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    煤制烯烴項目污水生化系統常見問題及解決措施

    Date:2020-03-15

    本文通過對國內煤制烯烴項目工藝流程常規設置及實際運行情況的調研,總結了污水生化處理系統常見的問題,并針對性提出了解決措施、建議。本研究對新建裝置以及老裝置的改造都有一定的借鑒意義。

    眾所周知,我國煤化工項目方興未艾,已成為國家重要的能源儲備。煤制烯烴項目作為煤化工的一個重要分支,也因此受到廣泛關注。當前國內煤制烯烴項目一般是以煤為原料先生產甲醇,再將甲醇轉化為烯烴并進一步生產聚乙烯、聚丙烯等最終產品。

    由于國內大部分煤制烯烴項目地處中西部地區,面臨煤多水少、水資源緊張和缺乏納污水體、排污受限的問題,因此實施廢水“零”排放對于企業的可持續發展具有重要意義。

    煤制烯烴項目產生的廢水成分復雜、污染物種類多、濃度高,加上國家環保部門對煤化工企業環保標準的不斷提高,促使煤制烯烴項目在污水處理方面認真貫徹清污分流、污污分治、一水多用、節約用水的原則,對不同水質的廢水分別進行處理,最大限度提高水的重復利用率及廢水資源化率。

    根據煤制烯烴項目來水水質的不同,配套的污水處理場往往會優化集成各種不同的處理工藝,比如污水生化處理、含鹽污水膜處理、高效膜濃縮、濃鹽水蒸發結晶、廢堿液焚燒等,力爭最終實現污水“零排放”的目標。由此,促進了很多污水處理新技術的產生和應用,同時對污水處理的標準也有了更高的要求,這也導致很多煤制烯烴項目在污水處理中出現了這樣那樣的問題,增加了項目運行難度和環保風險,亟待解決。污水生化系統作為煤制烯烴污水處理的龍頭,它的運行好壞直接決定了整個污水處理場的運行效果,因此筆者對污水生化系統出現的問題進行了深刻剖析。

     

    01

    來水溫度高

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    問題現象及原因分析

    一般情況下,按照污水處理場設計要求,上游工藝裝置污水排放溫度應小于40 ℃,以滿足生化系統運行溫度要求。

    但實際運行的很多煤制烯烴項目都存在主裝置排水〔氣化污水、MTO(甲醇制烯烴)污水〕水溫較難控制,經常出現高溫排水。水溫過高,則對生化系統運行有很大負面影響,如出現生化污泥活性差,出水懸浮物高,溫度高的生化產水排至膜系統導致微生物滋生過快,使膜的脫鹽率及運行壽命降低等問題,嚴重時會導致活性污泥死亡,影響生化系統出水水質。圖1為2017年國內幾個煤制烯烴項目的生化綜合進水溫度。

     

     
    圖1   2017年國內幾個煤制烯烴項目的生化綜合進水溫度

    氣化污水、MTO污水在界區內均經過換熱器換熱后排放。以新疆某煤制烯烴項目為例,經過分析,MTO裝置外排污水溫度超標的原因:因催化劑磨損、破碎等造成沉降罐催化劑細粉不斷積聚至末端,使含催化劑細粉的MTO污水在換熱器管束中不斷形成污垢層,導致MTO污水與換熱介質接觸面換熱效果下降,MTO污水不能有效降溫,致使排放至污水場的MTO污水溫度居高不下,達到50 ℃。

    氣化裝置外排污水溫度偏高原因

    (1)氣化灰水硬度平均為1 050 mg/L,堿度為800 mg/L,在污水預處理系統除氨過程中需加堿提高pH至11,導致氣化污水預處理單元換熱器內管束結垢嚴重,換熱效果下降;

    (2)從換熱器運行數據分析,冷水側進出溫度分別為58、62 ℃,熱水側進出溫度分別為108、98 ℃,可以看出該換熱器基本已失去換熱作用。以上2股水的水量較大,占生化進水量的80%以上,高溫排水導致生化系統溫度經常在38~42 ℃,污水生化系統面臨高溫影響。

    2
     
    解決措施及實施效果

    解決措施:

    (1)加強對各股來水水溫的監控,在綜合調節罐(池)內進行合理勾兌,保證生化系統進水溫度不超標;

