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[摘 要]通过对新建污水处理系统改造工艺、处理前后水质、水量对比分析，总结污水处理系统扩能改造运行实施效果，以利于煤化工行业污水处理新技术、新工艺的推广及应用。
[关键词]煤化工 污水处理 运行现状 扩能改造 实施效果
中图分类号：X784 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0338-02
前言
我国是一个多煤少油的国家，基本有机原料—低碳烯烃主要由石油来生产，近年来我国乙烯的消费量猛增，但是目前制取乙烯、丙烯的传统路线是通过石脑油裂解，这种路线的缺点是过分依赖石油。由于我国自产原油大都属于重质油，因此每年都要从海湾地区进口大量的石脑油用作制烯烃的原料。在这样的大背景下，神华集团依托丰富、优质的煤炭资源，利用现代石油化工技术，以煤代油发展煤制烯烃产业，有利于缓解石脑油供应紧张局面，对于有效解决制约我国石化工业发展的乙烯原料瓶颈，开创煤转化替代石油制烯烃的新路径具有重要意义。
1、扩能改造项目基本情况
神华包头煤制烯烃项目污水处理装置设计处理规模为400t/h，设计来水COD浓度为600mg/L，原处理工艺采用预处理+A/O（前置反硝化）+曝气生物滤池（BAF）处理工艺。污水处理场由废水预处理、A/O生化处理、曝气生物滤池（BAF）、污泥处理、曝气设施、加药等系统组成。污水处理流程见图1：
以上污水装置实际运行过程中，来水水量和水质远超过设计值，导致生产装置排水水量受到限制；来水有机负荷持续超标，事故池液位居高不下，存在严重的环保隐患。为缓解污水处理系统的压力，将各装置初期雨水池清净废水排至废水池，目前废水外排COD总量较大，超过环保设计要求控制标准。此外，来水水温、硬度、pH等指标超过原设计值，导致O池曝气管结垢，影响生化系统的正常运行。
为保证装置完全有能力处理生产装置正常排放污水量，同时解决O池曝气管结垢问题，需对污水处理系统进行扩建，并增加预处理设施以去除来水硬度。
2、采取的措施或办法
针对污水处理场存在的问题，我们经过反复试验，最终提出了以下技术改造方案。扩建一套300m3/h的生化处理系统，设计进水指标COD為1300mg/L、氨氮为250mg/L，出水COD为60mg/L以下，氨氮为10mg/L以下，年安全平稳运行8000小时以上。
此次扩建在原有系统工艺基础上进行了适当的优化改进：
2.1 由于气化污水硬度较高，增设除硬度系统，即石灰配制及投加系统、Na2CO3、H2SO4投加系统，同时增设该污泥处理系统。
2.2 初沉池前增加混凝反应池及加药系统，以增强沉淀效果。
2.3 O池的曝气器采用旋流曝气器（一种专利产品），属于水力剪切型曝气器，该曝气器的特点有：氧转移效率高，集空气和水旋混、多次粉碎、切割于一体，充分利用了动能，不需额外增加搅拌动力，搅拌性能好，因此产生的气泡均匀，氧利用率可高达25%；服务面积大，曝气器筒体属大孔通道，再配合旋混结构，服务面积可达5～7m2/个；大孔通道曝气器，无堵塞；运行时产生强大搅动，水流强力循环遍布水池，池底无污泥堆积。
2.4 改造工艺原理
2.4.1 有机物的分解：
活性污泥微生物以污水中的各种有机物作为营养，在有氧的条件下，进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需的能量，并最终形成二氧化碳和水等简单无机物。
有机物氧化分解如下式所示：
2.4.2 脱氮原理
生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。
2.4.3 石灰软化
水中硬度是由Ca2+、Mg2+以碳酸盐和非碳酸盐形式存在于水中所形成的，可表现为碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度（永久硬度）。碳酸盐硬度是由构成硬度的阳离子与构成碱度的阴离子如HCO3-、CO32-及OH-所组成，非碳酸盐硬度则是由构成硬度的阳离子与其它阴离子如SO42-、Cl-或NO3-等所组成。
