某煤制乙醇企業廢水處理工程實例

陳劍鋒， 王義安， 林華

（1.上海連成（集團）有限公司， 上海 201812； 2.桂林理工大學 廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室，廣西 桂林 541004）

河北某年產30 萬t 無水乙醇企業產生的廢水主要由廠區酯化廢水、 煮塔廢水、 冷卻水、 循環水排污水、 生活化驗和其他污水、 地面沖洗水、 初期污染雨水等構成。 該無水乙醇廢水具有有機物和懸浮物含量高等特點［1］， 若直接排放將對生態環境產生較大的影響［2］。 本工程設計采用預處理-A／O－MBRUF－RO 組合工藝處理該廢水［3］， 出水回用鍋爐循環水部分的水質指標優于GB 50335—2002《污水再生利用工程設計規范》， 剩余出水與脫鹽水站清凈排水混合后的水質也優于GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A 標準。 本工藝設計原則為所有廢水經處理后可以滿足回用的要求， 在回用水量富裕的情況下與RO 濃水混合后外排。 本案例可為同類型乙醇生產廢水的處理提供參考。

1 設計水質、 水量

根據該項目實際情況， 廢水處理工程的設計規模為1 560 m3／d。 由于廢水中含有乙酸、 乙酯以及高COD 煮塔廢水等復雜水質， 如何確保處理出水達到回用水水質要求， 成為該工程設計的一個重難點［4-5］。設計出水要求回用水水質應滿足GB 50335—2002要求； 剩余出水與脫鹽水站清凈排水混合后直接外排， 水質應滿足GB 18918—2002 中一級A 標準［6］。設計進水主要包括：

（1） 酯化裝置廢水。 最大排水量為20 m3／h， 正常排水量為10 m3／ h， 水溫為20 ℃， 余壓為0 MPa，間斷排放。 排水水質： ρ（乙醇）≤400 mg／ L， w（乙酸）≤0.3%， 另含有少量丙酸乙酯。

（2） 煮塔廢水。 一年一次， 一次30 t。 排水水質： ρ（COD）＝20 000 ～40 000 mg／L。

（3） 變換冷卻廢水。 最大排水量為6 m3／h， 正常排水量為4 m3／h， 水溫為20 ℃， 余壓為0 MPa，連續排放。

（4） 循環水排污水。 最大排水量為22 m3／h， 正常排水量為18m3／h， 水溫為30℃， 余壓為0.25 MPa，連續排放。 排水水質： ρ（COD）＝50mg／L， ρ（SS）＝20 mg／L， ρ（氨氮）＝5 mg／L， ρ（石油類）＝2 mg／L， pH ＝7.0 ～9.2。

（5） 生活化驗及其他污水。 最大排水量為3 m3／h， 正常排水量為2 m3／h， 常溫常壓， 間斷排放。 排水水質： ρ（COD） ＝300 mg／L， ρ（SS） ＝250 mg／L， ρ（氨氮）＝5 mg／L， pH ＝7。

（6） 地面沖洗水。 最大排水量為7 m3／h， 正常排水量為5 m3／h， 常溫常壓， 間斷排放。 排水水質：ρ（SS）＝440 mg／L， ρ（BOD5）＝80.6 mg／L， ρ（COD）＝500 mg／L， ρ（硫化物） ＝2 mg／L， ρ（石油類） ＝100 mg／L。

（7） 初期污染雨水。 最大排水量為10 m3／h，正常排水量為8 m3／h， 常溫常壓， 間斷排放。 排水水質： ρ（SS）＝440 mg／L， ρ（BOD5）＝80.6 mg／L，ρ（COD）＝500 mg／L， ρ（硫化物）＝2 mg／L， ρ（石油類）＝100 mg／L。