    (2)對上游裝置優化工藝控制,加強主裝置換熱器的清理及改造,通過增加備用換熱器降低排水溫度;

    (3)在污水生化處理裝置前端設置換熱器,利用循環水進行降溫,或者采用空冷進行二次降溫;

    (4)在廠區內設置臨時緩存降溫池,一旦來水溫度超標,根據影響程度將部分高溫污水通過流程切換至臨時緩存降溫池降溫,降溫后再進生化系統處理;

    (5)增加小型污水冷卻塔進行降溫。

    經過實地了解,通過上述優化改造、調整,均能保證生化系統進水溫度<40 ℃,但在改造的同時要考慮環保問題。比如增加小型污水冷卻塔進行降溫,需要考慮冷卻塔排放的VOC是否符合環保要求。如果不符合要求,可通過“吹脫-冷凝”的方式將污水中的易揮發有機物收集回收,然后再進入小型冷卻塔。

     

    02

    氣化污水懸浮物高

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    問題現象及原因分析

    污水綜合罐出水懸浮物增加后,會使大量的懸浮物進入生化系統,使生化系統活性污泥中無機組分占比超過50%,導致系統運行能耗增加,排泥量增加。而系統被迫排泥會使污泥活性組分降低,影響生化系統的處理效果以及處理穩定性。另外,排泥量增加后,會導致污泥脫水和干燥設備負荷過高,并且產水的生化污泥按危廢進行處置,費用較高。

    煤制烯烴項目污水綜合罐(池)設計出水懸浮物一般會小于100 mg/L。但部分項目由于氣化污水中含部分煤泥、硅等物質,使污水綜合罐出水懸浮物指標波動較大,經常出現懸浮物平均值達400 mg/L的情況,是設計水質的4倍以上。

    經了解,氣化污水懸浮物高主要有以下2個原因:

    (1)氣化污水預處理系統結垢非常嚴重,導致系統處理量降低,并影響脫氨及換熱效果。因此,需要經常對換熱器、脫氨塔進行清理,這就導致大部分工況下氣化灰水預處理系統需要打開部分跨線(跨過預處理的旁路),才能保證處理水量,導致部分懸浮物進入到污水處理場。

    (2)氣化污水混凝劑、絮凝劑投加量不合適,也會導致懸浮物超標。

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    解決措施及實施效果

    解決措施:

    (1)加強氣化污水預處理的管控,優化操作,調整加藥量,延長結垢時間;

    (2)出現結垢時及時清理,增加備用脫氨塔和備用換熱器;

    (3)在下游增設澄清池,進行二次處理;

    (4)氣化污水管線需要考慮設置2條排水管線互為備用,管線可設置法蘭連接,便于清洗操作。

    通過上述措施能有效解決氣化污水懸浮物過高的問題,可將氣化污水懸浮物控制在100 mg/L以下。

     

    03

    生化系統碳源不足問題

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    問題現象及原因分析

    經半年的統計,發現國內某3個煤制烯烴項目生化綜合進水氨氮均在150 mg/L以上,但生化綜合進水COD只有800 mg/L左右,碳氮比在5:1左右,相對碳源比例較低。這一方面會影響活性污泥微生物的正常新陳代謝,另外還會造成反硝化反應效率降低,影響生化產水總氮達標。煤制烯烴項目氣化裝置排放的氣化污水水量較大,并且氨氮含量較高,導致生化綜合進水氨氮較高,造成碳源不足,這是一個普遍問題。傳統生物脫氮由硝化和反硝化2個階段組成。

    在碳源不足的條件下,自養硝化菌對氧氣和營養物質的競爭不如好氧異養菌,從而導致氨氮不能很好地轉化為亞硝酸鹽或硝酸鹽,影響處理效果;另一方面,反硝化需要一定的有機物作為電子供體,有機物不足會導致反硝化不徹底,出水硝態氮含量超標。

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    解決措施及實施效果

    為解決上述問題,很多煤制烯烴項目都采取了碳源投加措施。

    (1)手動投加葡萄糖。該方法勞動強度大,效率低,并且費用高,不建議采用。

    (2)設置碳源投加設施,配置必要的儲罐和投加泵。由于甲醇可生化性強,在煤制烯烴項目中屬于中間產品,且容易輸送,很多項目都將其作為首選碳源。但根據甲醇的性質,碳源投加設施要按防爆區進行設置。

