出即形成废水。因此,废水实质上是来源于盈水但采用A/0 T艺处理高浓度氨氮废水,具有循环系统的排污水，其中溶解或悬浮有粗煤气中一定的局限性，主要表现为:(1)A/0 T.艺需分别的多种成分,典型的废水水质见表1。设置污泥回流和混合液回流系统，尤其是混合液回流比通常设计为200 %~400 %，动力消耗大。表1典型的德士 古煤气化废水水赝表m/L污染物水质指标(2)理论上讲,混合液回流量越大脱氮效率越高。苯酚< 10但回流量的增大,使大量溶解氧进人缺氧池,在一氨1 300-2 700定程度上影响了反硝化的处理效果。焦油甲酸化合物100-12003.2 SBR工艺氰化物10-30SBR T艺是间歇性活性污泥法工艺，一个运COD200-760行周期包括进水、曝气、搅拌、沉淀、撇水、闲置等2.2废水的特性阶段。该工艺主要具有以下特点:(1)工艺流程简对表1分析可知，德上古煤气化废水的特性单投资低,不需要单独设置二沉池和污泥回流系主要表现为:(1)废水中不含焦油及重金属离子，统。(2)平面布置紧凑,占地面积小。(3)时间上具酚类含最低;(2)废水中氰化物含盘较低,好氧生有理想的推流式反应器特性。(4)对进水水质、水化处理可得到有效降解，不需要破氰预处理;(3)量的波动有较强的适应性,运行方式灵活,有机物废水中氨含量高,需进行蒸氨预处理,将氨氮浓度去除率高,脱氮效果较好。(5)具有良好的污泥沉降低至200~300 mg/L;(4)生化处理时由于碳氮比仍然失调,需外加有机碳源;(5)甲酸化合物是中国煤化工构成废水COD的主要污染物，废水的可生化性YHCNMHG,sBR工艺产生了许多改良型工艺。湖南湘潭大学的刘永淞等人综能源环境保护第23卷第6期合分析了SBR的工艺特性,认为正确控制充水时该项目中，改良SBR池的运行周期设置见表间和曝气方式是最大限度提高SBR系统反应速2所示。度的重要手段4。哈尔滨建筑大学的王福珍等对袈2 某煤化工企业改良SBR池运行周期表SBR法供气量的最优控制和曝气沉淀时间的最优运行周明(360min)分配等问题进行了研究，认为应根据不同的污水60120 工180240工300 工360 .| 阶段11市0市市市市市11市1市市1市11南性质确定最优的曝气和沉淀时间4。000011110100100000100001100000本文所述的改良SBR上艺是在普通SBR的[进水基础上,采用碟式射流曝气技术,对运行周期中的液做硝化与反硝化阶段进行了优化设计，实现了废水硝化 .| 反硝中氨氮的有效去除。化_3.3.1碟式射流曝气技术「沉淀开泥ISBR池中的曝气方式通常采用鼓风机加微孔曝气组合形式,反硝化阶段采用潜水搅拌器。这种说明:(1)投加液碱补充硝化过程的碱度消耗。组合形式的设备数量较多.控制系统相对复杂、处(2)授加甲醇补充反硝化过程所需碳源。理效果受微孔曝气器完好程度的影响。近些年来，改良SBRT.艺的牛物脱氮反应可以看成多针对高氨氮煤气化废水的处理，碟式射流曝气技个A/O串联的形式,不仅实现了好氧.缺氧状态交术得到了更多的推广及工程应用。替的环境条件，而且可以对硝化与反硝化段的运碟式射流曝气器由外腔、内腔、混合腔、外喷行时间进行灵活的调整，实现对不同碳氮比废水嘴.内喷嘴、进气口和进液口七部分组成。内、外腔的有效生物脱氮。该项目中,硝化和反硝化在同一体为比下两个碟形壳体对合粘结而成，内腔为上池内进行,不存在混合液回流的问题,池内废水全作介质腔，外腔为引射介质究,自身不含任何机电部参与了反硝化过程,理论上.讲脱氮效率可无限和传动部件，运行时需配套的设备包括射流循环接近于100 %。本项日设计中,硝化与反硝化反应泵及鼓风机。交桥进行3次,氨氮去除率达到98%,出水氨氮采用碟式射流曝气处理高氨氮废水具有如下浓度小于10 mg/L,出水总氮浓度小于20 mg/L。特点:( 1)供气时(鼓风机j射流循环泵同时运行)进行曝气允氧和混合搅拌，实现有机物的降解及4改良SBR设计说明硝化功能。(2)停止供气时(鼓风机停止运行、射流改良SBR池足污水处理装置的核心单元,除循环泵运行)进行无氧混合搅拌，实现反硝化功了采用碟式射流曝气技术及重点考虑运行周期设能。(3)采用双级射流技术,氧转移效率较高,运行置外,还需对碳源投加碱度投加磷投加、反硝化中尤堵塞问题。(4)射流曝气器采用FRP材质,防消氧等问题进行综合考虑。腐蚀抗老化、耐磨损性能好、使用寿命长。4.1碳源投加3.3.2改良SBR的周期设置经蒸氨预处理后氨氮浓度降低至200~300改良SBR T艺主要是对运行周期内的硝化与mg/L,对好氧生化处理而言,碳氮比仍然失调，反反硝化段进彳优化设计,实现高氨氮低COD(即低硝化过程必须外加有机碳源。