新型生物组合工艺处理甲醇废水的应用研究.pdf

新型生物组合工艺处理甲醇废水的应用研究 * 贾永强1， 2李伟2李立敏2王丽梅2 1. 天津大学 化工学院， 天津 300072; 2. 新奥集团煤基低碳能源国家重点实验室， 河北 廊坊 065001 摘要 采用生物接触氧化 二级活性污泥新型生物组合工艺对 SBＲ 工艺进行改造。改造后， 废水处理装置处理负荷 可以提高到原 SBＲ 工艺的 2 倍， 处理后出水可稳定达到国家一级排放标准， 且改造后曝气系统比原来的射流曝气节 省电耗 50以上， 不但解决了企业的废水处理问题， 也带来一定的社会效益和经济效益。 关键词 甲醇废水; SBＲ; 生物工艺; 生物接触氧化; 活性污泥 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201409006 APPLICATION ＲESEAＲCH ON TＲEATMENT OF METHANOL WASTEWATEＲ BY NEW BIOLOGICAL COMBINED PＲOCESS Jia Yongqiang1， 2Li Wei2Li Limin2Wang Limei2 1. School of Chemical Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China; 2. State Key Laboratory of Coal- Based Low Carbon Energy，ENN，Langfang 065001，China AbstractThe new biological combined process of biological contact oxidation and two stages activated sludge was used in the transation of SBＲ process． After transation，the new combined process could treat two times of processing load than the SBＲ process． The effluent could meet the requirements of the first class of“Integrated Wastewater Discharge Standard” GB 89781996 ． Compared to the jet aeration in old process， 50 of electricity cost of fine bubble aeration system in new process could be saved． The transation could not only solve the waste water but also bring certain economic and social benefits． Keywordsmethanol wastewater;SBＲ;biological process;biological contact oxidation;activated sludge * 国家科技支撑项目 No． 2012BAC03B04 。 收稿日期 2013 －10 －30 0引言 随着石油资源紧缺、 油价上涨及甲醇汽油的推广 使用和甲醇生产烯烃类物质关键技术的突破， 国内外 甲醇生产正呈现突飞猛进的态势。甲醇生产原料包 括天然气、 煤、 轻油、 重油等， 鉴于我国自身的资源储 量现状， 煤将成为我国甲醇生产最重要的原料 ［1 ］。 随着煤制甲醇厂家在国内大批上马， 其产生的废水对 环境污染将不容忽视［2 ］。煤制甲醇废水的特点为 水质水量波动较大， 80 左右为气化废水， 氨氮含量 约为400 mg， COD 质量浓度约为850 mg/L; 有机物以 甲酸为主， ρ BOD5 /ρ COD 约为 0. 5 左右， 可生化 性较 强， 氨 氮 以 无 机 氨 为 主; 悬 浮 物 以 无 机 物 为主 ［3- 4 ］。 内蒙古某煤制甲醇厂， 每年可产生 60 万 t 废水， 处理装置采用 SBＲ 生物处理工艺 ［ 5- 7 ］， 设计进水水质 主要指标为 ρ COD 为 480 mg/L， ρ NH3－ N 为 160 mg/L， 处理量为 168m3/h。但经过近一年的生产 运行表明排放至废水处理装置的生产废水水质和水量 均波动较大， 而且与设计的水质和水量差异较大， 生产 实际进水水质 ρ COD 为300 ～1 000 mg/L， ρ NH3－N 为 200 ～ 400 mg/L， 处理量为 160 ～ 210 m3/h。