投加石灰乳液，与碳酸盐硬度和其它暂时硬度发生反应，形成沉淀物被除去。
2.4.4 混凝反应
聚合硫酸铁水解后产生大量的（Fe4（H206））.（Fe2（H20）6），（Fe（OH）2）等多核络合物，通过吸附、架桥、交联等作用，使水中的胶体微粒凝聚在一起。生成的絮体大，沉降快。与此同时还发生了一系列的物理化学变化，具有很强的电力中和能力，从而降低了胶团的电位，破坏了胶团的稳定性，促使胶粒快速凝聚沉淀。
2.4.5 助凝反应
采用阴离子型聚丙烯酰胺（APAM），其分子量一般在1000～1600万左右。对于悬浮颗粒较粗、浓度较高、粒子带阳电荷，且pH值呈中性或碱性的污水，由于阴离子聚丙烯酰胺分子链中含有一定量的极性基，能吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥形成大的絮凝体，因此它能够加速悬浮液中的粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清、促进过滤等效果。
3、改造后取得的效果和经验
3.1 改造后运行效果
根据表1和表2可以看出：改造后外排废水COD、氨氮的水质指标及合格率都有了很大改善，这从根本上解决了外排污水达标排放的问题，同时降低了COD和氨氮的排放总量。
3.2 改造效果分析
2012年上半年每月平均外排废水量382861m3，平均531.7m3/h，COD值84.89mg/l，氨氮值7.84mg/l，假设以上废水全部进入污水处理厂进行处理，那么平均每月排放COD量32.5吨，氨氮3吨。
2013年上半年每月平均外排废水量386750m3，平均538m3/h，COD值44.08mg/l，氨氮值2.28mg/l，合计每月排放COD量17.04吨，氨氮量0.88吨。
2013年上半年污水处理系统脱硬设施未能实现投运的目标，因此外排水量相对较大，但即使如此，仍达到了COD减排185.5吨/年、氨氮减排57.84吨/年的较高水平。2013年7月，污水处理系统脱硬系统投入使用后，可进一步提高污水处理装置的污染物去除效率，进而使全部处理后生产废水送回用水装置进行处理。
[关键词]煤化工 污水处理 运行现状 扩能改造 实施效果
中图分类号：X784 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0338-02
前言
我国是一个多煤少油的国家，基本有机原料—低碳烯烃主要由石油来生产，近年来我国乙烯的消费量猛增，但是目前制取乙烯、丙烯的传统路线是通过石脑油裂解，这种路线的缺点是过分依赖石油。由于我国自产原油大都属于重质油，因此每年都要从海湾地区进口大量的石脑油用作制烯烃的原料。在这样的大背景下，神华集团依托丰富、优质的煤炭资源，利用现代石油化工技术，以煤代油发展煤制烯烃产业，有利于缓解石脑油供应紧张局面，对于有效解决制约我国石化工业发展的乙烯原料瓶颈，开创煤转化替代石油制烯烃的新路径具有重要意义。
1、扩能改造项目基本情况
神华包头煤制烯烃项目污水处理装置设计处理规模为400t/h，设计来水COD浓度为600mg/L，原处理工艺采用预处理+A/O（前置反硝化）+曝气生物滤池（BAF）处理工艺。污水处理场由废水预处理、A/O生化处理、曝气生物滤池（BAF）、污泥处理、曝气设施、加药等系统组成。污水处理流程见图1：
以上污水装置实际运行过程中，来水水量和水质远超过设计值，导致生产装置排水水量受到限制；来水有机负荷持续超标，事故池液位居高不下，存在严重的环保隐患。为缓解污水处理系统的压力，将各装置初期雨水池清净废水排至废水池，目前废水外排COD总量较大，超过环保设计要求控制标准。此外，来水水温、硬度、pH等指标超过原设计值，导致O池曝气管结垢，影响生化系统的正常运行。
为保证装置完全有能力处理生产装置正常排放污水量，同时解决O池曝气管结垢问题，需对污水处理系统进行扩建，并增加预处理设施以去除来水硬度。
