一体式低氧生化技术和新型BAF技术在MTO废水处理中的应用

摘要：MTO废水具有石油类和COD值较高、含部分难生物降解和有毒物质、水质受生产装置影响波动较大的特点。本文通过某MTO废水处理及回用项目实例介绍，分析了一体式低氧生化处理技术和高分子惰性有机滤料BAF技术在MTO废水生化及深度处理中的适用性和优势，并介绍了该技术的主要工艺参数。

关键词：MTO废水;低氧生化;高分子惰性有机滤料;BAF

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.037

Abstract：MTO wastewater contains high concentration of petroleum and COD， a part of refractory organic matter and toxic substances， and high water quality waving affected by production plant. Based on an example of MTO wastewater treatment and reuse project， the applicability and advancement of low oxygen biochemical treatment technology and polymer inert organic filler BAF in MTO wastewater biochemical and advanced treatment are expounded in this paper， In addition， the main design parameters of this technology are introduced.

Keywords：MTO wastewater; Low oxygen biochemical;Polymer inert organic filler;BAF

MTO是以煤基等合成的甲醇为原料生产低碳烯烃。“十三五”期间MTO产能将超过石油路线，成为国内烯烃主导型生产工艺。[1] 预计到2020年，我国规划和批准的MTO产能将达到20Mt /a。[2]

MTO装置主要包括反应再生系统、烯烃分离系统、急冷水洗及汽提系统。[3]急冷水洗及汽提系统中水汽提塔底和急冷塔底排放大量高浓度有机废水，废水中含低碳烃类及低碳氧类有机物、甲醇、甲醚、催化剂细粉、醋酸钠、氢氧化钠长链烷基及芳烃油类物质及部分醛类、酮类等有机物。

随着MTO产能的扩大，MTO消耗的清洁水量和废水产生量也随之大幅增加，对MTO废水进行有效回用处理，既能满足国家对水资源保护的要求又能减轻MTO企业负担。处理后的废水如能满足锅炉补水、循环水补水水质要求等，实现废水的回用，将大幅降低甲醇制烯烃整体水耗，实现吨烯烃耗水降低至3 吨以下[3]。寻求高效、节能、运行稳定、投资和运行费用低的MTO廢水处理及回用技术迫在眉睫。

MTO废水石油类、COD值较高，含部分难生物降解和有毒物质，水质受生产装置影响波动较大。[4]目前国内已投产的MTO装置配套废水处理及回用工艺多采用：预处理-生化处理-深度处理-中水回用处理。其中除油预处理和中水回用处理工艺已成熟，均采用隔油-气浮除油、双膜脱盐工艺。而生化处理和深度处理工艺的变化较大，传统工艺和各类改良工艺均有使用，处理效果良莠不齐，高效、适用的生化处理-深度处理工艺还在探索中。

本文通过某工程实例介绍，阐述了一体化低氧生化处理技术和高分子惰性有机滤料曝气生物滤池技术在MTO废水生化和深度处理中的适用性和先进性。

1 废水来源与设计进出水水质

1.1 废水来源及水质水量

该项目为60万吨/年MTO及10万吨/年丁二烯项目，采用了UOP公司MTO技术和惠生工程烯烃分离技术及丁烯氧化脱氢制丁二烯技术。主要产品为丙烯、乙烯、丁二烯，副产品为丙烷、乙烷、粗苯、LPG等。

废水来源于MTO装置、丁二烯装置、配套公用工程和辅助装置生产、生活废水及生产装置的冲洗水、无组织排水。设计处理规模为400m3/h。主要废水排放点及对应水质水量如表1、表2所示。

1.2 排放与回用标准

处理后的废水进入中水回用装置前满足《石油化学工业污染物准》（GB 31570-2015）中表1的要求，具体污染物指标详见表3。

处理后污水水质指标满足中石油《炼油化工企业废水回用管理导则》中表3对优质再生水的要求，回用作至脱盐水站补充水，主要水质指标见表4。

RO浓水及UF反洗水等外排水排至园区污水处理场，水质满足《南京化学工业园区废水排放管理规定》中要求，主要指标见表5。

2 工艺流程说明

根据该项目废水的特点、进出水水质要求，本着长期稳定运行、节约投资和运行成本的原则，废水回用处理采用：除油预处理-生化处理-深度处理-膜前预处理-双膜处理工艺。工艺流程如图1所示。