SBＲ 工艺经过近 1 年的调试和运行， 系统出水 ρ COD 为 40 ～280 mg/L， ρ NH3－N 为 30 ～ 280 mg/L， 运行期 间处理效果不稳定， 且 COD 和 NH3－N 很难同时达到 较好的处理效果。为解决现有 SBＲ 工艺处理负荷不 足的问题， 充分考虑利用厂区内现有的条件， 其他污 水处理装置不变， 仅将 SBＲ 反应池改造为生物接触 氧化池 二级活性污泥池新型生物组合工艺。 32 水污染防治 Water Pollution Control 1工艺改造 原 SBＲ 工艺流程如图 1 所示， 将各个 SBＲ 池通 过隔墙分隔成 3 个串联的处理池 第 1 个是生物接触 氧化池， 它的作用是去除有机物和少量氨氮， 具有一 定的抗负荷冲击能力; 第 2 个是一级活性污泥池， 它 的作用是去除大部分氨氮; 第 3 个是二级活性污泥 池， 它的作用是去除剩余有机物、 氨氮和亚硝酸盐， 保 证出水水质。将 SBＲ 池分隔为 3 个单元后， 各污染 物可在特定环境中被基本单一菌群高效的去除干净。 改造后的工艺流程如图 2 所示。 图 1原 SBＲ 工艺 Fig． 1The original SBＲ process 图 2生物组合工艺 Fig．2The biological combined process 2生物组合工艺各单元设计 2. 1生物接触氧化池 将 SBＲ 池的前部改建为生物接触氧化池， 结构 如图 3 所示， 内部装有填料层， 填料层上、 下支撑结 构， 维修通道， 池底铺设微孔曝气器， 填料层下支撑结 构铺设均匀布水的进水管道， 填料层上支撑结构铺设 集水器。内部尺寸 L B H 7. 35 m 10 m 5. 5 m， 并联 2 个。该生物接触氧化池填装自行设计 的高效多孔组合生物载体， 与传统载体相比， 该载体 图 3生物组合工艺结构设计 Fig．3The structural design of biological combined process 的比表面积大 8 000 m2/m3 ， 孔隙率高＞ 96 ， 生物附载量大 15 g/L 。微生物可在其迅速生长挂 膜且不易脱落， 而且在载体内部会形成无数个缺氧和 厌氧环境， 有利于有机物的酸化水解。该生物接触氧 化池可较好的适应水质和水量的变化， 有利于污水处 理效果和出水水质的稳定。 2. 2一级活性污泥池 将 SBＲ 池中部改建为一级活性污泥池， 结构如 图 3 所示， 分为主体反应单元和泥水分离单元， 泥 水分离单元内安装斜板填料、 出水集水器和污泥导 流器， 反应单元池底铺设微孔曝气器。主体反应单 元内部尺寸 L B H 15 m 11. 3 m 5. 5 m， 泥 水分离单元内部尺寸 L B H 15 m 3 m 5. 5 m。该活性污泥池与传统的活性污泥池相比增 加了泥水分离单元、 出水集水器、 污泥导流器， 从而 形成了一个高效的活性污泥反应池。该活性污泥 池具有生化和泥水分离一体化的特点， 活性污泥在 生化处理单元内形成自循环， 不需要专门的污泥回 流设备， 节省回流污泥能耗; 在生化单元内可以获 得较高的活性污泥浓度， 污泥浓度易于控制， 不受 污泥回流浓度的限制， 这样为培养出高浓度的硝化 菌创造了有利条件。 42 环境工程 Environmental Engineering 2. 3二级活性污泥池 将 SBＲ 池的后部改建为二级活性污泥池， 与一 级活性污泥池结构相同， 如图 3 所示， 主体反应单元 内部尺寸 单位 m L B H 15 m 8. 5 m 5. 5 m， 泥水分离单元内部尺寸 L B H 15 m 3 m 5. 5 m。 3改造后污水处理运行效果 原 SBＲ 工艺运行期间氨氮有效容积负荷为 0. 096 kg/ m3d ， COD 有效容积负荷为 0. 21 kg/ m3 d ， 改造后废水处理负荷需达到原 SBＲ 工艺 2 倍， 才可满足实际厂区污水处理负荷的需求。从图 4 可以看出 改造后进水 ρ COD 为 600 ～1 200 mg/L， ρ NH3－N 为250 ～400 mg/L， 出水 ρ COD＜60 mg/L， ρ NH3－N＜ 10 mg/L。氨 氮 有 效 容 积 负 荷 为 0. 19 kg/ m3 d ， COD 有效容积负荷为 0. 45 kg/ m3 d 。运行数据表明改造后工艺废水处理负荷可以达 到原工艺负荷的 2 倍， 而且有进一步提高的空间; 抗 水质变化冲击能力较强; 运行 1 个月中处理效果稳 定， 出水 COD 和 NH3－N 均小于国家一级排放标准。 