碎煤加压气化废水生物脱氮的影响因素分析及控制

碎煤加压气化废水生物脱氮的影响因素分析及控制

杨志杰

新疆广汇新能源有限公司，新疆 哈密 839000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，由于水质组成的复杂性和生物毒性，其生化处理系统生产运行工况极不稳定，特别是生物脱氮工艺条件要求苛刻，更易受到冲击，因此对该类废水处理的运行管理尤为重要。采取必要的措施，将生化处理进水中有毒、有害污染物的浓度控制在对生物无影响的范围之内，是实现该类废水零排放的关键，也是后续膜系统逐级浓缩减量的重要基础保障。

关键词：碎煤加压气化;废水;生物脱氮;影响因素;控制方法

引言

目前，依赖着丰富的煤炭资源，我国已经形成了全球最大的煤制天然气产能，为国内经济发展提供了必要的能源保障；但同时，煤化工产业的现阶段技术并不先进，在水污染和环境容量方面缺乏生态性，严重影响这自然环境和煤化工产业本身。本文从实际需求出发，研究效果更好、工艺稳定、成本更低的碎煤加压气化废水的处理方法。

1煤气化废水特性

煤气化废水是气化炉在制造煤气的过程中所产生的废水，主要来源于煤气洗涤、冷凝和分馏工段，其特点是污染物浓度高，溶解或悬浮粗煤气中的多种成分(无机污染物有氰化物、硫氰化物、硫化物、铵盐等;有机污染物有多环芳香族化合物、含氮、氧、硫的杂环化合物、焦油等)。这类废水总体性质表现为酚类及油分浓度高、氨氮浓度高、生化有毒及抑制性物质多等诸多特征，生化处理过程中难以实现有机污染物的完全降解，是一种典型的高浓度、高污染、有毒、难降解的工业有机废水。

2原碎煤加压气化煤气水处理工艺及存在问题

来自煤制气、粗煤气变换和粗煤气冷却的高压煤气水经冷却后，依次进入煤气水膨胀器、初焦油分离器、最终油分离器及双介质过滤器，解析气自膨胀器顶部排出，重油从初焦油分离器底部排出，轻油从初油分离器及最终油分离器顶部收出，煤气水进入煤气水贮槽。一部分煤气水用高压煤气水泵加压，分别回用于制气和粗煤气冷却、粗煤气变换工序；另一部分用低压煤气水泵送到轻油分离器，分离出的轻油作为副产品回收。轻油分离器分离出的煤气水经煤气水泵送至活性炭脱酚/氨回收装置，该工段包括双介质过滤器、脱酸气体塔、酸气洗涤塔、总解析塔、氨解析塔、氨精制塔、活性炭吸附器及焚烧炉等一系列装置，将煤气水中的酸性气体、酚、氨脱除，并回收氨，最后煤气水被送至生化装置处理后外排。实际运行中，该煤气水处理工艺存在的主要问题：（1）煤气水中的焦油、粉尘分离不彻底，经常使装置设备、管道发生堵塞，无法长周期运行；（2）煤气水回用洗涤煤气流程设计简单粗放，洗涤效果差，造成后续煤气变换及冷却装置设备、管道频繁堵塞，影响装置高负荷连续稳定运行；（3）煤气水中轻油分离回收工艺条件不合理，加之油乳化现象严重，轻油分离回收困难；（4）原设计活性炭脱酚/氨回收装置在实际运行中由于煤种变化，导致废水中酚含量低，氨浓度不稳定，原装置无法正常运行，被迫停运，造成进后续生化处理装置污水N-NH3含量严重超标；（5）原生化处理装置能力小，排放的污水指标时有超标，无法实现达标排放。

3工艺方案的选择

3.1对碎煤加压气化煤气水处理及回用流程进行升级改造

在分步处理的同时，对煤气水进行分级回用：即用最洁净的煤气水（终级煤气水）来洗涤粗煤气冷却工段的变换气，用含氨煤气水（二级煤气水）来洗涤湿煤气，用洗涤了湿煤气的煤气水来洗涤粗煤气，构成了“净水洗涤净气、脏水洗涤脏气”的煤气水逆流循环利用工艺，提高了气化炉出口及后续变换、冷却系统煤气洗涤效果，也提高了煤气水的重复利用率。