2 處理工藝

2.1 工藝流程及特點

根據本項目廢水特征， 擬采用物化預處理［7］、生 化 處 理［8］及 深 度 處 理［9］相 結 合 的 三 級 處 理 工 藝處理廢水。 物化預處理階段可降低廢水中SS 濃度， 同時去除大部分油污， 保證后續厭氧處理效果［10］。 在生化處理階段， 通過微生物的新陳代謝作用可將廢水中的有機物轉化為二氧化碳、 水、能量以及微生物自身的生命物質， 同時廢水中的氨氮在硝化菌和反硝化菌的作用下轉化為硝態氮并最終轉化為氮氣去除。 此外， MBR 膜通過機械篩分、 截留等作用進行泥水分離， 可有效地截留SS和有機物， 保證了出水的穩定性［11－13］。 深度處理階段， 超濾（UF）和反滲透（RO）可有效去除水中的微粒、 膠體、 細菌、 熱源及高分子有機物， 最終使處理過的廢水達到回用標準［14-15］。

廢水首先經粗格柵將較大的懸浮物和雜物攔截后進入集水池， 隨后由泵提升進入隔油沉淀池去除游離態的礦物油， 再經細格柵濾去水中的部分懸浮物后進入調節池， 通過曝氣調節均勻水質水量。 調節池出水由泵提升， 同時加入混凝劑后進入氣浮設備， 去除水中的大部分油類、 懸浮物， 然后進入A／O－MBR 反應池［16-17］。 MBR 池出水由泵抽至消毒水池消毒。 消毒池出水其中一部分直接外排， 另一部分水由泵抽送至保安過濾池， 再經過UF 和RO裝置處理， 最后產水進入回用水池供回用［18］。 氣浮池浮渣和MBR 池剩余污泥排至污泥池， 隨后通過污泥泵提升至帶式壓濾機脫水干化， 干化后的泥餅外運處置， 濾液回流至集水池。 事故排水狀態下，集水池水進入事故池， 待排水正常后， 再由泵自事故池分批提升至廢水處理系統。 具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

2.2 主要處理構筑物及設備

2.2.1 預處理段

（1） 集水池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為4 200 mm×4 000 mm×5 500 mm， 有效容積為80 m3， 停留時間為1.0 h。 配潛污泵2 臺（1 用1 備）， 流量為65 m3／h， 揚程為15 m， 功率為5.50 kW； 并配置帶遠傳功能的液位計1 套。

集水池內設格柵井， 井內放置1 臺機械粗格柵， 柵隙為20 mm， 功率為0.75 kW。

（2） 事故池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為21 000 mm×15 000 mm×5 500 mm， 有效容積1 560 m3， 停留時間為24 h。 配潛污泵2 臺（1 用1 備）， 流量為65 m3／h， 揚程為15 m， 功率為5.50 kW； 并配置帶遠傳功能的液位計1 套。

（3） 隔油沉淀池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為4 000 mm×2 600 mm×5 500 mm， 有效容積為50 m3，停留時間為0.8 h。 配套排油裝置1 套。

（4） 調節池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為21 000 mm × 15 000 mm × 5 500 mm， 有效容積為1 560 m3， 停留時間為24 h。 配潛污泵2 臺（1 用1 備），流量為65 m3／h， 揚程為15 m， 功率為5.50 kW；內設空氣攪拌裝置1 套， 氣源由預曝氣風機提供，預曝氣風機1 臺， 風量為21 m3／min， 風壓為0.05 MPa， 功率為30.00 kW； 并配有帶遠傳功能的液位計1 套， pH／ORP 在線監測儀1 套， COD 在線監測儀1 套， NH3－N 在線監測儀1 套。

調節池內設格柵井， 井內放置1 臺機械細格柵， 柵隙為5 mm， 功率為0.75 kW。

（5） 渦凹氣浮設備。 1 臺， 碳鋼材質， 處理量為65 m3／h， 尺寸為6 500 mm × 2 200 mm × 1 500 mm， 功率為2.20 kW。

（6） PAC 加藥裝置。 1 套， 其中包含溶液箱1只， 容積為1 m3， 材質PE； 計量泵2 臺（1 用1備）， 流量為0 ～50 L／h， 泵頭材質PVC； 攪拌機1臺， 功率為0.55 kW， 材質SS304。

（7） PAM 加藥裝置。 1 套。 包含溶液箱1 只，容積為1 m3， 材質為PE； 計量泵2 臺（1 用1 備），流量為0 ～170 L／h， 泵頭材質PVC； 攪拌機1 臺，功率為0.55 kW， 材質SS304。

