浅谈某煤制天然气项目废水“零排放”技术特点

浅谈某煤制天然气项目废水“零排放”技术特点

王银龙

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰 025350

摘要: 以煤炭资源替代部分油、气资源，是我国经济建设可持续发展的必由之路。发展大型煤基合天然气产业，是实现煤炭资源清洁利用和提高煤炭资源利用的附加值，落实科学发展观、实现可持续发展的客观选择。而因节能减排与环境保护的需要，工业废水零排放又为煤制天气项目的先决条件，使得煤制天然气项目废水零排放为现今的煤化工行业的热门话题，本文就煤制天然气项目废水如何实现零排放处理进行分析和探讨。

关键词:煤制天然气；废水回收利用；零排放

引言：

在水资源匮乏的今天，合理有效利用水资源尤为重要，所以煤制天然气项目在设计过程中，根据各工艺过程对水量和水质的要求，结合水源条件，从节约用水、保护环境，确保煤化工经济、安全运行等角度出发，建立合理的水量平衡系统，按照“清污分流”、“水的分级利用”原则对各类废水进行处理，回收利用，有效的减少全厂耗水量，并实现废水零排放。

1某大型煤制天然气项目各水系统

1.1供水水源

水源取自大石门水库，供生产水及生活水使用，此外，生产厂区除使用大石门水库水外，厂内产生的污水全部经过处理后回用，实现废水不外排。厂内产生的回用水主要用作生产水补水、循环水补水等用途。厂内的生产用水主要用作脱盐水、循环水补水、机泵冷却水等用途。

1.2全厂循环水处理系统

全厂循环水系统分化工区循环水系统和动力循环水系统两部分，其中化工区循环水系统又分为空分循环水系统、工艺净循环水系统、煤气净化循环水系统（由于煤气净化循环水系统采用经过污水处理、活性焦吸附处理、超滤处理的产水，为中水回用，水质较差，故煤气净化循环水系统被习惯称为浊循环水系统）。

1.3全厂水处理系统

1.3.1 生活水处理系统

生活水主水源为水库水，水库来水及地下水经生活水处理站处理达标后，由综合给水泵房内的生活水泵升压供至厂区各用户使用。处理过的地下水直接进入活性炭过滤器，经过滤后存至清水池，清水池用于储存经处理合格后的清水。

1.3.2 动力化学水处理系统

化学水处理站水源为大石门水库地表水及再生废水和浓盐水处理装置产生的脱盐水。水处理方式采用纤维过滤器加活性碳过滤器预处理，再经一级除盐加混床处理，脱盐水主要用于锅炉用水。

1.3.3 化工凝结水处理系统

凝结水精处理系统处理的冷凝液有三类，分别为：工艺透平冷凝液、全厂冷凝液、甲烷化冷凝液。

工艺透平冷凝液系统，工艺透平冷凝液通过加压水泵进入管式过滤器、活性炭过滤器、混床处理，产水进入合格凝结水箱。

全厂冷凝液系统，全厂冷凝液通过加压水泵进入管式过滤器、活性炭过滤器、阳床、混床处理，产水进入合格凝结水箱。

甲烷化冷凝液系统，甲烷化冷凝液通过加压水泵进入管式过滤器、活性炭过滤器、阳床、混床处理，产水进入合格凝结水箱。

合格凝结水用于锅炉用水。

1.3.4 污水处理系统

污（废）水处理系统为煤制天然气项目的配套环保处理设施，有机污水处理装置由主生化段和深度处理段组成，主要将生产装置区来的气化酚氨回收稀酚水、甲醇废水、工厂生活及化验污废水、初期雨水及地坪冲洗水、事故池非经常性来水等污废水收集后送入综合调节池进行水质水量调节，出水依次送入UASB池、A/O 池和二沉池中进行生化处理，通过生化处理对主要污染物进行降解处理，收集二沉池上清液送往深度处理段；深度处理段原设计工艺路线为缓冲水池+活性焦吸附池+混凝池+沉淀池+中间水池+曝气生物滤池+变孔隙滤池+回用水池，出水进入后续回用段膜处理装置处理；经超滤膜处理产水送至煤气净化循环水系统，经反渗透装置处理后的回用产水送综合水池回用，膜后浓水送至浓盐水系统。