    通過投加碳源能有效調整進水碳氮比,保證生化系統的運行效果。過多投加碳源也會造成成本的大幅度增加,因此,控制合適的運行碳氮比至關重要。

     

    04

    排水總磷達標問題

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    問題現象及原因分析

    目前國內大部分煤制烯烴項目污水生化系統都采用A/O、SBR、MBR、BAF等工藝,雖然部分項目實現了污水零排放,但部分項目還是有少部分污水需要間斷達標排放。目前外排水總磷要求至少小于1 mg/L,這對于部分進水總磷偏高,生化除磷效果一般的企業就會有很大的環保壓力。一些煤制烯烴項目污水生化系統由于進水總磷偏高,并且生化系統除磷效果有限,往往會導致出水總磷控制指標超過1 mg/L,造成排水總磷超標問題。

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    解決措施及實施效果

    解決措施:

    (1)適當采用化學除磷的方法,嘗試采用前置除磷和后置除磷結合的方法。

    (2)在不影響生化污泥濃度的情況下,適當增加排泥量,達到去除總磷的目的,特別是要保證污泥脫水系統的分離液清澈,避免渾濁的分離液帶有大量含磷污泥返回系統造成總磷富集。

    (3)采用除磷效果更好的生化工藝,如A2O等,但投資相對較大。

    (4)有部分企業循環水系統加注含磷配方藥劑,從總量上增加了水系統總磷含量,可采用非磷藥劑進行替代。

    通過上述方法進行管控,能有效降低生化出水總磷,保證產水達標。以新疆某煤制烯烴項目為例,其生化綜合進水總磷為10 mg/L,采用A/O工藝,經過優化調整后,生化出水總磷穩定在0.5 mg/L左右。

     

    05

    排水總氮達標問題

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    問題現象及原因分析

    目前,國家對外排水總氮指標的控制也越來越嚴格。一些煤制烯烴項目污水生化系統由于進水總氮有較大幅度的波動,且生化系統硝化、反硝化效率有限,往往會導致產水總氮指標過高。

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    解決措施及實施效果

    解決措施:

    (1)為避免上游來水總氮大幅度波動,可在生化系統設置一定停留時間的調節罐(池),進行水的均質調節。

    (2)優化生化系統運行參數。①溫度:溫度控制范圍為20~40 ℃。②溶解氧:硝化反應DO至少要保持在2 mg/L以上,一般為2~3 mg/L,反硝化系統要將DO控制在0.5 mg/L以下。③pH:硝化反應的最適pH為8.0~8.4,反硝化反應也需要維持一定的pH,以使其達到最佳狀態,其最適pH為7.0~8.5。④碳氮比:有關研究表明,當進水BOD5/ TKN≥6時,反硝化碳源是充足的,不必外加碳源。

    通過上述方法進行管控,能有效降低生化出水總氮,保證產水達標。以新疆某煤制烯烴項目為例,其生化綜合進水總氮為300 mg/L,采用A/O工藝,經過工藝優化調整,生化出水總氮穩定在20 mg/L左右。

     

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    BAF曝氣生物濾池污堵問題

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    問題現象及原因分析

    BAF曝氣生物濾池在部分煤制烯烴項目污水生化系統作為二級生化處理單元,其發揮了一定的作用。但據調研,其經常會出現曝氣系統污堵、曝氣不均的問題,造成反洗風機憋壓,影響設備正常運行,從而影響濾池脫碳、脫氮效率,進而影響了生化產水水質。造成污堵的原因主要有進水懸浮物高、濾料板結等。

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    解決措施及實施效果

    解決措施:

    (1)從水力停留時間等參數上優化曝氣生物濾池的設計,保證有效的反應時間和去除率。

    (2)控制好前端進水懸浮物,避免懸浮物過高堵塞單孔膜曝氣器。

    (3)定期對單孔膜曝氣器進行更換,并將板結濾料進行松動、補充和更換。

    (4)考慮采用處理效率更好的新型有機填料取代無機填料。

    通過上述方法進行管控,能有效解決曝氣生物濾池污堵,保證系統穩定運行。

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