2.2.2 生化處理段

（1） A 池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為10 000 mm×5 200 mm×5 500 mm， 有效容積為260 m3， 停留時間為4 h。 配套穿孔曝氣管， 主管DN 100 mm，支管DN 50 mm， 材質UPVC。

（2） O 池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為13 000 mm ×10 000 mm ×5 500 mm， 有效容積為520 m3，停留時間為8 h。 配套橡膠膜盤型微孔曝氣器550只， φ 215 mm， 曝氣膜片采用三元乙丙膠， 配曝氣管路； 組合填料340 m3， φ 150 mm， 材質PE，配填料支架。

（3） MBR 反應池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為13 500 mm × 4 000 mm × 5 500 mm， 有效容積為162 m3， 停留時間為2.5 h。 配套MBR 膜組件8 組，單組尺寸為1 700 mm×905 mm×2 500 mm， 每組膜數量18 片， 單片膜面積為30 m2， 型號FMBR－30G， PVDF 材質， 砼式結構； 自吸泵2 臺（1 用1備）， 流量為80 m3／h， 揚程為35 m， 功率為15.00 kW； 污泥泵2 臺（1 用1 備）， 流量為80 m3／h， 揚程為18 m， 功率為7.50 kW； 在線清洗裝置1 套，其中包含清洗水池1 座， 有效容積為9 m3， 平面尺寸為2.5 m×1.5 m， 鋼砼結構， 清洗泵1 臺， 流量為9 m3／h， 揚程為20 m， 功率為2.20 kW； 曝氣風機（O 池及MBR 反應池使用）， 3 臺（2 用1 備）， 風量 為21 m3／min， 風 壓 為0.05 MPa， 功 率 為30.00 kW； NaClO 加藥裝置（與超濾裝置共用）1 套， 其中包含溶液箱1 只， 容積為1 m3， 材質PE， 加藥泵2臺（1 用1 備）， 流量為0 ～50 L／h， 泵頭材質PVC，攪拌機1 臺， 功率為0.55 kW， 材質SS304。 配套溫度、 壓力、 液位等在線和就地顯示儀表。

（4） 消毒水池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為4 000 mm×2 200 mm×5 500 mm， 有效容積為35 m3， 停留時間為0.5 h。 配套潛污泵2 臺（1 用1 備）， 流量為65 m3／h， 揚程為35 m， 功率為15.00 kW； 二氧化氯發生器1 套， 產氣量為500 g／L， 化學法。 配套壓力、 液位、 流量、 pH／ORP、 余氯、 色度、 濁度等在線和就地顯示儀表。

2.2.3 廢水回用段

（1） 保安過濾器。 采用φ 500 mm 精密過濾器， 1 臺， 本體材質為SS304， 內裝26 支精度為50 μm 的濾芯。 過濾器外部配套閥門及本體管道。

（2） UF 裝置。 1 套， 尺寸為2 700 mm×2 100 mm × 2 600 mm， 處理水量為65 m3／h， 產水量為58.5 m3／h。 膜元件型號為FUF－8060， PVDF 材質，外壓式， 24 支， 52 m2／支， 膜通量為52 L／（m2·h）。配套UF 反洗水泵（離心泵）1 臺， 流量為130 m3／h，揚程為30 m， 功率為18.50 kW； 在線清洗裝置1套， 其中清洗水箱1 只， 有效容積為2 m3， 清洗泵1 臺， 流量為50 m3／h， 揚程為20 m， φ 500 mm清洗保安過濾器1 臺， 本體材質為SS304， 內裝18 支精度為50 μm 的濾芯。

（3） UF 產水池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為6 500 mm×4 000 mm×5 500 mm， 有效容積為130 m3， 停留時間為2 h。 配套RO 水泵（離心泵）2 臺（1 用1備）， 流 量 為58.5 m3／h， 揚 程 為40 m， 功 率 為15.00 kW。

