劣質煤利用項目污水處理裝置配置及運行總結

馬光華，段志棟，尹志君

（山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州 036000）

0 引 言

煤氣化是煤化工裝置的龍頭，由于氣化技術的不同，煤氣化等廢水污染物含量也有很大差別，其中，魯奇爐氣化產生的廢水成分尤為復雜，其廢水中氨氮、COD、SS、酚等含量較高，這就對煤氣化廢水處理技術提出了更高的要求。

山西中煤平朔能源化工有限公司（簡稱中煤平朔能化）劣質煤綜合利用示范項目主要生產工業硝酸銨，副產品有硫酸銨、LNG等，主要生產裝置有300kt／a合成氨、2×180kt／a硝酸、2×200kt／a硝酸銨裝置。項目為中煤平朔能化高標準循環經濟規劃項目之一，屬山西省以劣質煤為基礎延伸產業鏈、發展循環經濟的重點項目，年消耗劣質煤（高硫、高灰分）990kt、鍋爐燃料煤矸石705.6kt。其氣化裝置采用魯奇爐氣化工藝，氣化廢水經煤氣水預處理＋酚氨回收后進入污水處理裝置。

中煤平朔能化生產廢水主要包括含酚煤氣水、低溫甲醇洗廢水、全廠初期雨水、全廠地面沖洗水、生活化驗及其他污水、平安四期項目（合成氨、硝銨裝置）工業廢水，最大污水量為168.4m3／h。據各生產單元工藝特點及煤氣化等廢水水質特性，選用了“預處理＋水解＋A／O＋水解＋A／O＋混凝沉淀＋臭氧脫色殺菌＋流砂過濾”工藝處理生產廢水。本污水處理裝置由中國昆侖工程公司總包，上海達源環境科技工程有限公司設計、施工、調試；2a多的運行實踐表明，系統運行穩定，對CODCr波動忍耐度強、維護工作量小，產水滿足《循環冷卻水用再生水水質標準》（HG／T3923—2007）［1］要求，產水水質穩定，達到了預期效果。以下對污水處理裝置的配置及應用情況進行介紹，以期為業內提供一點參考與借鑒。

1 污水處理裝置概況

1.1 系統水量及水質

中煤平朔能化生產裝置綜合排水量一般在129.06m3／h，最大在168.4m3／h（其中，含酚煤氣水95～115m3／h、低溫甲醇洗廢水7.0～8.4m3／h、全廠初期雨水量不定、全廠地面沖洗水8m3／h、生活化驗及其他污水10～24m3／h、平安四期項目工業廢水9.06～13m3／h）；污水處理裝置處理能力按最大進水量的118%設計，即設計處理能力200m3／h，年運行時間8000h，出水滿足HG／T3923—2007要求。污水處理裝置設計進出水水質指標見表1。

1.2 工藝流程

污水處理裝置采用“預處理＋水解＋A／O＋水解＋A／O＋混凝沉淀＋臭氧脫色殺菌＋流砂過濾”工藝，其工藝流程簡圖見圖1（注：全廠初期雨水收集在生產廢水事故池，間斷送入初沉隔油池處理），有關說明如下。

表1 污水處理裝置設計進出水水質指標

圖1 污水處理裝置工藝流程簡圖

1.2.1 預處理工藝

管網自流來地面沖洗水經格柵進入地面沖洗水收集池，通過地面沖洗水提升泵送至初沉隔油池；帶壓含酚煤氣水和平安四期廢水也經管道進入初沉隔油池。除去重油及輕油的初沉隔油池出水經混凝反應池進入混凝射流氣浮池，除去乳化油及部分污染物后的混凝射流氣浮池出水通過連通管進入酚氨廢水調節池，之后進入后續水解及生化系統。初沉隔油池內重油及輕油則經油污池進入廢油貯罐，予以回收處理；混凝射流氣浮池上部油渣經刮渣機收集進入氣浮含油污泥池，經污泥螺桿泵送入離心脫水機脫水，含油污泥外運處理，泥水則返回系統前端利用。

