煤化工废水设计方案.docx
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煤化工废水设计方案
煤化工废水设计方案
1概况1
1.1煤气化废水的水质特性1
1.2氨氮的处理工艺1
1.3多种生物脱氮工艺的比较3
2、设计规范、范围及原则4
2.1设计规范4
2.2设计范围6
2.3设计原则7
3、处理工艺流程8
3.1设计水量与水质8
3.2污水处理工艺流程10
3.3污泥的处理与处置17
4、处理工艺设计18
4.1主要处理构（建）筑物18
4.2主要处理设备一览表25
4.3设备及管道选用原则25
4.4处理效果预测表25
5、电气设计26
5.1设计描述26
5.2装置供配电系统26
5.3不间断电源（UPS装置26
5.4供配电系统电压26
5.5主要设备选择26
5.6装置的环境特征及配电材料选择27
5.7动力用电设备的操作保护27
5.8配电线路27
5.9照明28
5.10防静电、防雷及接地29
6、分析化验31
6.1分析室任务31
6.2分析设备的选型原则31
6.3分析室的组成及建筑面积31
6.4采暖通风及空调要求31
6.5分析室对水、电的要求和消耗量31
6.6定员32
7、总平面布置方案33
7.1总平面布置33
7.2竖向布置33
7.3装置运输方案33
8、控制、仪表方案34
8.1PLC控制方案34
8.2控制室设置34
8.3安全技术措施35
8.4仪表选型35
8.5控制室监控系统35
8.6现场仪表37
8.7仪表电源38
8.8仪表气源38
9、土建方案39
9.1建筑设计39
9.2结构设计40
9.3结构抗震设计41
9.4主要结构材料的选用41
10、防腐方案42
11、给排水与消防方案43
11.1防火措施43
11.2灭火措施43
12、采暖通风方案45
13、电信方案47
14、能耗及物耗指标48
15、环保、水土保持、工业卫生、安全49
16、定员51
17、设备系统投资52
1、概
甲醇二甲醚项目废水处理装置的主要任务是处理各生产工艺装置、辅助设施产生的生产和生活污水。
因水量大，污染程度较高（尤其是氨氮），需要进行无害化处理。
污水来源包括：
气化装置排水、低温甲醇洗废水、甲醇合成废水、甲醇精馏废水、二甲醚装置排水、生活及化验污水、初期雨水和污水回用设施排出的泥水等。
根据买方
设计院提供的《技术规格书》，确定废水处理站处理能力为260m3/h。
污水经处理后出水要求达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准。
本公司买方委托和邀请，对本项目废水的达标处理工艺和设施进行设计和设备选型，以供各方决策、参考和批评、指正。
1.1煤气化废水的水质特性
目前在国内煤气化技术主要有三种：
一为“德士古”工艺，采用水煤浆气化技术，废水特性为高氨氮（约500mg/L），由于采用高温
气化工艺，水质相对洁净，有机污染程度较低；二为“壳牌”工艺，采用粉煤灰气化技术，废水特性为高氨氮（~300mg/L）、高氰化物
（~50mg/L），其也采用高温气化工艺，水质相对洁净，有机污染程度低；三为“鲁奇”工艺，因气化温度低，废水成分复杂，污染程度高，特性为高氨氮（~400mg/L）、高COD（〜4000mg/L）、高酚（~600mg/L）、高石油类（~200mg/L）。
三种技术所产废水以“鲁奇”排水成分最为复杂、处理难度也最高。
三类废水也有共性，即一—高氨氮性。
氨氮的达标处理是目前煤气化废水处理的重点和难点，已成为处理成败的决定因素。
1.2氨氮的处理工艺
废水氨氮的达标处理工艺多种多样，会因氨氮浓度的不同而存在巨大的差异。
一般来说，大于500mg/L采用物化（主要有折点氯化法、吹脱法、化学反应法等）结合生化的综合强化工艺居多，小于100mg/L则采用纯生化工艺，100〜500mg/L时可采用物化结合生化工艺也可采用纯生化工艺。
由于折点氯化法和化学反应法对监测、控制设备要求很高，目前国内很少采用，对氨氮的物化处理国内通常采用吹脱法，因此，物化结合生化的氨氮综合强化处理工艺在国内可简单地理解为“吹脱+生化”法。