1.3.4 浓盐水处理系统

浓盐水分为三部分，再生膜浓缩系统接收化学水及凝结水再生废水，经过超滤、反渗透将合格产水送至综合水池，浓水送至多效蒸发处理。

回用水膜后浓水及煤气净化循环水排污水经机械加速澄清池沉淀后经超滤、纳滤、反渗透装置处理，产水送综合水池回用，浓水与再生膜浓缩浓水汇合送至多效蒸发处理。

多效蒸发将浓水中的盐水分离，蒸发产生的冷凝液送至煤气净化循环水。

2煤制天然气项目零排放处理难点分析

2.1 碎煤加压气化废水处理困难

碎煤加压气化废水为国家863重点课题—“碎煤加压气化废水处理与回用技术”。其废水主要特点为高COD、高酚，水质成分复杂，处理非常困难，也是煤制天然气项目零排放的最大难点，碎煤加压气化废水处理的好坏影响着其中水是否能够实现回用，这也是实现零排放的重点工段。

2.1.1进水污染物浓度较高、成分复杂，生化降解困难

以某大型煤制天然气公司水质为例，其进水CODcr: 3500mg/l、NH₃-N：150mg/l、总酚700mg/l、矿物油50mg/l，调节池出水COD小于3500mg/L，具体进水水质情况见下表，出水COD基本控制350mg/L以下，出水氨氮偏高，出水氨氮约80mg/L，大于15mg/L的控制指标。

主要存在以下问题：

1）进水水量超设计值：设计酚氨回收满负荷运行水量600m³/h，但根据现在实际运行推算，应达到620～660 m³/h，低温甲醇洗设计水量8m³/h，实际运行达到25m³/h。其它还有雨水系统排水、动力区排水、事故暂存池返水等。

2）酚氨回收设计来水COD小于3500 mg/L，有机污水调节池COD小于3055mg/L，实际运行中酚氨回收出水COD较高时会达到4000～4500 mg/L，致使有机污水调节池COD时有超标情况（2016年1~3月份调节池COD平均浓度为2653mg/L；其中有12天COD指标超过3055mg/L），较高负荷运行时易对主生化段产生冲击。

3）生化出水含盐量及惰性COD偏高：事故缓冲池返水均由污水处理主生化装置处理，由于该股废水具有高盐特性，并且水中COD相对较低，进入生化系统时易造成生化出水含盐量及惰性COD偏高，影响生化处理效率。

4）生化处理系统硝化效果差：目前生化系统的进水氨氮约150mg/L左右，经过生化处理后出水氨氮约60mg/L左右，去除率仅为60%。

针对以上问题，采取解决措施如下：

1）增加前处理：酚氨回收在高负荷情况下出水水质难以达标，经过专家会论证，酚氨回收出水COD较高主要因褐煤含水率高，超出酚氨回收处理的设计值。为降低主生化段进水的污染物浓度，增加一系列酚氨回收装置，降低进水污染物浓度。三系列酚氨回收投运后，进水指标均已控制在设计范围内。

2）某大型煤制天然气公司雨水无法按设计要求进行外排，雨水水质质较好，经化验测定无需处理就可达到回用要求，针对此类废水直接补至工艺净循环，这样有效解决有机污水处理水量较大问题的同时也可降低浓盐水处理的水量。

3）事故缓冲池来水含盐量较高，COD相对较低，此部分水可送至浓盐水直接处理，不再向污水处理装置返水，将其送至浓盐水处理后，有效的降低了生化系统的处理负荷，而且对浓盐水影响较小。

4）针对氨氮处理效率较低，主要因为生化负荷较大，污泥龄控制不当，曝气不足等问题，上述措施将水量问题解决，合理控制污泥龄及污泥浓度，并将风机房窗户更换为百叶窗，使曝气风机可充分做攻。目前生化出水氨氮已降至10mg/l以内。

2.1.2深度处理活性焦吸附工艺不成熟

水焦比达不到设计值（设计350：1实际运行800～1000：1），调试及运行前期深度处理段沉淀池经常发生跑焦现象，出水浊度较高，由于生化系统将可降解COD大量去除，剩余多为难降解COD，两级曝气生物滤池去除率较低。

