MBR在煤化工污水處理中的可行性探究

1、MBR在煤化工污水處理中的可行性探究作為一個(gè)富煤少油的國(guó)家，煤化工的開(kāi)展對(duì)我國(guó)能源構(gòu)成和能源平安都有著重大意義。但是煤化工是一個(gè)高耗水行業(yè)，而我國(guó)的煤炭資源又主要分布在西北和北方這些水資源極度缺乏的地區(qū)。煤化工開(kāi)展的戰(zhàn)略不可或缺性和煤炭資源分布區(qū)域水資源的稀缺性之間的矛盾成為了影響煤化工行業(yè)整體開(kāi)展的重要約束。污水的有效治理與最大限度回用成為緩解這一矛盾的重要手段，開(kāi)展并應(yīng)用與現(xiàn)代煤化工相匹配的污水治理與回用技術(shù)顯得意義重大。1 煤化工排水系統(tǒng)與污水特性無(wú)論是傳統(tǒng)的煤制合成氨、煤制甲醇工業(yè)還是新興的以消費(fèi)石油替代品為目的的煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣工業(yè)，其所排放污水主要為氣化污水、合成污水和

2、產(chǎn)品精制污水。因氣化工藝和煤種等的不同，各種氣化污水水質(zhì)差異較大，但根本屬于高含油、高氨氮、高COD、高TDS、難生物降解廢水。合成污水和產(chǎn)品精制污水因合成物及合成反響的不同水質(zhì)也存在較大差異。對(duì)于費(fèi)托合成污水，其COD、油、氨氮含量均很高、污染成分復(fù)雜、可生化性較差。對(duì)于甲醇合成與精制等污水，其污染物種類(lèi)相對(duì)單一，盡管COD和油含量也較高，但可生化性較好。一般來(lái)說(shuō)，煤化工污水的主要特點(diǎn)是污染物種類(lèi)復(fù)雜、難生物降解組分較多、高含油、高氨氮、高COD、高TDS等。2 煤化工污水和回用水處理技術(shù)現(xiàn)狀煤化工污水處理的主要目的是要到達(dá)污水排放和再生回用要求，經(jīng)處理的再生水一般作為循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)給水回用，部

3、分作為鍋爐補(bǔ)給水和廠區(qū)雜用水回用。隨著煤化工工程的陸續(xù)建立，煤化工污水處理與回用水技術(shù)也隨之不斷開(kāi)展。目前，煤化工污水處理主要采用預(yù)處理+生化處理方法。預(yù)處理主要包括酚氨回收、破氰和除油等，其中酚氨回收和破氰處理一般在消費(fèi)裝置區(qū)完成使其特征指標(biāo)滿(mǎn)足進(jìn)入集中污水處理站水質(zhì)要求。污水處理站內(nèi)的預(yù)處理設(shè)施主要為除油裝置，常用的有隔油沉淀和氣浮等設(shè)施。生化處理主要是去除氨氮和有機(jī)污染物，一般采用好氧活性污泥處理工藝，常用的有A/O及其各種變種工藝、SBR工藝和生物接觸氧化工藝等。為進(jìn)步污水的B/C比或應(yīng)對(duì)較高的有機(jī)污染物濃度，一般會(huì)在好氧生物處理之前設(shè)置水解酸化、厭氧等工藝。常規(guī)的預(yù)處理+生化處理一般

4、只能到達(dá)排放水質(zhì)要求，為到達(dá)回用目的，一般在常規(guī)生化處理之后設(shè)置回用水處理工序以進(jìn)一步降低污染物濃度。當(dāng)回用要求不太高時(shí)采用簡(jiǎn)單的過(guò)濾工序即可，但當(dāng)回用水質(zhì)要求較高時(shí)，一般需要設(shè)置有針對(duì)性的處理工序。對(duì)于有機(jī)污染物不合格的污水一般設(shè)置深度生化處理工藝(常用的如BAF、O3-BAC、ACT等)，對(duì)于含鹽量較高的污水那么會(huì)設(shè)置除鹽設(shè)施(如膜別離、離子交換等)。由于煤化工污水一般具有含鹽量高和含有較多難生物降解組分，回用水處理大多采用深度生化處理+膜別離的組合工藝。3 MBR工藝技術(shù)及其應(yīng)用可行性分析M B R 工藝技術(shù)即膜生物反響器( m e m b r a n ebioreactor，MBR)技