3.2水解酸化

针对碎煤加压气化技术产生的废水，酸化处理时是解决有机物的最好办法，利用水解酸化提高B/C比例，同时酸化过沉重可以抑制大分子有机物的溶解，降低水体毒性，为后续好氧生化奠定基础。

3.3好氧生物处理

适应于碎煤加压气化废水处理的好氧工艺具备处理能力强、氨氮去除效率高、耐负荷冲击及运行效果稳定等特点，较适用于高污染、难处理类废水的处理SBR及其改型工艺与传统连续活性污泥法不同，工艺采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。SBR及其改型具有流程简单、处理效果优异、运行灵活、适应水质变化能力强等优点，得到广泛应用，并成功开发一系列改进型工艺。CASS即为改进型工艺之一，CASS循环式活性污泥法是一种可变容积的活性污泥工艺，该工艺有机地将间歇操作的序批式工艺和生物选择器结合在一起。循环式活性污泥法工艺是在多个平行运行、且反应容积可变的池子中，完成生物降解和泥水分离过程。因此该工艺无需设置单独的沉淀池。在曝气阶段主要完成有机污染物的生物降解过程，结合静置和排泥过程完成生物反硝化和除磷的过程，同时完成泥水分离过程。目前，SBR及其改型工艺在义马气化厂等国内老牌碎煤加压气化装置以及近年新建的水煤浆加压气化装置中实现了较为理想的处理效果。A2O也被称之为“厌氧缺氧好氧”法，这是典型的三个步骤，通过厌氧、缺氧、好氧的顺序进行，实际上，这也是一种同步去除氮磷的工艺。在三种步骤不断的交替作用下，废水中的丝状菌不能够反之，降低了污泥膨胀率。

3.4强化脱盐工艺的预处理

预处理是超滤反渗透工艺的前处理，需要根据选择的膜参数和要求设置合适的预处理工艺，对于碎煤加压气化废水，由于废水中硬度较高、含有硅酸根离子等，在反渗透过程中由于浓缩作用会出现沉淀析出，产生结垢现象，需要根据水质情况设置如软化、过滤等前处理设施。

3.5结论与建议

(1)中试装置所在煤气化工厂运行不稳定，来水水质波动较大，成分复杂，对生化运行影响较大。后期工艺设计时要考虑冲击负荷对装置运行影响，应优选或优化上游煤气水分离、酚氨回收和污水水解酸化工艺。(2)水解酸化是生化处理的关键环节，特别是处理碎煤气化高酚、高杂环有机废水，水解酸化运行效果决定了生化出水COD的去除效果。水解酸化污泥培养驯化要提前准备，一般水解酸化污泥培养驯化时间要在6个月以上。(3)A/O运行O池DO较高，特别是二级A/O需要投加营养物才能保持住污泥浓度，控制不好会造成污泥自嗜现象，引发出水胶体CODCr偏高。在设计时适当调整A/O污水停留时间或两级A/O负荷分配，提高生化处理效果，降低臭氧深度处理负担。(4)臭氧系统是生化深度处理的关键设备，建议臭氧发生器要选择可靠，否则选型要有余量或设置备用;臭氧浓度和臭氧接触塔进水含SS量对COD去除影响较大，要从设计和经济运行角度比选优化深度处理工艺，提高生化单元出水水质。

结语

随着我国对环保事业的重视，煤加压气化废水出水水质不达标已成为我国废水处理的一大难题。鉴于这种情况，我国应在目前对煤加压气化废水处理技术应用的基础上，结合煤气废水实际情况，采用相应合理的处理方法，研究开发更经济、更有效的新技术，提高废水综合治理效果，以达到减少水资源消耗，使生态环境良性循环的目的。碎煤加压气化废水的处理，是影响水系统环境最顽固的污染问题。要彻底解决这一环境问题，就必须在经济发展和环境保护中做出平衡选择，一方面完善治理理论，研究新的工艺和技术，另一方面提高废水的综合治理和利用能力，实现可持续发展。

参考文献

［1］吴限．煤化工废水处理技术面临的问题与技术优化研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2016．

［2］姜玥．煤化工污水处理及回用［D］．西安:西北大学，2016．

［3］崔培哲．固定床煤气化高浓有机废水近零排放处理流程技术研究［D］．上海:华东理工大学，2017．