2.1 废水预处理

MTO废水进水水温和油和悬浮物浓度较高，生化之前采用换热-隔油-气浮-均质调节预处理工艺。

丁二烯废水中无悬浮物，油含量较低，采用换热-气浮-均质调节预处理工艺。

事故废水和不合格排水经事故罐缓存后进入MTO废水或丁二烯废水预处理系统。

2.2 废水生化处理

生化处理段采用一体式低氧生化工艺，改工艺由生物选择区、低氧生化区和沉淀区组成。废水和沉淀段区流污泥在生物选择段混合，低氧生化区去除废水中大部分有机物后流入沉淀区，经泥水分离去除大部分悬浮物后自流至缓冲池，由水泵提升进入深度处理系统。

2.3 废水深度处理

深度处理选用高密度沉淀-BAF组合工艺。高密度沉淀段进一步去除生化出水中悬浮物，同时去除废水中胶体物质及通过加药降低水中碱度和硬度后自流入BAF，BAF内设轻质滤料，进一步降解废水水中有机物、氨氮、油类物质和氰化物等。

2.4 中水回用处理

曝气生物滤池出水悬浮物仍较高，依次经过多介质滤器、自清洗滤器、UF装置去除悬浮物、胶体等杂质，再通过RO装置除盐，产水送至脱盐水站，浓水外排。

3 一体式低氧生化与轻质滤料BAF主要工艺参数

一体式低氧生化池：设计水量400m3/h，总停留时间：42hr，其中生物选择区：2hr，低氧生化区：33hr，澄清区：5.75hr，LDB出水缓冲池：1hr，污泥浓度：6-8g/L，容积负荷：1.11kgCOD/m?d，污泥负荷：0.075kgBOD5/ kgMLSS.d，污泥龄：50-65d，剩余污泥量：1.4TDS/d，污泥回流比：100%，曝气风量：132m3/min，风机类型：空气悬浮风机。低氧生化区混合液回流比：30-40倍可调，曝气软管在废水中氧转移率：≥30%。

曝气生物滤池：设计水量 400m3/h，三级串联运行，滤速：3m/h，滤料接触时间：3hr，滤料层高度：3.5m，滤料层滤料填充率：80%，滤料类型：聚氨酯高分子材料，有机负荷：0.15kgCOD/ m3.d，气洗强度：4L/m2.s，气水比：4：1。

4 一体式低氧生化技术介绍

4.1 工艺介绍

传统好氧工艺曝气池Do控制在2mg/L以上，Do高于微生物生长所需。低氧生化技术通过控制曝气池溶解氧（0.3～0.7mg/L），使得单一池体内同时存在好氧菌和缺氧菌。

一体化低氧生化技术是采用新型空气推流技术、大比例循环稀释技术、高效曝气技术、溶解氧自动控制技术等实现曝气池内低氧环境。内挂式泥水分离系统可使曝气池和沉淀池合建，形成了集约型一体式结构。

新型空气推流技术是指通过风机输送的空气经由穿孔管释放至废水气提区，使该区域液位上升污水自流至曝气池前端与进水混合。以极低的扬程在同等能耗的前提下获得极大的推流量，实现大比例循环稀释功能。

空气推流系统工艺原理及实际运行效果如图2所示：

高效曝气技术是指采用进口微孔曝气软管地毯式铺设，控制单位曝气管通气量，降低气泡上升速度，使系统在稳定状态运行，以便于维持池内高污泥浓度。曝气管布置如图3所示。

4.2 适用性说明

预处理后废水进入生化系统CODcr约1500mg/L，以低碳易降解有机物为主，但也有部分难降解的苯类及杂环类物质和部分有毒物质，另外生产装置故障时和间歇排水时废水水质波动较大，对生化处理系统冲击大。为保障中水回用双膜法膜的使用寿命，废水进中水回用前需尽可能将有机物去除，如系统中增设高级氧化工艺，将使项目投资废水和运行费用大幅增加，因此选用的生化处理工艺需有能处理难降有机物和耐冲击性强的功能。