存在问题

1）加焦量不足问题：因活性焦脱水机能力限制，深度处理段加焦量达不到设计350：1。

2）两级曝气生物滤池未达到其应有的去除率。

3）出水浊度较高问题。

解决措施

活性焦吸附工艺用于物理吸附，无法使难降解COD进行氧化改性、断链，并产生大量废焦，难以处理，经过多次专题会讨论，并小试论证，我们提出技改，采用臭氧催化氧化工艺替代活性焦吸附工艺。

臭氧催化氧化工艺主要优势有：可将部分COD直接氧化去除，还可将难降解的长链COD进行断链、氧化改性，转化为容易降解的COD，使后续的两级曝气生物滤池可发挥更大的作用，同时不再产生的焦泥，自然解决了焦泥处置问题。

2.2水量较大，水平衡困难

2.2.1中水回用系统规模不足

由于原料煤采用褐煤，产生的废水量超出设计范围，回用水系统处理能力不足，我们进行技改扩容，是回用水系统可满足水系统使用要求。

2.2.2 浊循环排污膜浓缩存在问题：

1）处理能力不足，由于前段水量增加，衍生出来的后续装置能力不足问题，须全部膜处理装置全天候运行，化学清洗时间压缩，膜系统清洗频繁。

2）膜堵塞严重：因进水水质问题现纳滤和反渗透膜已严重堵塞，化学清洗无法恢复处理能力，更加重了处理能力不足问题。

3）浓盐水产水水质差，达不到动力脱盐水站要求。

解决措施

浊循环排污膜浓缩解决措施：

1）增加浊循环排污膜浓缩超滤、纳滤、反渗透装置各一套，增加化学清洗装置一套，提升处理能力。

2）有计划对污堵的膜元件进行彻底离线清洗。

3）进行管线改造，将浓盐水产水全部回用至生产水池。

2.2.3蒸发段存在问题：

1）多效蒸发飞料及雾沫夹带问题。现浓盐水处理水质较设计值差，运行时蒸发罐存在大量不易破裂的泡沫，开停车及蒸汽压力波动时易出现严重的“飞料”现象，平时运行时也存在雾沫夹带问题，使出水水质变差，导致浊循环水质变差（如浊度和氯根升高），严重影响浊循环的正常运行。

2）运行负荷不足问题：设计为100 m³/h，实际运行负荷不足70 m³/h。即影响全厂的水平衡，也影响全厂盐平衡，使废水处理系统的盐含量逐步升高。

蒸发段解决措施：

1）系统碱度较高，加酸去除碱度时反应不完全，产生飞料。在蒸发前增加除碳器，让反应提前进行，目前系统不再发生飞料现象。

2）针对高COD、高盐的水质特点，增加DTRO装置对多效蒸发进行减量化处理，降低多效蒸发的处理量，对进水进行提浓，有效的改善了盐平衡及水平衡问题。

2.3化学水系统超设计值运行

存在问题：化学水清洗频繁，制水周期不足，且运行超出设计用水量。

解决措施：经过排查发现全厂伴热蒸汽、导淋冷凝液回收率较低，多处于对空排放，浪费严重，增加冷凝液回收系统，此部分水品质较高，回收后使化学水进水水质得以改善，延长化学水床体的制水周期，减少清洗自用水，且冷凝液回收后，取水量明显下降，化学水系统得以改善。

2.4净水的回收利用

工艺净循环水、空分循环水、动力循环水及化学水系统冲洗水，水质均较好，虽无法回用至生产水系统，可作为脱硫工艺补水，此部分水水量较大，与脱硫工艺补水基本持平。

3结论

经过多年的运行总结，煤制天然气项目实现废水“零排放”是完全可行的。实现这一目标时，需要做大量的工作，首先从源头抓起，将碎煤加压气化废水处理达标；然后根据水质不同进行分级利用，回收作为循环水的补水，作为生产水的补水等；从点滴做起，将各类排放水合理减量，减轻水处理系统的负担；做好水的合理分配，根据工艺特点，将相似水质加以回收利用。

参考文献

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