某煤制气项目废水零排放处理运行现状及问题分析
煤制气废水一般呈深褐色，有一定粘度， pH范围6.5～9.5，有浓烈的酚、氨臭味[1] 。该废水具有酚类浓度高、氨氮浓度高、生化有毒及抑制性物质高等特点。其常规处理工艺主要包括除油、酚氨回收、生化处理、深度处理等[2]。针对煤制气废水而言，环保要求实现零排放。
目前，煤气化废水处理常规工艺是三段处理工艺，分为预处理、生化处理和深度处理。其中，生化处理工艺是整个煤气化废水处理的核心。生化处理工艺主要有活性污泥法、AO法、SBR法及其组合工艺等。如南非Sasol[3]和哈尔滨气化厂采用AO法，义马气化厂[4]等的废水处理采取SBR法。但是，他们处理的废水并没有完全实现废水回用，仅是达到排放标准。因此，针对煤制气废水零排放工程而言，还没有实际的案例可以借鉴。
本文结合某煤制气废水零排放运行现状进行分析，并根据分析结果提出存在问题，为今后的生产运行提供指导。
1 项目概况
项目规模为年产天然气40亿m³，分三期建设，其中一期已建成投产。项目采用的工艺为碎煤加压气化工艺，在加压气化处理工艺中产生气化废水。该气化废水经过煤气/水分离、酚氨回收后进入废水处理，废水经过废水处理工序后，进行循环利用。其工艺流程示意如图1。
1.1 废水水源
需要处理的废水来源主要有：
(1)气化废水：具有有机物浓度高、酚类物质浓度高、氨氮浓度高等特点。
(2)生活及化验废水。
(3)甲醇废水：来源于低温甲醇洗过程中产生的废水，含有一定量的甲醇、氢氧化钠及氰化物等物质，该废水排放量比较少。
(4)初期雨水及间断冲洗地坪水。
(5)再生水：树脂再生排放的酸、碱废水。
(6)循环水排污水：为维持恒定的浓缩倍率需排放一定量的排污水。
1.2 废水处理工艺设计
对含有有机物的煤气化废水、生活废水等采用“生化+膜浓缩+蒸发”处理的技术路线。
对于含高盐废水采用“预处理+常规膜处理+振动膜处理+震动反渗透处理+蒸发”处理的技术路线。其设计处理工艺如图2。
图1 预处理+常规膜处理+振动膜处理+震动反渗透处理+蒸发”处理的技术路线
2 废水处理系统运行现状
2.1 有机废水处理
处理量为620m3/h左右，经过生化系统处理后出水COD基本控制350mg/L以下，出水氨氮约10mg/L左右，实现小于15mg/L的控制目标。
酚氨回收进水COD约3400~4400mg/L，基本COD超过设计值。酚氨回收进水氨氮约130~180mg/L左右。调节池进水COD约2400~3200mg/L，调节池进水氨氮约140mg/L左右，具体变化情况见图3、图4
调节池出水进行生化处理系统后，生化处理系统的出水COD及氨氮情况见下图5、图6。
从图5、图6可以看出，生化出水COD质量浓度基本小于350mg/L，出水COD质量浓度300~350 mg/L，去除率达88%~90%;氨氮质量浓度约8~10 mg/L，出水均小于15mg/L，出水水质运行稳定。
2.2 废水深度处理段
废水深度处理段主要采用活性焦吸附处理工艺，水焦比为800:1，生化系统的出水进行深度处理，深度处理段的出水水质COD质量浓度见图7、图8。
从图7、图8可以看出，吸附后出水COD质量质量浓度为180~250mg/L，最终出水COD质量浓度约70~80 mg/L，活性焦的COD吸附容量达104 g /kg。通过运行数据看出，出水水质运行稳定。
[pagebreak]2.3 废水回用处理段
中水回用处理段的实际处理量约620m3/h左右。单套超滤系统的处理量约220m3/h左右，超滤系统的产水浊度<0.5NTU。超滤系统的部分产品水作为循环水补水，循环水补水量约200m3/h左右;剩余部分做反渗透进水,进水量约420m3/h左右。单套反渗透系统的产水量约100m3/h左右，回收率为65%，达到设计值运行，产水电导率约190 µS/cm，脱盐率目前约95%左右。反渗透系统的产水COD未检出，产生的合格水作生产用水。浓水产水量约147m3/h，浓水去膜浓缩处理段。废水回用处理段的运行装置比较稳定。
2.4 膜浓缩处理段