1.2.2 生化處理工藝

預處理后的生產污水經酚氨廢水調節池提升泵送入一級水解池，一級水解池出水進入二級水解配水池，其出水經配水泵送入二級水解池。提高了可生化性的二級水解池出水進入一級生化系統缺氧池，一級生化回流污水與二級水解池出水在一級生化缺氧池中進行反硝化反應，使污水中硝態氮轉化為氣態氮；而低溫甲醇洗廢水、生活化驗廢水及少量其他廢水直接進入一級生化缺氧池［2］，作為碳源補充。一級生化缺氧池出水經一級A／O循環水泵提升后通過射流器均勻地進入一級生化好氧池進行硝化反應，其出水進入一級A／O沉淀池，經沉淀后，一級A／O沉淀池上清液進入三級水解配水池，三級水解配水池出水經泵提升進入三級水解池進行缺氧水解酸化，之后其出水自流入二級生化缺氧池；在二級生化缺氧池中，二級生化回流污水與三級水解池出水在此進行反硝化反應，使水中剩余硝態氮進一步轉化為氣態氮；二級生化缺氧池出水經二級A／O循環水泵提升后通過射流器均勻地進入二級生化好氧池進行硝化反應，去除大部分CODCr、BOD5、NH3-N等污染物后進入二級A／O沉淀池。

1.2.3 深度處理工藝

二級A／O沉淀池出水自流進入二級好氧出水回流池，經管道進入混凝反應池，混凝反應池出水再進入混凝沉淀池［2］；在混凝沉淀池中，廢水經泥水分離后進入臭氧氧化池，經脫色和進一步降解CODCr后，臭氧氧化池出水進入流砂濾池，流砂濾池的合格產水收集于回用水池，經泵送入廠區回用水管網。

1.2.4 污泥處理工藝

生化處理及深度處理系統產生的剩余污泥排入污泥濃縮池，經重力濃縮后送入離心脫水機脫水，脫水后的污泥外運處理，泥水則返回系統前端利用。

2 污水處理裝置主要構筑物及設備

（1）生產廢水事故池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸43.5m×21.0m×6.5m，有效水深6m，有效容積5481m3（1座），2座生產廢水事故池中間有安裝閥門的連通管連接；配套臥式離心泵（Q=100m3／h，H=20m，電機功率11kW）4臺、潛水可提式攪拌機（電機功率4kW）8臺。

（2）厭氧污泥池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸7.5m×6.0m×6.5m，有效水深6m，有效容積270m3；配套臥式離心泵（Q=20m3／h，H=40m，電機功率11kW）2臺。

（3）地面沖洗水集水池（1座）：鋼砼結構地下式，尺寸12.0m×4.0m×5.2m，有效水深3m，有效容積144m3；配套地面沖洗水提升泵（Q=60m3／h，H=20m，電機功率7.5kW）2臺、引水罐1個、機械細格柵（寬500mm，間隙3mm，電機功率1.5kW）1套、流量計（電磁一體式，DN80，Q=60m3／h）1臺。

（4）生活化驗廢水集水池（1座）：鋼砼結構地下式，尺寸12.0m×4.0m×5.2m，有效水深3m，有效容積144m3；配套生活化驗廢水提升泵（Q=50m3／h，H=20m，電機功率5.5kW）2臺、引水罐1個、機械細格柵（寬500mm，間隙3mm，電機功率1.5kW）1套、流量計（電磁一體式，DN80，Q=50m3／h）1臺。

（5）初沉隔油池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸16.0m×4.0m×7.2m，有效水深6.9m，有效容積441.6m3（1座），水力停留時間6h；配套出水蓋板閥（DN300，螺桿長2m）2臺、油污貯罐（φ1200mm×1500mm，碳鋼防腐）2個。

（6）混凝射流氣浮池［3］（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸12.0m×4.0m×6.9m，有效水深6.4m，有效容積307.2m3（1座），分離區表面負荷2.50m3／（m2·h）；配備氣浮射流器（Q=30m3／h）2套、氣浮混凝反應攪拌裝置（折槳式，2套1組）4套、氣浮刮渣機（行車式，跨度4m，電機功率1.1kW）2臺、氣浮池出水蓋板閥（DN300，螺桿長2m）2臺、氣浮射流泵（臥式離心泵，Q=30m3／h，H=32m，電機功率5.5kW）3臺。