本项目废水氨氮平均浓度达到260mg/L,“吹脱+生化”法或纯生化工艺均适用，但本项目采用“吹脱+生化”法具有如下缺点：
◊溢出氨气，造成氨的二次污染。
◊反复调整PH值，酸碱消耗量大。
◊冬季废水温降大，影响后续生化效果。
达到60%去除率需要
交换风量500〜2000m3•气/m3•水，低值对应PH值12,高值对应PH值10。
◊规模不适用。
吹脱法处理氨氮规模不大于50m3/h，否则不经
济，也影响处理效果。
本工程规模，空气流速按液泛速度的60%（常规取值）计算，最小通风量条件下（PH值需调至12以上）也需要8.8m直径的吹脱塔，布气和布水均无法均匀，肯定造成短流，使吹脱效果大大下降。
以多台并联形式弥补时需要34台3m直径的吹脱塔，规模过大，结合后续工艺将出现头重脚轻的味道。
大通风量更甚，需要17.6m直径或并联
的136台3m直径的吹脱塔。
纯生化工艺处理气化废水已有多项成功先例，如“兖矿国泰化工
有限公司”、“渭南煤化工有限公司”、“中石化金陵化肥厂”、“德州化肥厂”、“榆林神木甲醇有限公司”等。
与本项目相同，其采用的气化工艺也为德士古工艺，废水组分和水质应与本项目相同或类似。
这些
工程均采用直接生化处理工艺，出水全部实现达标排放，其中出水氨
氮指标长期维持在8mg/L以下。
因此本项目直接采用生化处理工艺是完全可行的。
但是不是所有的生化工艺均适用于气化废水的脱氮处理，同
时一一专用于脱氮的生化工艺也受适用性的限制，总体上说适用与处
理气化废水的脱氮工艺选择空间不大。
目前气化废水真正成功的先例
多出自多段A/0的SBR生物脱氮工艺（新命名为：
IMC工艺）。
生物脱氮是利用自然界的氮循环原理，采用人工控制的方法予以实现的。
具体过程为：
污（废）水中的有机氮在好氧条件下离解成氨氮，而后在硝化菌的作用下转化为硝酸盐氮（这个阶段称为好氧硝化）；随后在缺氧条件下，反硝化菌作用并由碳源提供能量，使硝酸盐氮部分变成氮气逸出（这阶段称为缺氧反硝化）。
整个生物脱氮过
程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。
在硝化与反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素主要是温度、溶解氧、PH值、碱
度以及反硝化所需碳源等。
生物脱氮系统中硝化菌增长速度缓慢，所
以要有足够长的污泥泥龄。
反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，并且要有充裕的碳源提供能量才可促使反硝化过程顺利进行。
1.3多种生物脱氮工艺的比较
\理工艺主要指标\
A/0
（一级
A/0）
A/0
（两级
A/0）
生物滤池
（四级
A/0）
常规
SBR
（一级
A/0）
IMC
（多段A/0的
SBR
氨氮处理效率
<85%
（不能达标）
<98%
（较难达标）
<98%
（较难达标）
<80%
（不能达标）
>98%
（能够达标）
工程投资
r低
较低
高
较低
运行费用
较咼
高
低
低
低
能耗
较咼
高
低
低
低
占地面积
较小
大
小
小
较小
回流量
需要，且很大
需要，且很大
不需要
不需要
不需要
产泥量
r大
大
小
较小
小
相同工程成功先例
无
不清楚
不清楚
无
大量
以上比较可以看出基于多级A/0的SBR工艺（IMC）是唯一可以保证达标排放的处理工艺，同时在能耗、运行费用和产泥量上具有
明显优势，工程投资方面具有相对优势。
效果最差的是一级A/0和
常规SBR工艺，多级A/0或多级A/0的生物滤池工艺要保证达标排放需要更多的基础性研究和试验。
2、设计规范、范围及原则
2.1设计规范
◊当地环保规范和要求
GB3095-96
GB8978-1996
◊《环境空气质量标准》
◊《污水综合排放标准》
◊《工业企业厂界噪声标准》GB12348-90
◊《恶臭污染物排放标准》GB14554-93
GB16297-199
01
◊《混凝土结构设计规范》
GB50010-200
2
◊《建筑给水排水设计规范》