5、術(shù)始創(chuàng)于20世紀(jì)60年代末期，典型的MBR工藝是將傳統(tǒng)活性污泥處理工藝與膜別離工藝相結(jié)合，其中活性污泥處理用于污染組分的生物降解，膜別離用于截留微生物。由于有效膜孔徑可以到達(dá)0.1m以下，MBR可以產(chǎn)生遠(yuǎn)優(yōu)于澄清過(guò)濾的高品質(zhì)出水，同時(shí)微生物的有效截留使得反響器內(nèi)微生物量得以顯著進(jìn)步并因此而減小反響器容積、進(jìn)步活性污泥工藝生物處理的效率。長(zhǎng)期以來(lái)，MBR工藝被普遍認(rèn)為是一項(xiàng)可以表達(dá)現(xiàn)代化科技程度的先進(jìn)技術(shù)，其在市政污水處理與再生回用領(lǐng)域和其他工業(yè)污水處理領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，但在煤化工污水處理與回用方面領(lǐng)域的應(yīng)用卻非常少。通過(guò)對(duì)MBR工藝技術(shù)特點(diǎn)與煤化工污水特點(diǎn)的比較研究，MBR處理工藝與煤化工污

6、水有著很好的適應(yīng)性和優(yōu)越性，該工藝可以高效地去除煤化工污水的主要污染物氨氮和COD，同時(shí)可以產(chǎn)生高品質(zhì)可直接回用的再生水。MBR適用于煤化工污水處理與回用的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)MBR的膜別離實(shí)現(xiàn)了生物反響池的微生物截留和濃縮，可以使生物反響池內(nèi)生物濃度很高，理論上這一濃度可以無(wú)限高，但受能耗和膜污染風(fēng)險(xiǎn)的控制一般會(huì)將生物濃度控制在合理程度。在市政污水處理領(lǐng)域MBR可在生物反響池污泥濃度12000mg/L良好運(yùn)行，在工業(yè)污水處理領(lǐng)域也可到達(dá)8000mg/L，這與傳統(tǒng)活性污泥工藝通常25003500mg/L的污泥濃度相比進(jìn)步了23倍，從而大大減小生物反響池容積、減小占地面積并進(jìn)步污染物去除效率，因此

7、MBR可以較好地適應(yīng)煤化工污水COD含量高的特點(diǎn);(2)MBR替代了傳統(tǒng)的二沉池，實(shí)現(xiàn)了污泥齡(SRT)與水力停留時(shí)間(HRT)的別離，這使得傳統(tǒng)活性污泥法中常常出現(xiàn)的污泥膨脹問(wèn)題得到有效抑制，生物反響池的運(yùn)行控制更加靈敏。同時(shí)，對(duì)二沉池的替代可進(jìn)一步減小占地面積;(3)膜別離及長(zhǎng)污泥齡使得煤化工污水中的大分子難降解成分在生物反響池內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大進(jìn)步了難降解有機(jī)物的降解效率，同時(shí)這也有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌的截留、生長(zhǎng)和繁殖，使得硝化效率得以進(jìn)步，與傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝相比可以實(shí)現(xiàn)更好的脫氮效果，這使得MBR對(duì)于氨氮含量高、難降解的煤化工污水來(lái)說(shuō)是較好的選擇;(4)膜過(guò)濾使得MBR

8、工藝比傳統(tǒng)活性污泥法抗沖擊負(fù)荷性能更好，產(chǎn)水質(zhì)量更高且穩(wěn)定，MBR產(chǎn)品水SS和濁度幾近于零，可以直接回用，這適應(yīng)于煤化工污水容易波動(dòng)和回用要求高的特點(diǎn);(5)較長(zhǎng)的污泥齡可以促進(jìn)污泥的好氧消化，污泥產(chǎn)率下降，因此MBR工藝剩余污泥產(chǎn)量較低，理論上可以實(shí)現(xiàn)污泥的零排放，在實(shí)際運(yùn)行中排泥周期甚至可以長(zhǎng)達(dá)半年之久，因此MBR可以更好地適應(yīng)日益進(jìn)步的污泥減量化要求;(6)MBR工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，其較高的自動(dòng)化程度更適宜于現(xiàn)代化工企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理形式;(7)由于已有的煤化工污水處理工藝根本都采用活性污泥法，因此MBR工藝可以更好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有污水處理裝置的提標(biāo)改造，并在不增加生物反