低氧生化技术采用低氧运行环境，曝气池内存在兼性厌氧菌，具有水解酸化功能，能將部分环类有机物破环断链，提高废水可生化性，使大部分难降解有机物通过生化和深度处理得以去除。

新型空气提升系统在低能耗下实现水池内废水大比例回流，加上低氧环境下系统内污泥量可维持在较高水平，污泥浓度可达到6～8g/L，使系统抗冲击能力极大地增强。

4.3 先进性说明

4.3.1 占地少，投资费用低

该技术系统内同时存在厌氧菌（生物选择区）、缺氧菌和好氧菌（低氧生化区），系统内活性污泥量可达到6～8g/L较传统工艺3g/L大幅增加，在相同的污泥负荷下，池容和占地不到大幅减少。

低氧区内同时存在缺氧菌，无需单独设反硝化池，节省了土建和设备投资费用。

采用一体化结构，结构形式如图4所示，内挂式泥水分离系统使生物选择区与低氧生化区、沉淀区可设同一水池内，使得系统占地更少，水池共壁减少土建费用。

沉淀区设斜管滤料和滤料气洗系统，保证出水水质稳定运行的前提下，沉淀区表面负荷较传统工艺提升一倍，沉淀区池容和占地面积减少一半。

4.3.2 能耗低，运行费用低

溶氧控制系统由Do仪、空气悬浮风机、变频器和PLC组成，池内溶解氧由Do仪实时监测，风机转速通过PLC程序进行计算，将无水中Do控制在0.3～0.7mg/L间[5]。

溶解氧充分而不富余，此部分因工艺所需曝气量减少节能20%以上。

进口微孔曝气软管6m水深时，清水中氧转移率>40%，废水中氧转移率可维持在30%以上，较传统曝气器在废水中氧转移率15%～20%，风机能耗减少33%～50%。

该项目曝气风机选用空气悬浮风机，该风机使用高效空气悬浮轴承、永磁同步超高速直流电机、航空铝高精度叶轮、直联和变频控制技术，轴与轴承之间污摩擦，电机效率≥96%，使得空气悬浮风机较传统罗茨风机或离心风机节能20%以上。

混合液通过气提装置实现大比例回流，动力来源自曝气用鼓风机，使用较小空气量即可实现较大量的推流，气提装置消耗的空气量约为曝气所需空气量的5%，其能耗远低于其他推流设备。沉淀区泥水分离系统分离下来的污泥通过刮吸泥机自带排泥管回流至低氧生化池生物选择区，无需另设污泥回流泵。

低氧生化系统污泥龄长，排泥量少，减少了污泥脱水、干化投资费用、运行费用和后期污泥处置的费用。

综上，该项目低氧生化处理技术较传统生化处理技术节能50%以上。

4.3.3 运行维护方便

曝气设备采用德国进口微孔曝气软管，该曝气软管拉伸强度大及扩张性能强，当出现堵塞时，通过切换曝气总管阀门增加单根曝气软管曝气量，在线排除软管内杂质;曝气软管连接的硬管设快速接头可实现不停车、水池不放空情况下在线更换。[6]

本系统溶解氧自动调节，较传统工艺减少了工人工作量。

4.3.4 低氧生化技术与传统生化处理技术对比

低氧生化技术较传统生化技术优势明显，对比情况如表6所示。

5 新型BAF技术介绍

5.1 工艺介绍

该项目BAF采用轻质滤料-BAF技术，该技术是传统BAF基础上发展而成。水流方向为上向流，来水与供气均从水池底部进入，废水由下向上通过滤料床，通过滤料表面附着的工程菌和滤层截留的大量微生物降解有机物。滤料采用高分子有机惰性滤料，其比表面积大于105m2/m3，孔隙率大于85%，且使用寿命长。滤料厚度3～4m，通过上下筛网将其固定在构筑物内。