碳氮比)废水的有效生物脱氮。我公司参与的某煤工程中通常投加甲醇作为外加碳源(采用德化T企业废水处理项目中，即采用了改良SBR为士古煤气化的部分生产企业主要产品之一为甲核心的处理工艺,具体T艺流程见图1所示。醇,可直接从生产装置区由管道接人)。甲醇的生化性非常好.易被反硝化菌吸收利用,有利于提高[进水→湖节池→改良SBR池→出水池]反硝化速率。但甲醇的火灾危险性等级为甲B中国煤化工拥防爆电器设备。行泥浓编池一污泥池+去制浆}MYHCNMHG化反应式为:圈1工艺流程图Nu2-+U.0/LnjsUn+U.3H2CO3 - +药宝宝等改良SBR工艺处理德士古堞气化废水.7.0.04CH,NO2+0.48N2+1.23H20+HCO3ORP进行过程智能控制，可以进一步优化运行条NO-+1.08CHJ0H+0.24H2CO3→件,提高处理效率,降低运行成本。0.056CHNO2+0.47N+1.68H2O+HCO56结论及 建议甲醇的设计投加量为:1.53 [NO2]+2.47|NO;]o6.1结论4.2碱度投加(1)采用改良SBR工艺处理德士古煤气化废废水氨氮浓度为200~300 mg/L,硝化反应将水处理效果好、运行稳定、操作灵活。消耗大量的碱度。虽然原水中含有部分碱度且反(2)采用蒸氨预处理可将氨氮浓度降至200~硝化过程可问收碱度，但仍需补充碱度并维持剩300 mg/L,有利于后续生化反应的进行。余碱度大于70 mg/L。工程中通常投加液碱,在温(3)改良SBR工艺可以看成多个A/O的串联度较低时液碱易结晶，因此储罐及管道应做好保运行方式，对废水中氨氮的去除率达到98 %,出温或伴热等工程措施。水氨氮浓度小于10 mg/L。4.3磷的投加(4)采用碟式射流曝气技术,通过对鼓风机和原废水中磷的含量较低,不能满足好氧生化射流循环泵的控制，可实现硝化与反硝化的交替反应对磷的需求(C:N:P=100:5:1),需补充磷酸或灵活运行。磷酸盐等物质。(5)在改良SBR池中,根据工艺及运行周期4.4反硝化消氧的设置,应分别外加碳源(甲醇)、碱度(液碱)和由硝化反应转换到反硝化时,需要进行消氧,磷,保证生化反应的顺利进行。使溶解氧迅速降低至0.3~0.5 mg/L。这部分消氧所(6)在改良SBR池中设置在线pH、在线DO消耗碳源量的计算至关重要,如果末考虑此消耗量和在线0RP,使其与有机物降解及脱氮过程的相将导致碳源投加的不足,影响反硝化的处理效果。关指标建立了- -定的关系,实现过程的智能控制。反硝化消氧的反应式为:6.2建议02+0.93CH.0H+0.056NO;(1)改良SBR池的射流循环泵宜采用干式离0.056CsH,NO2+ 1.64H20+0.59H2CO3+0.056HCO3心泵，建议不采用潜污泵。每个溶解氰消耗0.93个甲醇,同时消耗0.056(2)改良SBR池的运行周期设置,尤其是硝个NO;5,因此每个溶解氧实际消耗0.87个甲醇。化与反硝化段的时间设置,应根据实际进水水质、水量及水温等因素进行相应调整。5改良SBR的过程控制(3)改良SBR池的反硝化过程应优先利用原改良SBR池的-一个运行周期中,硝化与反硝废水中的碳源有机物,不足部分进行补充投加。化阶段反复交替进行。为了达到良好的处理效果，参考文献:实现深度脱氮,在反应池内需设置在线pH、在线DO和在线0RP进行联合过程控制。[1]张东亮中国煤气化工艺(技术)的现状与发展小煤化上,2004,(2):1-5.青岛理上大学周利及北京工业大学杨庆等人[2]施水生,傅中见.煤加压气化废水处理[M].北京:化学工业出对脉冲式SBR法深度脱氮工艺及控制进行了系版社,2001,21-46.统研究问,得到了pH .DO和ORP的变化规律。在[3]月兰，林阿彪，王彬Texaco与Shell煤气化工艺比较分析有机物难降解阶段,DO出现跃升,pH出现由上升I化学工业与工程技术,2007 ,28(6):57-60.到下降的拐点。硝化反应结束时, DO和ORP出现[4]汪大晕,雷乐成.水处理新技术及工程设计[M].北京:化学工业出版社2001,158.跃升,pH出现由下降到上.升的拐点。反硝化结束[5]周利,李凌云.杨庆等.脉冲式SBR法深度脱氟工艺及其控制时,pH出现由上升到下降的拐点,ORP也出现拐[I].工业水处理,2008.28(2):32-35.点。实际工程中利用在线pH、在线DO和在线中国煤化工MYHCNMHG