（7）含油污泥池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸3.7m×3.0m×6.9m，有效水深6m，有效容積66.6m3，污泥流量5m3／h；配套含油污泥螺桿泵（單螺桿泵，Q=10m3／h，H=60m，電機功率3kW）2臺、含油污泥離心脫水機（Q=15m3／h，電機功率22kW）1臺、氣浮混凝劑加藥計量泵（機械柱塞式，Q=500L／h，p=0.5MPa，電機功率0.55kW）2臺、氣浮助凝劑加藥計量泵（機械柱塞式，Q=300L／h，p=0.5MPa，電機功率0.55kW）2臺、脫水機加藥計量泵（機械柱塞式，Q=150L／h，p=0.5MPa，電機功率0.3kW）2臺。

（8）酚氨廢水調節池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸48.0m×12.0m×7.0m，有效水深6.7m，有效容積3859.2m3，水力停留時間24h；配套酚氨廢水調節池提升泵（臥式離心泵，Q=160m3／h，H=32m，電機功率22kW）2臺、潛水攪拌機（可提升式，電機功率4kW）4臺、酚氨廢水流量計（電磁一體式，DN150，Q=160m3／h）1臺、COD儀（量程500～6000 mg／L）1臺、pH儀（量程0～14，溫度輸出）1臺、NH3-N儀（量程50～500mg／L）1臺。

（9）其他廢水調節池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸7.0m×6.0m×7.0m，有效水深6.7m，有效容積281.4m3，水力停留時間4.5h；配套提升泵（臥式離心泵，Q=60m3／h，H=32m，電機功率11kW）2臺、pH儀（量程0～14，溫度輸出）1臺。

（10）一級水解池（1座8格）：鋼砼結構半地下式，每格尺寸7.5m×7.5m×10.0m，有效水深9.5m，有效容積3600m3（8格），水力停留時間24h；配置氣動蝶閥2臺。

（11）二級水解配水池（1座2格）：鋼砼結構半地下式，每格尺寸7.5m×3.0m×10.0m，有效水深8m，有效容積360m3（2格），水力停留時間2.4h；配套二級水解池配水泵（臥式離心泵，Q=100m3／h，H=32m，電機功率15kW）3臺、溫度計（測量范圍0～60℃）2臺。

（12）二級水解池（1座12格）：鋼砼結構半地下式，每格尺寸7.5m×7.5m×10.0m，有效水深9.5m，有效容積5400m3（12格），水力停留時間36h。

（13）一級A／O生化池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸50.0m×15.0m×9.0m，有效水深8m，有效容積12000m3（2座），水力停留時間80h；配套一級A／O池循環泵（臥式離心泵，Q=1260m3／h，H=16m，電機功率75kW）3臺、射流曝氣器（單套Q=20m3／h，長度10m）100套，一級生化池曝氣器（散流式，φ300mm，單套Q=5m3／h）2400套、曝氣風機（多級離心式，Q=110m3／min，風壓0.1MPa，電機功率160kW）3臺、pH儀（量程0～14，溫度輸出）2臺、DO儀（量程0～10mg／L）2臺。

（14）一級生化沉淀池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸13.0m×13.0m×7.5m，有效水深7m，有效容積1183m3（1座），其分離區表面負荷＜0.65m3／（m2·h）；配套刮泥機（φ13m，中心傳動，外緣線速＜2m／min，電機功率1.5kW）2臺、污泥泵（臥式離心泵，Q=100m3／h，H=32m，電機功率15kW）2臺。

（15）三級水解配水池（1座2格）：鋼砼結構半地下式，每格尺寸7.5m×3.0m×10.0m，有效水深7m，水力停留時間1.5h，有效容積315m3（2格）；配套水解池配水泵（臥式離心泵，Q=100m3／h，H=32m，電機功率15kW）3臺、溫度計（測量范圍0～60℃）2臺。

（16）三級水解池（1座8格）：鋼砼結構半地下式，每格尺寸7.5m×7.5m×10.0m，有效水深9.5m，水力停留時間18h，有效容積3600m3（8格）。

（17）二級A／O生化池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸15.0m×15.0m×9.0m，有效水深8m，水力停留時間18h，有效容積3600m3（2座）；配套循環泵（臥式離心泵，Q=900 m3／h，H=16m，電機功率55kW）3臺、射流曝氣器（單套Q=50m3／h，長度10m）36套、二級好氧池曝氣器（散流式，φ300mm，單套Q=5m3／h）600套、pH儀（量程0～14，溫度輸出）2臺、DO儀（量程0～10mg／L）2臺。