滤池运行时阻力损失低，一般为0.05～0.10m/ m滤料（传统陶粒滤料BAF滤料水头0.25～0.4m/m滤料），池体可分为多级串联运行，可根据工艺需要设置成曝气滤池和缺氧反硝化滤池。三级串联BAF工艺流程如图5所示。

系统启动初期接种生物含量≥108CFU/g粉末状工程菌，以缩短启动时间。

5.2 适用性说明

该项目深度处理出水CODcr需稳定在60mg/L以下，在无高级氧化情况下，采用普通生化工艺均难以达到要求。轻质滤料BAF水头损失小，可三级串联运行，通过控制Do，除出水CODcr可保证外，总氮也能得到有效去除，出水水质有保障，抗冲击性能增强。

5.3 先进性说明

（1）污泥培养时间短。初次启动时通过投加工程菌制剂提供的优势菌种，在短时间内形成生物膜，大大缩短污泥培养驯化的时间;另外工程菌中的酶制剂能增强污泥活性，提高有机物分解速度。工程菌仅在初次启动时一次性接种，正常运行时无需连续补加。

（2）反洗流程简单、能耗低。轻质滤料-BAF因采用的有机高分子滤料，反洗时只需气洗，无需水洗，不设反洗水泵，气洗时强度3～4L/m2.s较陶粒滤料10～15 L/m2.s大幅降低。工艺简单，投资成本低，反洗能耗低。

（3）反洗后出水水质优。传统陶粒滤料外部通透孔，内部闭塞孔，生物膜附着于滤料表面，反冲洗强度控制不当时容易引起生物膜活性降低，出水水质波动;有机高分子滤料为通透的空间网状结构，反冲洗时生物相得以很好的保留，不因反冲洗造成生物相受损，出水水质稳定。进水SS高时通过提高第一级单池的反冲频次可有效控制，后面單池保持正常运行，出水水质保持稳定。

6 运行情况

该项目2019年年初中交，经过接种污泥培养及近两个月的污泥驯化，现系统运行稳定，目前出水各项指标均能稳定达标，生化段出水CODcr在80mg/L以下。

7 工艺不足与改进建议

一体化生化处理技术优势明显，但现阶段仍存在不足，即：进口曝气软管依靠国外技术，投资费用较高，约为传统曝气设备的2.5～3倍，使该技术总体投资费用优势不突出。如能将优质的曝气软管技术国产化，软管由国内生产加工，投资费用还将大幅下降，此技术优势将更突出，应用前景更广泛。

一体式低氧生化技术和轻质滤料BAF技术在脱氮方面的优势也十分明显，该项目废水中氨氮和总氮浓度不高，此方面优势未凸显。

8 结论

MTO废水采用“预处理除油+低氧生化+高密沉淀+轻质滤料BAF+双膜”组合工艺，处理后出水水质能达到优质再生水要求，可用作脱盐水站补水。一体式低氧生化处理技术和高分子惰性有机滤料BAF技术在MTO废水中的具有极好的适用性，更具有投资、运行费用低、运行管理方便等优势，可广泛应用在其他MTO废水及含油含氮有机废水处理中。

参考文献

[1]钱伯章.煤制烯烃市场与技术应用前景[J].上海化工，2015，40（7）：33.

[2]中国石化有机原料科技情报中心站我国甲醇制烯烃产业前景预测[J].石油化工技术与经济，2017，33（3）：46.

[3]唐明辉.甲醇制烯烃工艺废水处理技术研究进展[J].化学工程与装备，2016（8）：261.

[4]张蔚，魏江波.甲醇制烯烃废水生化处理工程设计实例[J].工业用水与废水，2016，23（2）：59.

[5]苗晓亮.一种新型高效低氧生化工艺在石化废水处理应用[J].科技世界，2018（09）：2-3.

收稿日期：2019-07-20

作者简介：陈玉兰（1980-），女，汉族，本科学历，注册环保工程师，研究方向为煤化工、石油化工废水处理设计和设计管理。