9、響池池容的條件下顯著進(jìn)步污水處理才能。和其他污水處理工藝一樣，MBR工藝也有其固有缺點(diǎn)：(1)較長(zhǎng)的污泥齡不利于生物除磷的實(shí)現(xiàn)，這對(duì)市政污水處理來(lái)說(shuō)是一個(gè)較大缺點(diǎn)，但對(duì)于煤化工污水，由于其污水特性本身磷含量極低，這個(gè)缺點(diǎn)根本可以忽略，但當(dāng)污水中確實(shí)出現(xiàn)磷超標(biāo)時(shí)需要額外配置化學(xué)除磷設(shè)施;(2)MBR工藝對(duì)原水水質(zhì)有較高要求，其固體顆粒含量、纖維物絲狀物含量、油含量等均需控制在一定范圍，對(duì)于煤化工污水其固體顆粒和纖維物絲狀物含量較低且主要來(lái)自于生活污水、初期雨水和地面沖洗水，通過(guò)設(shè)置超細(xì)格柵可以實(shí)現(xiàn)有效的膜前保護(hù)，煤化工污水含油量高，因此膜前預(yù)處理需要實(shí)現(xiàn)有效的除油，一般通過(guò)隔油和兩級(jí)氣浮工藝可以

10、到達(dá)要求的效果;(3)由于MBR工藝的有機(jī)污染物和氨氮去除主要依靠生物反響池來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于某些極難處理的污染物或濃度極高的煤化工污水單獨(dú)的MBR工藝并不能到達(dá)回用目的，還需要組合其他水處理工藝(如O3/BAC工藝);(4)MBR工藝對(duì)于鹽分去除并不是一個(gè)有效的方法，對(duì)于含鹽污水來(lái)說(shuō)，需在其后設(shè)置脫鹽設(shè)施(如RO工藝)，但當(dāng)MBR工藝使用超濾級(jí)膜組件時(shí)，那么可能省去脫鹽設(shè)施前復(fù)雜的預(yù)處理工序，使得生化池出水可以直接進(jìn)入脫鹽設(shè)施進(jìn)展脫鹽;(5)相比于傳統(tǒng)工藝，MBR能耗高、造價(jià)高、運(yùn)行本錢(qián)高，這是制約其應(yīng)用的主要因素，但是MBR極大地減小了占地面積、節(jié)省了土建費(fèi)用以及傳統(tǒng)工藝中復(fù)雜流程設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)用

11、，加上膜組件的國(guó)產(chǎn)化和逐漸降低的價(jià)格，其基建投資正在顯示綜合優(yōu)勢(shì);(6)不可防止的膜污染和膜組件使用壽命也是制約其應(yīng)用的重要因素。綜合以上分析，MBR工藝與傳統(tǒng)處理工藝相比對(duì)煤化工污水的處理與回用具有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于低含鹽易處理有機(jī)污水可以采用預(yù)處理+MBR工藝，對(duì)于高含鹽易處理有機(jī)污水可以采用預(yù)處理+MBR+RO工藝，對(duì)于低含鹽難降解有機(jī)污水可以采用預(yù)處理+水解酸化或厭氧+MBR+O3/BAC工藝，對(duì)于高含鹽難降解有機(jī)污水可以采用預(yù)處理+水解酸化或厭氧+MBR+ACT+RO工藝。4 MBR用于煤化工污水處理的工程實(shí)例與實(shí)驗(yàn)研究目前，已有一些MBR工藝應(yīng)用于煤化工污水的實(shí)際工程案例和實(shí)驗(yàn)研究，證

12、明MBR工藝用于煤化工污水處理具有很好的效果。4.1 河南煤化工合成氨工程河南煤化工合成氨工程采用預(yù)處理+A/O/MBR工藝處理來(lái)自氣化、脫硫、甲醇、尿素等裝置的高濃度有機(jī)污水。廢水經(jīng)過(guò)格柵攔截和氣浮預(yù)處理后依次進(jìn)入?yún)捬醭?、好氧池進(jìn)展氨氮和COD去除，然后進(jìn)入MBR池實(shí)現(xiàn)泥水別離。4.2 天脊中化高平化工合成氨工程天脊中化高平化工合成氨工程采用氣浮預(yù)處理+A/O+MBR工藝處理來(lái)自氣化、甲醇、脫硫等裝置的高濃度有機(jī)污水并回用于循環(huán)冷卻水場(chǎng)。廢水經(jīng)過(guò)格柵攔截和氣浮預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬醭?A池)進(jìn)展水解酸化以及反硝化反響，然后進(jìn)入好氧池(O池)進(jìn)展硝化反響。經(jīng)過(guò)A/O處理后的廢水有機(jī)物和氨氮得以有效去