（18）二級生化沉淀池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸13.0m×13.0m×7.5m，有效水深7m，有效容積1183m3（1座），其分離區表面負荷＜0.65m3／（m2·h）；配套刮泥機（φ13m，中心傳動，外緣線速＜2m／min，電機功率1.5kW）2臺、污泥泵（臥式離心泵，Q=100m3／h，H=32m，電機功率15kW）2臺。

（19）混凝反應池（2組6格）：鋼砼結構半地下式，每格尺寸2.0m×2.0m×5.0m，有效水深4.3m，水力停留時間0.5h，攪拌裝置6套（折槳式，3套1組）。

（20）混凝沉淀池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸12.0m×12.0m×6.0m，有效水深5m，分離區表面負荷＜0.70m3／（m2·h）；配套刮泥機（φ12m，中心傳動，外緣線速＜2 m／min，電機功率1.1kW）2臺、排泥泵（臥式離心泵，Q=30m3／h，H=32m，電機功率5.5 kW）2臺、混凝藥劑攪拌裝置（折槳式）4套、脫色劑加藥計量泵（機械柱塞式，Q=300L／h，p=0.5MPa，電機功率0.55kW）2臺、PAC加藥計量泵（機械柱塞式，Q=500L／h，p=0.5 MPa，電機功率0.55kW）2臺、PAM加藥計量泵（機械柱塞式，Q=150L／h，p=0.5MPa，電機功率0.3kW）2臺。

（21）臭氧氧化進水池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸13.7m×5.0m×2.7m，有效水深2.2m，有效容積150m3；配套進水泵（臥式離心泵，Q=200m3／h，H=20m，電機功率22kW）2臺。

（22）臭氧氧化池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸20.0m×8.6m×8.0m，有效水深7m，水力停留時間8h，有效容積1200m3；配套臭氧發生器（放電式，Q=3kg／h，氣源為氧氣）2臺、臭氧曝氣器（φ260mm）36套、臭氧尾氣破壞器（熱分解式）1臺。

（23）流砂濾池（2座）：鋼砼結構半地下式，尺寸5.0m×5.0m×8.0m，有效水深6m，水力停留時間2h，有效容積300m3（2座）；配套流砂過濾器（φ2450mm，單套Q=40m3／h）8套。

（24）回用水池（1座）：鋼砼結構半地下式，尺寸9.8m×8.7m×2.7m，有效水深2.2m，水力停留時間0.9h，有效容積180m3；配套提升泵（臥式離心泵，Q=200m3／h，H=40m，電機功率37kW）2臺、COD儀（量程10～500 mg／L）1臺、pH儀（量程0～14，溫度輸出）1臺、NH3-N儀（量程5～100mg／L）1臺。

（25）液堿貯罐（1個）：臥式，尺寸φ2200mm×3500mm，V=15m3；配套液堿投加泵（臥式離心泵，Q=2m3／h，H=30m，電機功率1.5kW）2臺、液堿卸料泵（立式管道泵，Q=30m3／h，H=12m，電機功率3kW）1臺。

（26）污泥濃縮池（3座）：鋼砼結構半地下式，尺寸10.0m×10.0m×7.0m，有效水深6.5m，有效容積1950m3（3座）；配套污泥濃縮機（φ10m，中心傳動，電機功率1.5kW）3臺、污泥螺桿泵（Q=10m3／h，H=60m，電機功率3kW）3臺、污泥離心脫水機（Q=15 m3／h，電機功率22kW）2臺、污泥脫水加藥裝置（V=1m3，配套攪拌機，電機功率1.1kW）2套、計量泵（機械柱塞式，Q=150L／h，p=0.5MPa，電機功率0.3kW）2臺、污泥斗（V=3m3，電機功率0.55kW）2臺。

3 污水處理裝置調試運行情況

3.1 系統調試

污水處理裝置共有2個系列（簡稱為A系列、B系列），正常生產時2個系列同時運行。

污水處理裝置于2016年3月4日開始進水試漏；4月26日一級A／O生化池B系列投入接種污泥30t，期間間斷投加營養源開始培菌，5月23日一級A／O生化池B系列再投入接種污泥50t，期間間斷投加營養源；5月18—26日一級水解池和二級水解池投放接種污泥各20t；5月30日，一級A／O生化池A系列投入接種污泥50t，A／B系列投加營養源；7月4日系統進酚氨廢水40m3／h；2016年8月污水處理裝置流程打通，產出合格出水送氣化循環水補水系統。2017年由于主生產裝置開工率不足，污水處理裝置始終保持低負荷運行。2017年9月8日，臭氧裝置01-M805B啟動（之前臭氧裝置施工未完成）并正常投運，標志著污水處理裝置全部設備投入運行。

