煤化工废水处理技术方案与设计说明

煤化工废水处理技术方案与设计说明一、煤化工废水特性分析煤化工生产（如煤制油、煤制烯烃、焦化）过程中，废水主要来源于煤气洗涤、气化冷凝、焦油加工、甲醇合成等环节，具有水质复杂、污染物浓度高、毒性强的特点：有机物负荷高：COD浓度通常为3000~____mg/L，含酚类、多环芳烃、杂环化合物等难降解有机物，B/C比多在0.2~0.4之间，可生化性较差；氨氮浓度高：氨氮含量可达500~1500mg/L，主要来自煤气化过程中含氮有机物的分解；盐分与毒性物质：TDS（溶解性总固体）常超5000mg/L（含Cl⁻、SO₄²⁻、Na⁺等），且含氰化物、硫化物、重金属（如As、Hg），对微生物具有抑制作用；水量波动大：受生产工况影响，日排水量波动可达±30%，水质随生产环节切换（如气化、净化）呈现显著变化。二、处理技术方案设计（一）预处理单元：去除悬浮物、油类与水质均化针对废水初始污染物，预处理需实现“固液分离+油类去除+水质稳定”：1.格栅与调节池：采用机械格栅（栅隙5~10mm）拦截木屑、煤渣等大颗粒杂质；调节池有效容积按日排水量的1/4~1/3设计，内设搅拌装置（或空气搅拌），使水质波动系数≤1.5，保障后续工艺稳定运行。2.隔油与气浮：平流隔油池停留时间2~4h，去除浮油（效率≥90%）；后续加压溶气气浮（溶气压力0.3~0.4MPa）处理乳化油，投加PAC（50~100mg/L）与PAM（1~3mg/L）强化絮凝，油类残留量控制在10mg/L以下，避免抑制生化系统微生物活性。（二）生化处理单元：降解有机物与脱氮由于废水可生化性差、氨氮负荷高，需采用厌氧-好氧联用工艺，结合耐盐驯化与污泥强化技术：1.厌氧处理（IC/UASB反应器）：选用内循环厌氧反应器（IC），利用“底部高负荷+顶部低负荷”的梯度环境，强化有机物降解与污泥截留；容积负荷控制在2.5~4.0kgCOD/(m³·d)，温度35~38℃（中温厌氧），COD去除率可达60%~75%，同时将复杂有机物转化为乙酸、甲烷等小分子物质，提升B/C比至0.3~0.5。针对高盐废水（TDS＞8000mg/L），需通过“逐步提升盐分浓度”驯化耐盐产甲烷菌群，或投加嗜盐菌剂（如*Halomonas*属）强化系统抗盐能力。2.好氧处理（A/O工艺+MBR）：采用缺氧-好氧（A/O）工艺脱氮：缺氧段（DO＜0.5mg/L）通过反硝化菌将NO₃⁻还原为N₂，投加甲醇（C/N=3~5）补充碳源；好氧段（DO=2~4mg/L）利用硝化菌将NH₄⁺氧化为NO₃⁻，污泥浓度控制在4~6g/L，污泥龄18~24d，氨氮去除率≥95%。若废水盐分高（TDS＞____mg/L），替换为膜生物反应器（MBR），通过中空纤维膜（孔径0.01~0.1μm）截留污泥，提升污泥浓度至8~12g/L，同时避免盐分对微生物的冲击，COD去除率可再提升10%~15%。（三）深度处理单元：达标排放与水资源回用经生化处理后，废水仍含微量难降解有机物、盐分与悬浮物，需通过高级氧化+膜分离实现深度净化：1.Fenton氧化：调节pH至3.0~4.0，投加FeSO₄（Fe²⁺投加量为H₂O₂的1/10~1/5，质量比）与H₂O₂（投加量为COD的1.5~2.0倍），利用·OH自由基氧化苯环、杂环类污染物，反应时间60~90min，COD去除率30%~40%，同时破坏难降解有机物结构，提升后续膜系统的抗污染能力。2.膜分离系统：超滤（UF）：采用PVDF材质中空纤维膜，操作压力0.1~0.2MPa，截留悬浮物、胶体与大分子有机物，产水SDI（污染指数）＜5，保障反渗透（RO）系统稳定运行；反渗透（RO）：选用低压复合膜（操作压力1.5~2.5MPa），脱除盐分（TDS去除率≥98%），产水COD＜30mg/L、TDS＜500mg/L，可回用于循环冷却水、脱盐水站补水，回用率≥70%。三、工艺设计关键参数与设备选型（一）核心工艺参数单元关键参数控制范围--------------------------------------------------------------------------调节池停留时间8~12hIC反应器容积负荷、温度2.5~4.0kgCOD/(m³·d)、35~38℃A/O好氧池污泥浓度、DO、污泥龄4~6g/L、2~4mg/L、18~24dFenton氧化pH、H₂O₂投加量、反应时间3.0~4.0、COD的1.5~2.0倍、60~90minRO系统操作压力、回收率1.5~2.5MPa、70%~75%（二）设备选型要点耐腐蚀材质：泵、管道选用316L不锈钢或FRP（玻璃钢），应对酸性、含硫废水的腐蚀；高效反应器：IC反应器采用“三级布水+两级气液分离”结构，提升传质效率；MBR膜组件选用抗污染型（如带亲水涂层的PVDF膜）；自动化控制：设置PLC控制系统，实时监测COD、氨氮、DO、pH等参数，联动调节药剂投加量、污泥回流比，实现无人值守运行。四、运行管理与优化策略（一）水质监测与预警每日监测预处理出水油类、生化段进出水COD/氨氮、深度处理产水TDS；厌氧反应器沼气产量（甲烷含量≥60%为稳定）、好氧池DO（硝化阶段≥2mg/L）为核心预警指标，异常时启动应急措施（如稀释进水、投加碳源）。（二）污泥管理厌氧污泥：定期补充磷盐（P/C=0.05~0.1）与微量元素（如Ni、Co），维持产甲烷菌活性；好氧污泥：二沉池回流比控制在50%~100%，剩余污泥经板框压滤（含水率≤80%）后外运处置，避免二次污染。（三）膜系统维护超滤：每周在线化学清洗（柠檬酸+次氯酸钠），每季度离线清洗，缓解有机物污染；反渗透：每月在线酸洗（柠檬酸，pH=2.0~3.0）与碱洗（NaOH+Na₂S₂O₃，pH=10.0~11.0），控制膜通量衰减率＜15%/年。五、工程案例与效果验证某煤制乙二醇项目采用“预处理（格栅+调节池+气浮）+IC厌氧+A/O+Fenton+UF-RO”工艺，设计规模6000m³/d，进水水质：COD=9000mg/L、氨氮=900mg/L、油类=600mg/L、TDS=6500mg/L。处理效果：生化段后COD=1500mg/L、氨氮=15mg/L；深度处理后外排水COD＜40mg/L、氨氮＜3mg/L、TDS＜800mg/L，满足《合成氨工业水污染物排放标准》（GB____）特别排放限值；回用水TDS＜500mg/L，回用率75%，吨水运行成本约4.5元（含电费、药剂费、污泥处置费）。六、结论与展望煤化工废水处理需依托“预处理-生化-深度处理”三级工艺，通过厌氧-好氧联用强化有机物降解与脱氮，结合高级氧化