且比原工艺节省曝气能耗 50以上。 图 4生物组合工艺 COD 和 NH 3－N 变化情况 Fig．4The change of COD and NH3－N in the biological combined process 4经济效益分析 该改造工程总投资约 600 万元， 原 SBＲ 工艺日 处理废水量为 120 t/h， 吨水处理费用 电费和药剂 费 为 2. 56 元; 改造后日处理废水量为 200 t/h， 吨水 处理费用 电费和药剂费 为 1. 58 元， 改造后比原日 处理废水量多 80 t/h， 而吨水处理费用减少 0. 98 元， 则按照改造后日处理废水量为 200 t/h 计算， 改造后 每年可节省废水处理运行费用 164. 6 万元， 更重要的 是解决了生产废水完全处理达标排放的问题， 保证了 企业生产工作的正常开展。 5结论 通过生物接触氧化池 二级活性污泥池生物组合 工艺处理煤制甲醇废水的实际工程应用， 表明该生化 组合工艺具有较高的污水处理负荷和运行稳定性， 较 低的投资和运行成本， 且出水水质好， 可达国家污水排 放一级标准， 为下一步的污水脱盐回用创造了基本条 件 ［ 8 ］。该工艺适合应用于煤制甲醇废水及其类似水质 污水的处理， 值得在煤化工企业进行推广应用。 参考文献 ［1］李英． 大型甲醇生产厂废水治理措施［J］． 山西煤炭管理干部 学院学报， 2007， 3 3 136- 138. ［2］罗刚， 张文耀， 邢艳萍． 煤制甲醇工艺废水改造［ J］． 化工环保， 2010， 30 1 79- 83. ［3］赵利霞． 工艺处理煤制甲醇污水的研究［J］． 河南化工， 2010， 27 42- 44. ［4］蒋芹． 浅谈 SBＲ 法处理大型煤制甲醇废水的应用与发展［J］． 科技情报开发与经济， 2008， 18 11 130- 131. ［5］Kuba T，Smolders G，Heijnen J J，et al． Biological phosphorus removal from wastewater by anaerobic- anoxic sequencing batch reactor［J］ ． Water Science and Technology， 1993， 27 5 241- 252. ［6］Lawrence K， Wang YL．Sequencingbatchreactors ［J］． Handbook of Environmental Engineering， 2009， 8 459- 511. ［7］何奕， 陈花果， 王俊凯， 等． 物化- SBＲ 工艺处理甲醇生产废水 ［J］． 给水排水， 2007， 33 2 63- 65. ［8］张勇， 曲顺利， 朱艳艳． 国内煤制甲醇企业节水技术现状［J］． 氮肥技术， 2010， 31 1 18- 20. ［9］任庆伟， 商登峰， 刘青海， 等． 新型煤化工企业水处理工艺方案 设计优化［J］ ． 工业水处理， 2010， 30 7 87- 90. 第一作者 贾永强 1981 － ， 男， 博士研究生， 工程师， 主要从事工业废 水处理回用技术的研究和开发。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 jyqiang_81126． com 上接第 22 页 ［9］林立． 高压水射流清洗与安全管理［J］． 化工劳动保护， 2001， 22 7 238- 239. ［ 10］Vreeburg J H G，Boxall J B．Discoloration in potable water distribution systemsA review［J］． Water Ｒesearch，2007，41 5 519- 529. ［ 11］王萍辉， 方湄． 基于空化技术的管道清洗装置的研究［J］ ． 机 械设计， 2003， 20 8 9- 12. ［ 12］Timothy G L． What is ultrasound［J］ ． Progress in Biophysics and Molecular Biology， 2007， 93 78- 83. 第一作者 陈红 1968 － ， 女， 副教授， 主要研究方向为饮用水安全保 障技术。 通讯作者 段春毅 1987 － ， 女， 助教， 硕士研究生， 主要研究方向为饮 用水安全保障技术。dcyjoyce126． com 52 水污染防治 Water Pollution Control