重油制气污水处理系统

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1、重油制气污水处理系统（A/0）技术改造广州油制气厂采用重油催化裂解生产管道煤气，生产废水经气相色谱和质谱联用（GC-MS分析含有97种化学组分，其中芳烃类 化合物的含量占废水中有机物的一半以上。被列人 58 种中国环境优 先控制污染物和美国环保局（EPA优先控制物名单的有机物多达 21 种之多 l 。厂基建阶段投人 2700 多万元兴建了一套污水处理系统，原设计对生 产污水的污染物浓度预测偏低，预测 COD直为200400mg/l，NH N 值为6070mg/l，而实际值远高于预测值，给污水处理增加了难度。2 原有设施工艺简介缺氧一好氧处理工艺，简称A/O工艺，是目前国内应用最为广泛的一 种废

2、水处理工艺。 该工艺在一级兼性厌氧处理后接好氧表曝处理。 这 种工艺的优点是可以用于高浓度工业废水处理。 其处理的水量大， 操 作较简单。广州油制气厂废水处理系统就是在隔油、 浮选后采用A/O生化处理工 艺（图 1）。缺氧池采用由下而上的进水方式； 另外与一般推流式 A/O 工艺不同的是， 采用了七十年代开发的合建式曝气池， 这种曝气池集 曝气、沉淀于一体，采用表曝机加强曝气。台建式曝气池已被证明曝 气效率低下，八十年代后期逐渐已被淘汰。另外，由于设计污水处理量偏大，系统不能连续运行；经验不足，运 行参数不完善， 对系统运行的各影响因素把握不十分清楚； 曝气池曝 气能力不足，导致系统中生化处理

3、过程所需降解菌含量较低。3 前期改造由于污水处理系统存在的设计、 基建等方面的先天不足， 以致投入运 行后给污水处理工作带来很大困难。自 1992 年开始，逐步对污水处 理系统进行工艺、设备和基建等进行完善和改造。3.1 除油工序的改造前处理工序中，将原有三格沉降池的焦油循环水池改为经过五格沉降 池，沉降时间延长一倍以上，大大提高了焦油的沉降效果，使溢流往 污水处理系统的焦油水含油量降低一半以上， 减轻了污水系统隔油工 序的处理负荷；在油水分离器的底部开口接排油管并加蒸汽伴热装 置，定期把下层油物排人新建的污油池处理， 提高了油水分离器的除 油效果。经隔油工序处理的污水石油类浓度显著降低，由改

4、造前的 800mg/l 降到 350mg/L 左右，各种污染物的去除率明显提高。3.2 浮选工序的完善原设计没考虑浮选产生的油泡沫水的处理办法，投运后只能外运处 理，费用较高。 1995 年建成一套压滤装置对油泡沫水进行回收处理； 把浮选工序由原两池并联， 一开一备改为既可串联又可并联运行， 增 加一套加药、溶气装置，提高了浮选效果；增加了一条回流管，可把 不符合生化进水要求的浮选出水和厌氧吸水井的污水回流到浮选池 进行处理； 加强了对浮选池和溶气释放器的定期清理工作， 使浮选工 序的作用得到最大限度的发挥，见表 2：3.3 初步完善污水生化工序生活污水原从厌氧池进入污水处理系统的途径改为可从

5、浮选工序进 入，当生活污水含油高时可先经浮选除油处理后再进入厌氧池， 避免 可能对生化造成的负面的影响； 在表曝机上安装变频调速装置， 确保 曝气池的稳定运行。 通过多年的努力， 污水处理工作发生了显著的变 化，外排口水质达标率逐年提高，见表 3。4 污水处理系统的深度改造经过多年的改造，现有污水处理系统的潜力已基本得到发挥，但是NH3-N和CO哇卩一直无法达标。因此在一控双达标中被列为省管项 目。广州油制气厂通过广泛调研和深人论证， 认识到只有对系统进行 深度改造，采用切实可行的技术才有可能最后使 NH厂N和COC达标, 并与广东省微生物研究所会作，进行了以下的工作。4.1 实验装置本着节省

6、环保投资的原则， 按照现场生化处理系统的尺寸， 按比例缩 小构建了缺氧一好氧实验装置，以期待实验结果应用于原系统改造。待处理的废水在调节池混合后用泵打入缺氧生物滤池， 然后经过好氧 活性污泥曝气、澄清过滤后外排。工艺流程如图 2 所示。4.2 实验实验分为三个阶段进行， 第一阶段主要是选育降解微生物和脱氮微生 物，向实验反应器中投加和驯化； 第二阶段调整运行参数争取出水达 标；第三阶段进行各种条件下的数据积累。降解菌的选育和驯化由于废水可生化性较差， C/N 比失调和在去除高浓度氨氮的压力下， 如果曝气池系统活性污泥得不到足够的营养， 异氧型微生物会逐渐消 耗自身，导致污泥矿化，污泥浓度下降。