GB50015-200
◊《工业企业照明设计标准》GB50034-92
◊《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-95
◊《工业循环冷却水处理设计规范》
GB50050-95
◊《工业与民用供配电系统设计规范》
GB50054-92
◊《低压配电设计规范》
GB50055-95
◊《建筑物防雷设计规范》（2000年版）
GB50057-94
◊《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》
GB50058-92
◊《建筑防雷设计规范》
GB50057-92
◊《地下工程防水技
术规范
》
GB50108-200
GB50119-200
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-98《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》GB50254-96《电气安装工程爆炸和火灾环境电气施工及验收规范》
GB50257-96
GB/T13384-9
◊《水处理设备性能测试总则》GB/T13992.1-92
GBJ14-87
◊《室外排水设计规范》（1997年修订）
◊《建筑给水排水设计规范》GBJ15-88
◊《建筑设计防火规范》（修改版）GBJ16-87
◊《工业企业的通讯设计及规则》中国国家标准GBJ42-81
◊《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84
◊《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84
◊《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ93-86
◊《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GBJ126-89
◊《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJ141-90
GBJ202-83
GBJ208-83
GBZ1-2002
CECS61-94
◊《地基与基础工程施工及验收规范》
◊《地下防水工程施工及验收规范》
◊《工业企业设计卫生标准》
◊《城市污水回用设计规范》
◊《重金属废水化学法处理设计规范》CECS92-97
◊《工业设备及管道防腐蚀工程施工及验收规范》HGJ229-1
◊《水处理设备技术条件》JB/T2932-1999
◊《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
◊《山东省南水北调沿线水污染物综合排放标准》
DB37/599-2006
◊《污水泵站设计规程》DBJ08-23-91
◊《供电及应用规范》由中华人民共和国国家经委颁发
◊最新版本的GB、BGJ、IEC及ISO标准；
◊《小氮肥企业污水及循环水综合治理指导性技术原则》
◊《小氮肥骨干企业污水及循环水综合治理考核标准》
◊原化工部化基发[1993]599号文《化工设计概算编制办法》
◊原工部化建发[1994]711号文《化工建设建筑安装工程费用定
额》
◊原化工部化建发[1994]890号文《化工工程其它费用编制规定》
◊2000年《化工设计概算定额》
2.2设计范围
工程界区内所有工艺、装置、土建、材料等的设计以及系统的制造、安装、运行、调试、测试、操作人员培训、运行及维护等的设计。
工程界区：
工程界区为投标方提供的污水处理场总平面布置外1
米，总平面布置内的设备为投标方供货范围。
所有进出界区管线交接
点位置为污水处理界区外1米，动力电缆送到界区内配电箱。
界区内的工艺、设备、土建、仪表、控制、电气系统的设计、制造、安装、调试等工作由投标方负责。
1）污水处理
调查研究水量、水质变化情况，结合污水本身所特有的情况，选择技术成熟、经济合理、运行灵活、管理方便、处理效果稳定的方案。
2）污泥处理与处置