（4） RO 裝置。 1 套。 低壓抗污染膜采用BW30－400 芳香族聚酰胺膜元件， 膜外殼采用玻璃鋼膜殼， 7 ∶3 排列， 一級2 段。 RO 裝置基礎參數： 進水流量為58.5 m3／h， 淡水產量為44 m3／h， 回收率為70%， 平均膜通量為21 L／（m2·h）， 工作壓力為1.2 MPa， 設計進水溫度為15 ℃， 膜設計使用年限為3年。 其他配套設備： 高壓泵1 臺， 型號SLG65－70－2， 流量為58.5 m3／h， 揚程為140 m， 功率為37.00 kW； RO 反洗水泵（離心泵）1 臺， 流量為60 m3／h，揚程為30 m， 功率為11.00 kW； 阻垢劑加藥裝置1 套， 其中包含200 L 溶液箱1 只， 材質PE， 計量泵2 臺（1 用1 備）， 流量為0 ～7.6 L／h， 泵頭材質PVC。

（5） RO 產水池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為6 500 mm × 4 000 mm × 5 500 mm， 有效容積為130 m3，停留時間為2 h。 配套回用水泵2 臺（1 用1 備），流量為44 m3／h， 揚程為25 m， 功率為5.50 kW。

（6） RO 濃水池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為4 000 mm×4 000 mm×5 500 mm， 有效容積為80 m3， 停留時間為4 h。 配套排水泵2 臺（1 用1 備），流量為21 m3／h， 揚程為22 m， 功率為4.00 kW。

（7） RO 清洗裝置。 1 套， 其中包含清洗溶液箱1 只， 碳鋼襯膠， 有效容積為4 m3， 立式圓筒；清水泵（離心泵）1 臺， 流量為44 m3／h， 揚程為36 m， 功率為11.00 kW； 清洗保安過濾器（φ 500 mm精密過濾器）1 臺， 本體材質為SS304， 內裝18 支精度為50 μm 的濾芯。

2.2.4 污泥處理段

（1） 污油收集池。 1 座， 鋼砼材質， 尺寸為φ 7 000 mm × 4 000 mm， 有效容積為65 m3。

（2） 污泥濃縮池。 1 座， 圓形， 鋼砼材質， 有效容積為120 m3。 配套刮泥機1 臺， 線速度為1 ～2 m／min， 功率為0.55 kW， 碳鋼材質； 污泥泵（螺桿泵） 2 臺（1 用1 備）， 流量為8 m3／h， 揚程為60 m， 功率為3.00 kW； 脫水機加藥裝置1 套， 其中溶液箱2 只（1 用1 備）， 容積為1 m3， 材質PP， 計量泵2 臺（1 用1 備）， 流量為0 ～170 L／h， 泵頭材質PVC， 攪拌機1 臺， 功率為0.55 kW， 材質SS304。

（3） 帶式壓濾機。 1 臺， 帶寬為1 500 mm， 處理能力為6 ～10 m3／h， 功率為2.20 kW， 配套空壓機及沖洗水泵。

3 處理效果

該工程于2017 年6 月建成并投入運行， 整個處理工藝運行穩定， 出水水質良好， 現場檢測結果表明， 經該工藝處理后回用水水質達到GB 50335—2002 中相關要求； 剩余出水與脫鹽水站清凈排水混合后的水質滿足GB 18918—2002 中一級A 標準。 實測處理出水水質數據見表1。

表1 實測回用水與外排水水質Tab. 1 Actual measured reuse water and outer drainage quality

4 運行成本

本項目每噸水處理成本為2.07 元， 包括人工費、 電費、 氣費及藥劑費（磷酸鹽、 純堿、 PAC、PAM、 有機脫色劑、 濃硫酸、 燒堿、 還原劑、 非氧化消毒劑、 阻垢劑）。

5 結語

該工程實踐表明， 采用“混凝氣浮”與“A／OMBR＋UF－RO”組合工藝處理煤制乙醇廢水， 經A／O－MBR 生物反應系統處理后， 出水與脫鹽水站清凈排水混合后的水質優于GB 18918—2002 中一級A 標準； 繼續經UF-RO 深度處理后， 產水水質達到GB 50335—2002 中相關要求。 廢水經該組合工藝處理后， 出水不僅可滿足達標排放的要求， 同時也能將其進一步處理后進行回用， 具有一定的借鑒意義。