膜浓缩的处理工艺为“预处理+超滤+纳滤+反渗透+浓水反渗透”的处理工艺，实际处理量约200m3/h左右。其中，浊循环排污水约50m3/h。经过本系统处理后，系统总产水约140m3/h，系统总回收率约70%。一级反渗透产水电导率500~600µS/cm，浓水反渗透的产水电导率1200~1700µS/cm。
超滤系统的产水量在80~100m3/h，超滤系统的进水浊度在20NTU左右，产水浊度在0.22~0.24 NTU之间，产水水质比较稳定。
纳滤系统的进水量在90~100m3/h，产水流量在80~85m3/h，纳滤系统的回收率及脱盐率状况见图9、图10
从图8、图9可以看出，纳滤系统的回收率在85%~90%之间，但纳滤系统的脱盐率不高，约10%左右，出水电导率7000~8000µS/cm。
一级反渗透系统的产水量约50m3/h左右，产水电导率在500~600µS/cm之间，反渗透系统的运行比较稳定。
浓水RO产回收率45%左右，其产水量及产水电导率见图11、图121。
从图11、图12可以看出，浓水反渗透系统的产水流量在36~40m3/h之间，出水电导率1200~1400µS/cm。
2.5 再生废水处理段
目前进水处理量约44m3/h左右，总产水量为29m3/h，总回收率66%。进水水质电导率为9700~14000µS/cm，再生反渗透产水电导率为600µS/cm左右，震动反渗透的产水电导率为1000µS/cm左右。再生废水产浓水量15m3/h左右，去蒸发装置处理。再生废水处理装置总体运行平稳。
2.6 蒸发废水处理段
目前进水处理量约70~80m3/h，设计处理量为100m3/h，进水pH为8.2~8.7，进水TDS为14000~25000mg/L。经过蒸发系统处理后，产生的冷凝液水pH为8.9~9.3，COD质量浓度约60~110，产水TDS为640~1800mg/L，产水电导率910~2500µS/cm，蒸发系统总体运行平稳。
3 运行存在问题及建议
3.1 存在问题
(1)酚氨回收来水水质超过设计限额，酚氨回收出水COD较高时会高达4000～4500 mg/L，而设计要求来水COD小于3500 mg/L，主要原因是进酚氨回收的原水超设计值。并且存在波动性，易对生化系统造成冲击。
(2)酚氨回收的水量存在超设计值的可能，估测满负荷运行时，废水量约650m3/h左右，将会影响污水处理系统的平稳运行。
(3)活性焦脱水后的含水率偏高，无法与动力煤进行掺烧，目前正在进行技改。
(4)膜污染严重，膜衰减比较快，反洗周期或化学清洗周期缩短，影响全厂制水能力。
(5)蒸发段的进水中含有高浓度的有机物，运行时容易产生雾沫夹带、飞料等，并且影响产品水水质。
3.2 运行管理建议
(1)确保生化处理系统的稳定运行：加强水质监控管理，做好水质监测，利用事故池、调节池的缓冲能力及时进行水质调节，确保生化系统不受冲击。合理控制工艺参数，保证关键指标(MLSS、DO等)的稳定运行。
(2)保证活性焦吸附处理系统的处理能力：合理控制投加量，优化BAF的工艺操作，确保出水水质。
(3)优化工艺操作，提高膜清洗效果，提高反洗及化学清洗周期。
(4)根据水质变化，及时调整加药量，尽量避免盐含量的积累。
(5)对蒸发系统进行工艺优化，提高处理能力，同时避免出现飞料、雾沫夹带。
参考文献
[1] Lim B R,Hu HY,Fujie K.Biologicaldegradation and chemical oxidation characteristics of coke-oven wastewater[J].Water Air and Soil Pollution, 2003，146(1-4):23-33.
[2] 张广超，董付彩，惠云珍.碎煤加压气化废水的处理工艺及技术进展[J].化肥设计,2011,49(3):30-33.
[3]商宝富. 赴南非、新西兰煤化工考察报告[J]. 山西化工，1994(1):59-62.
[4]姬鹏霞，杨 建，刘志辉.SBR法处理鲁奇加压气化废水存在问题的探讨及措施. 山东科学，2005，18(4):83-85.