7、在此特殊情况下为保证微生 物含量， 不能用常规的微生物发酵的方法进行， 实验室选育的高效降 解菌在混合培养和投加到处理系统中时，只能循序渐进，反复驯化。 如果用常规的丰富培养基大量培养降解菌， 投加到废水中降解菌的降 解活性会下降，甚至完全不能生长。4.2.2 影响处理系统效果的因素生物处理法的关键是微生物。 废水处理系统的酸碱度、 有毒物质浓度 以及处理的温度对微生物均会产生强烈的影响， 导致处理效果发生很 大的改变。在文献或某些废水处理工艺中，PH值要求为6刃，而实验中发现PH在 8.5则的废水对废水处理系统会产生较强的负面影响；在水质恶劣的情况下，分隔的缺氧池可以并联、 串联或交替灵活运

8、行， 充分发挥生物膜结构对废水中有毒物质的吸附、 降解和减毒的缓冲作 用；在受到高浓度有毒物质冲击中毒后， 缺氧池表层的填料可以更换， 以减轻毒害物质对处理系统的毒害作用； 同样温度对去除氨氮的影响 也十分重要。处理气温下降到 215C时，硝化细菌活性大幅度下降 （表 4）。4.3 污水处理系统改造根据实验情况，瑞系统实际，对系统进行深度必造。应用生物强化技术常规废水处理系统中高效降解菌和硝化菌存在的数量不多， 为了用于 改造系统， 利用饥饿育种、 选择性压力等方法选育能有效分解废水中 难降解有机物的微生物共 7属 1 1 7株，其中包含了较少见报道的杂环 化合物降解菌；还富集、筛选了脱氮的硝

9、化细菌株。由于难降解、有毒的工业废水处理系统中的微生物的数量和增殖速度 都远远低于一般无毒、 高浓度有机废水处理系统的微生物， 经过投加 和驯化高效降解菌和硝化细菌， 系统中缺氧池填料和活性污泥中培养 的微生物的数量达到了较高的数量级， 微生物的数量在低温季节仅比 夏季低一个数量级。系统的处理效果有了较大的提高。4.3.2 进一步改进缺氧一好氧处理工艺 目前国内缺氧一好氧工艺中缺氧池大多数采用由下部进水的方式， 这 种水解一酸化处理工艺对高浓度有机废水具有较为独特的优点。 但当 处理含有还原型化会物较多的石油化工废水生物处理的反应则应以 好氧型反应为主。在下部进水的缺氧池中，填料由于浸泡在水中

10、，生 物缺氧程度较高； 系统改造使用上部的进水方式， 缺氧池的填料表面 形成三维的生物膜， 生物膜表面的微生物代谢类型在废水流经时主要 是好氧型，能更有效处理废水。4.3.3 更换缺氧池填料微生物具有较强的吸附性能， 采用多孔的填料充填缺氧池， 投加降解 菌和硝化细菌， 通过对附着生长型微生物的挂膜驯化， 可在多孔填料 表面形成含有较多数量微生物的生物膜，即使在冬季低温和高浓度CODNH N下，缺氧池仍可保持1X 1O6H.7 X 107个细菌/克填料， 有效的增强了缺氧池的抗冲击能力和减毒作用。 在进水正常时， 缺氧 池的作用表面上看起来不明显， 在进水不正常时， 缺氧池的减毒作用 就能极大

11、地减轻毒害物质对好氧活性污泥的强烈影响。5 改造达到的技术指标及存在问题国内调研表明，由于资金、 设计缺陷和管理等原因，有些油制气厂处 理设施瘫痪， 无法运行，污水甚至未经任何处理直接外排。 在调研时， 某煤气厂污水处理系统正常运行， 但由于污水发生量较大， 系统不堪 重负，处理效果不佳，CO併口 NH3- N严重超标。只有上海某厂和北京某厂处理效果稍好 （表 8），但都不能完全达到国家一级排放标准， 即 CO庫 l50mg/L , NHO Nv 20mg/L。通过对系统的改造调试和对微生物的驯化，油制气生产废水在480640mg/L、NH -N在58-182mg/L时，可以达到广州市的地方排

12、放 标准，CO玄110mg/L, NH3-N0.3m/s的前提下降低速度v,当取末端流速为0.3m/s时, 前端流速0.3m/s，而且越靠近起点流速越大，因而受施工精度、流 量变化影响较大,配水均匀稳定性较差。变孔距法虽没有等孔距法几何对称的优点, 但它能够最大限度地 降低流速使得计算结果与实际相符合。 配水槽变宽段的槽宽沿直线变 化,施工容易, 而且配水均匀基本不受日常流量变化的影响,因此变 孔距法较等孔距法配水的稳定性和可靠性都会增强。2 配水槽变孔距法的设计计算 配水槽宽度 B 计算 为了防止混合液在配水槽内发生淤积,环槽流速不应低于 0.3m/s1 。为方便施工,配水槽底宜采用平底,布