13、除，然后通過(guò)MBR超濾膜實(shí)現(xiàn)泥水別離。其處理進(jìn)出水水質(zhì)如表2所示。從2006年開(kāi)始運(yùn)行至今，處理出水穩(wěn)定，對(duì)COD、NH3-N和SS的去除率分別到達(dá)94.6%、95.6%和93%，產(chǎn)水符合再生水回用于循環(huán)冷卻水場(chǎng)的要求。4.3 山西晉豐煤化工合成氨工程山西晉豐煤化工公司采用預(yù)處理+A/O/MBR工藝處理煤制合成氨和尿素有機(jī)污水以及生活污水，處理效果理想，出水指標(biāo)完全符合?合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 13458-2001)?。污水經(jīng)過(guò)兩級(jí)格柵去除大塊懸浮物后，采用混凝氣浮法去除污水中含有的高濃度石油類(lèi)。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污水進(jìn)入A/O/MBR生化處理單元進(jìn)展生物脫氮和有機(jī)物去除，其氨氮去除率到達(dá)

14、93%以上，有效地解決了高濃度氨氮污染問(wèn)題。4.4 大唐多倫煤制烯烴工程大唐多倫煤制烯烴工程采用分質(zhì)預(yù)處理+A/O/MBR+深度處理工藝處理來(lái)自甲醇、MTP等裝置的低含鹽高濃度有機(jī)污水，其處理工藝流程如圖4所示。同時(shí)采用預(yù)處理+A/O/MBR+RO+NF工藝處理來(lái)自氣化、脫硫等裝置的高含鹽高濃度有機(jī)污水。產(chǎn)水作為循環(huán)冷卻水場(chǎng)補(bǔ)充水回用。4.5 氣化污水深度處理實(shí)驗(yàn)研究賈銀川等采用水解酸化+MBR工藝做了處理難降解低濃度煤化工污水的實(shí)驗(yàn)研究，原水取自某企業(yè)氣化廠消費(fèi)污水處理場(chǎng)出水，利用該工藝實(shí)現(xiàn)了較好的深度處理效果。該實(shí)驗(yàn)裝置主要由水解反響器和MBR反響器組成，采用三菱公司消費(fèi)的聚乙烯中空纖維簾

15、式膜組件，膜孔徑0.4m。經(jīng)過(guò)水解酸化反響原水的B/C值由0.11升高至0.31，極大地進(jìn)步了污水的可生化性，然后經(jīng)過(guò)MBR反響器的曝氣生化和膜別離實(shí)現(xiàn)了較好的氨氮、COD和濁度的去除效果。4.6 煤制烯烴污水深度處理實(shí)驗(yàn)研究公彥欣等采用MBR+RO工藝做了寧煤煤制烯烴及煤制甲醇綜合污水處理場(chǎng)排水深度處理的實(shí)驗(yàn)研究，原水采自寧煤集團(tuán)煤化工綜合廢水處理廠進(jìn)水，該廠原水分別為來(lái)自寧煤集團(tuán)下屬煤制烯烴廠、煤制甲醇廠、煤制聚甲醛廠和煤制二甲醚廠的二級(jí)處理排放水。該綜合廢水處理廠采用BAF-砂濾-UF-RO的處理工藝，但膜處理前的預(yù)處理效果欠佳，膜污堵頻繁。實(shí)驗(yàn)采用MBR-RO組合工藝對(duì)污染物去除、膜性

16、能和膜運(yùn)行參數(shù)進(jìn)展研究，證明MBR工藝是可行的技術(shù)選擇。該實(shí)驗(yàn)裝置主要由好氧-膜生物反響器和反浸透裝置組成。在好氧-MBR工段很好地實(shí)現(xiàn)了COD、氨氮、濁度和SS的去除，各種污染物去除率分別到達(dá)72.6%、85.4%、98.8%和100%。而在RO工段那么去除了大部分硬度和鹽度，同時(shí)也進(jìn)一步降低了出水COD濃度。經(jīng)過(guò)MBR和RO處理后的出水到達(dá)回用于循環(huán)冷卻水場(chǎng)的再生回用水指標(biāo)，且運(yùn)行穩(wěn)定。5 結(jié)語(yǔ)(1)綜上所述，采用MBR技術(shù)為核心工藝處理煤化工廢水是一種可行且高效的方法，對(duì)于與水資源狀況存在顯著矛盾的煤化工行業(yè)來(lái)說(shuō)，其高品質(zhì)的產(chǎn)水能很好地滿(mǎn)足煤化工對(duì)污水再生回用、污水零排放的要求。MBR模塊化的設(shè)計(jì)、全自動(dòng)化的操作更能表達(dá)現(xiàn)代科技開(kāi)展的技術(shù)程度，更能滿(mǎn)足現(xiàn)代新型煤化工企業(yè)的管理要求。(2)MBR工藝與傳統(tǒng)活性污泥法工藝及其各種變種工藝相比具有很多優(yōu)勢(shì)，但單獨(dú)的MBR工藝并不能完全滿(mǎn)足煤化工復(fù)雜的水質(zhì)和日益進(jìn)步且多樣化的回用水質(zhì)要求，