3.2 系統72h運行考核

2018年，污水處理裝置生產趨于正常，其進水量較為穩定，污水處理裝置2個系列全部投運；2018年3月20—22日進行系統72h運行考核，主要考核系統進出水量、pH、CODCr、NH3-N等指標。具體考核情況如下。

3.2.1 系統處理水量

72h運行考核期間系統進出水量情況見圖2?？梢钥闯?，72h運行考核期間系統平均進水量161.7m3／h，接近生產裝置綜合排水量最大值168.4m3／h，完全滿足正常生產時綜合排水量129.06m3／h的要求，除去部分污泥回流水損失，產水量在140m3／h左右。

圖2 72h運行考核期間系統進出水量

3.2.2 系統主要工藝指標

3.2.2.1 系統進出水CODCr

72h運行考核期間系統進出水CODCr及其脫除率見圖3（00：00—08：00為大夜班、08：00—16：00為白班、16：00—24：00為小夜班，下同）?？梢钥闯?，72h運行考核期間系統進水CODCr最大2573mg／L、最小1821mg／L、平均2212 mg／L，產水CODCr最大57.2mg／L、最小40.62 mg／L、平均48.5mg／L，滿足系統出水CODCr≤60mg／L的指標要求，CODCr平均脫除率達97%。

圖3 72h運行考核期間進出水CODCr及其脫除率

3.2.2.2 系統產水pH

72h運行考核期間系統進出水的pH見圖4?？梢钥闯?，72h運行考核期間系統產水pH最大7.18、最小6.35，滿足回用水pH=6～9的指標要求。

圖4 72h運行考核期間系統進出水pH

3.2.2.3 系統進出水NH3-N含量及其脫除率

72h運行考核期間系統進出水NH3-N含量及其脫除率見圖5?？梢钥闯?，72h運行考核期間系統進水NH3-N含量最大195.6mg／L、最小150.4mg／L、平均171mg／L，系統產水NH3-N含量最大9.47mg／L、最小4.64mg／L、平均7.45mg／L，滿足出水NH3-N含量≤15mg／L的指標要求，NH3-N平均脫除率達95%。

圖5 72h運行考核期間系統進出水NH3-N含量及其脫除率

72h運行考核結果表明，污水處理裝置的處理能力完全能滿足生產所需，其產水量及產水的工藝指標較好，接近設計要求，能滿足主生產裝置正常生產指標要求。

4 經濟效益分析

污水處理裝置總投資約7000萬元，日常運行費用主要包括電費、藥劑費、人工成本，具體費用如下：裝置平均進水量161.7m3／h，按電價0.55元／（kW·h）、系統電機合計小時正常功率814.65kW計算，日常運行電費為2.77元／m3；系統投加藥劑有絮凝劑（PAC）、混凝劑（PAM）、脫色劑、除油劑等，藥劑費用7.82元／m3；污水崗位共12人，人均月工資以4600元計，人工成本0.46元／m3。上述3項合計運行成本11.05元／m3。污水處理裝置平均140m3／h產水進入回用水系統，按70%回收率計算，回用水可生產98m3／h的循環水補水，原水價格按4.02元／m3（中煤平朔能化原水為萬家寨引黃水，輸送距離遠，需經各級泵站加壓送至廠內，單價較高）計，年可節約補充原水費用315.168萬元（年運行時間以8000h計）。

5 結束語

實踐表明，中煤平朔能化劣質煤綜合利用示范項目污水處理裝置采用“預處理＋水解＋A／O＋水解＋A／O＋混凝沉淀＋臭氧脫色殺菌＋流砂過濾”工藝，其工藝路線選擇合理，系統對CODCr波動忍耐度強，操作方便、維護工作量小、運行穩定［3］，產水水質能滿足HG／T3923—2007的要求，投運后年可節約補充原水費用約315.168萬元，經濟效益明顯?？蔀闃I內提供一點參考和借鑒。