2、采取的措施或办法
针对污水处理场存在的问题，我们经过反复试验，最终提出了以下技术改造方案。扩建一套300m3/h的生化处理系统，设计进水指标COD為1300mg/L、氨氮为250mg/L，出水COD为60mg/L以下，氨氮为10mg/L以下，年安全平稳运行8000小时以上。
此次扩建在原有系统工艺基础上进行了适当的优化改进：
2.1 由于气化污水硬度较高，增设除硬度系统，即石灰配制及投加系统、Na2CO3、H2SO4投加系统，同时增设该污泥处理系统。
2.2 初沉池前增加混凝反应池及加药系统，以增强沉淀效果。
2.3 O池的曝气器采用旋流曝气器（一种专利产品），属于水力剪切型曝气器，该曝气器的特点有：氧转移效率高，集空气和水旋混、多次粉碎、切割于一体，充分利用了动能，不需额外增加搅拌动力，搅拌性能好，因此产生的气泡均匀，氧利用率可高达25%；服务面积大，曝气器筒体属大孔通道，再配合旋混结构，服务面积可达5～7m2/个；大孔通道曝气器，无堵塞；运行时产生强大搅动，水流强力循环遍布水池，池底无污泥堆积。
2.4 改造工艺原理
2.4.1 有机物的分解：
活性污泥微生物以污水中的各种有机物作为营养，在有氧的条件下，进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需的能量，并最终形成二氧化碳和水等简单无机物。
有机物氧化分解如下式所示：
2.4.2 脱氮原理
生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。
2.4.3 石灰软化
水中硬度是由Ca2+、Mg2+以碳酸盐和非碳酸盐形式存在于水中所形成的，可表现为碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度（永久硬度）。碳酸盐硬度是由构成硬度的阳离子与构成碱度的阴离子如HCO3-、CO32-及OH-所组成，非碳酸盐硬度则是由构成硬度的阳离子与其它阴离子如SO42-、Cl-或NO3-等所组成。
投加石灰乳液，与碳酸盐硬度和其它暂时硬度发生反应，形成沉淀物被除去。
2.4.4 混凝反应
聚合硫酸铁水解后产生大量的（Fe4（H206））.（Fe2（H20）6），（Fe（OH）2）等多核络合物，通过吸附、架桥、交联等作用，使水中的胶体微粒凝聚在一起。生成的絮体大，沉降快。与此同时还发生了一系列的物理化学变化，具有很强的电力中和能力，从而降低了胶团的电位，破坏了胶团的稳定性，促使胶粒快速凝聚沉淀。
2.4.5 助凝反应
采用阴离子型聚丙烯酰胺（APAM），其分子量一般在1000～1600万左右。对于悬浮颗粒较粗、浓度较高、粒子带阳电荷，且pH值呈中性或碱性的污水，由于阴离子聚丙烯酰胺分子链中含有一定量的极性基，能吸附水中悬浮的固体粒子，使粒子间架桥形成大的絮凝体，因此它能够加速悬浮液中的粒子的沉降，有非常明显的加快溶液澄清、促进过滤等效果。
3、改造后取得的效果和经验
3.1 改造后运行效果
根据表1和表2可以看出：改造后外排废水COD、氨氮的水质指标及合格率都有了很大改善，这从根本上解决了外排污水达标排放的问题，同时降低了COD和氨氮的排放总量。
3.2 改造效果分析
2012年上半年每月平均外排废水量382861m3，平均531.7m3/h，COD值84.89mg/l，氨氮值7.84mg/l，假设以上废水全部进入污水处理厂进行处理，那么平均每月排放COD量32.5吨，氨氮3吨。
2013年上半年每月平均外排废水量386750m3，平均538m3/h，COD值44.08mg/l，氨氮值2.28mg/l，合计每月排放COD量17.04吨，氨氮量0.88吨。
2013年上半年污水处理系统脱硬设施未能实现投运的目标，因此外排水量相对较大，但即使如此，仍达到了COD减排185.5吨/年、氨氮减排57.84吨/年的较高水平。2013年7月，污水处理系统脱硬系统投入使用后，可进一步提高污水处理装置的污染物去除效率，进而使全部处理后生产废水送回用水装置进行处理。