13、水孔的孔径要一样大，槽宽不宜小于0.3m。因此令变宽段vm0=0.3m/s,等宽段B=0.3m 按最小流量Qm确定配水槽宽度得:2占)Wfl)0,3(LtL变宽段长度Lc=(1-0.3 /BO)Lo，等宽段长度LE=0.3/ BoLo。 布水孔间距按平均时流量Qh确定布水孔间距，把式(1)代入能量微分方程, 且因流速v较小，将gH-v2 gH,则能量微分方程可化为:r _ 卡丄也H仏U) H张护真占丁卅(茜A】对应于Qh的起点水深HhO为：HoHno+1-(H hoQr fQh)z hO(3)选择合适的配水水头Zh,解式(3)方程确定相应的Hho，代入式(2) 求出H并作出水面曲线H,则距起点

14、Li处的配水水头Z=Zho+Hi-Hh(X 该点设布水孔时，对应的单孔泄流量q由孔口的孔径d和孔上配水水 头所决定，即 qi二卩 AKF(2gZiKF)，孑L距 C=L0 /(Qh/qi)。其中卩 为流量系数，A为布水孔口断面面积。3 应用实例3.1基本计算条件某城市污水采用活性污泥法处理，二沉池采用周边进水辐流式沉淀池，根据表面负荷率要求已定沉淀池直径 D=36m由配水井进入配 水槽的流量 Qh=1875m3/h ，为了施工方便，配水槽底坡 i=0 。 周边进水沉淀池一般用作大、中型污水处理厂二沉池，流量变化不大，Qm/QO 0.5，现取 Qm=0.6 Qh=1125mh。 布水孔孔径 d

15、的确定在给水中采用孔口配水时孔径一般为 100mm但周边进水沉淀池 多用于污水处理厂二沉池， 二沉池进水悬浮物很多， 其混合液浓度都 在2000mg/L4000mg/L之间，且絮凝性能较好。为了避免堵塞孔口， 配水孔的孔径采用d=100200mn为宜。本例采用d=100 mm 配水槽为矩形过水断面，设槽内允许流速vm=0.3m/s：B0=Hm0=(Qm0.3)1/2=1.02m 等宽段槽宽B=0.3m长度Lc，变宽段长度IE，贝心Le=(1-0.3 / Bo) x Lo=79.83mLc=L0-LE=33.27m当 L LE 时，B=B(X (1-L /L0)=1.02 x (1-L /L0)

16、，当 LEV L L0 时 B=0.3m。 计算对应于Qh的起点水深HpO把式 化为H n+1ho=HL+(1-H noX Q)/HmoX Qh)2 x 乙o,对该方程 采用循环迭代法求解，直至丨H1+1ho=H1ho |v 。现取初值H0h0=1.0m Zh0=0.1m 控制因子 =0.01，经计算得 HhO二Hn+1h0=1.0839m 配水槽水面曲线将整个计算长度(沉淀池周长)分为若干段，对每一小段而言，可 以把式化为：|昭詩F就出島嗨严以仏垃5)Hi+1=Hi+ H(i=1, A, nn)式中nn配水槽等分段数 H相邻两段水位差 L相邻两段长度取长度步长 L=0.01m, H0=Hh0

17、就可计算出配水槽水面高度 H, 计算结果如图1所示。 计算孔距Ci和孔数mi根据绘出的水面曲线图，按水面曲线落差为1cm将其分为三段,确定各段的长度Li和配水头Zi, qi、Ci和mi的计算如下：qi二卩1/2A(2gZi) , Ci=L/(Qh/qi),mi=li/Ci，其中取流量系数 卩=0.062 3.2计算结果及分析各段计算结果如表1所示表1配水槽计算结果段名长度(m)起点水深(m)孔泄流量(10-3m3 /s)孔距(m)孔数平均流量JP510 -3m/(m s)一44.881.08396.3043381.3633 /4.63552625.601.07395.9250051.2820

18、/4.62891042.621.06395.991291.21354.598389F” i合计113.188则计算配水槽进水流量为0.5225m?/s。平均流量qi二mi x( qi /Li)。计算结果的影响因素分析： 配水槽中水流除受重力、浮力和阻力作用外，同时受到离心力的作用而产生螺旋流，水流紊动加大使布水孔的流量减少，造成实际情况与计算有一定的差异。在沉淀池直径较大、配水槽内水流流速 较小的情况下，计算结果才比较接近实际； 配水槽中的粗糙系数n般在0.0120.014之间，不容易精 确估计，因而也会给计算结果带来一定的误差; 实际水流环槽圆周流动且流动中沿布水孔泄流，属于明渠非 均匀流，但计算中将它简化为直线渐变流，因而造成一定的误差； 计算中认为配水槽断面上各点流速大小相等，但实际中由于 液体的粘滞性和池壁的阻滞作用及离心力作用， 断面上各点流速大小 不相等，水流最大流速偏向槽外缘。鉴于这种情况，只有在水流平均 流速较小、池直径较大时，实际同理想状态才比较一致。4 结论 变孔距法配水的稳定性和可靠性比等孔距法好，基本不受日 常流量变化影响，且能够很好满足配水均匀性的要求。 变孔距法强调流速基本不变，能够最大限度降低环槽流速， 使计算结果与实际情况更加吻合。 采用变孔距法设计配水槽时，槽宽沿程直线变化，易施工， 而且可以把配水槽和集水槽合建，总宽度沿程不变。