污水处理过程中产生污泥（包括给水处理和污水回用过程产生的污泥），应进行减量化处理，防止对环境造成二次污染，并妥善考虑污泥的最终处置。
3）设计分工如下：
◊污水处理站的总体设计包括：
工艺、建筑、结构、设备、电气、控制、仪表、照明、道路、消防、暖通设计等；
◊污水处理站的设计主要分为污水处理和污泥处理及处置两大部分。
◊根据买方设计院所提供水质条件提供技术先进、可靠的工艺方
案，并进行优化和施工图的设计。
◊完成污水处理站内所有配管的施工图设计，提出与外界连接的
外管接口条件，（在界区外一米处），与业主提供的公用工程管线在界区外1米处法兰对接。
◊完成污水处理站内的所有设备用电的详细设计，业主负责总电
源线的引入。
◊提出污水处理站的布置方案，最终由买方设计院完成总图布
2.3设计原则
◊本设计方案严格执行有关环境保护的各项规定，污水处理后必
须确保各项出水水质指标均达到排放标准。
◊采用简单、成熟、先进、稳定、实用、经济合理的处理工艺，保证处理效果，并节省投资和运行管理费用。
◊处理系统运行有一定的灵活性和调节余地，以适应水质水量的
变化。
◊设备选型兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠、效率高、管理方便、维修维护工作量少、价格适中。
◊系统运行灵活、管理方便、维修简单，在合理、充分考虑操作自动化，减少操作劳动强度。
◊设计美观、布局合理，与已有和周围设施统一协调考虑。
◊设置必要的监控仪表，提高控制操作的自动化程度。
◊尽量采取措施减小对周围环境的影响，合理控制噪声、气味，妥善处理与处置固体废弃物，避免二次污染。
◊严格按照处理要求及程度。
3、处理工艺流程
3.1设计水量与水质
3.1.1设计水量
买方设计院提供的污水水量表为:
装置名称
废水来源
正常水量
（m3/h）
最大水量
（m3/h）
来水进站形式
气化装置
气化污水
90
120
泵入
低温甲醇洗
低温甲醇洗废水
5.5
14
自流
甲醇合成
冲洗废水
0
3
自流
甲醇精馏
冲洗废水
0
3
自流
精馏废水
9.7
20.6
自流
二甲醚装置
11
13.1
自流
生活及化验
生活污水
10
15
自流
污水回用
污水回用水
44
55
泵入
罐区
初期雨水
50
泵入
合计
220.2
243.7
初期雨水不达标时由外管架送至污水处理界区
气化污水由外管廊送至污水处理界区，其它废水经地下管网自流至污水处理界区。
污水回用排水、低温甲醇洗废水和甲醇精馏废水按自流考虑
各类污水均按连续流设计，本装置按最大水量设计，考虑一定的变化因素和处理能力余量，处理规模确定为260m3/h。
3.1.2设计水质
买方设计院提供的污水进水水质为:
废水
水质
主要污染物
浓度（mg/L）
1
气化废水
温度
40度
PH
5.8〜7.1
废水
水质
主要污染物
浓度（mg/L）
NH3-N
520
硫化物
9
CN-
0.5
总悬浮物
100
CODCr
476
BOD5
375
Ca2+
220~250
Cl-
382
油
10
总溶解性固体
3000〜3500
2
低温甲醇洗废水
CODCr
1500
BOD5
1100
3
甲醇合成废水
CODCr
200
BOD5
100
4
甲醇精馏
冲洗废水
CODCr
15000
BOD5
12000
5
精馏废水
CODCr
300
BOD5
150
6
二甲醚废水
CODCr
750
7
生活污水
CODCr
300
BOD5
150
NH3-N
40
SS
200
8
污水回用水
CODCr
150
BOD5
20
SS
1150
9
初期雨水
CODCr
300
BOD5
100
SS
200
设计平均（算术平均）进水水质：
COD630mg/lBOD430mg/l
SS325mg/lPH6~8
NH3-N260mg/l氰化物0.25mg/l
硫化物5.0mg/l
3.1.3出水水质要求
按照国家环镜保护标准《污水综合排放标准》GB8978-96的污水排放标准，本污水处理站处理后的排放标准按一级标准考虑，具体
指标如下：
PH
6~9
BOD5
<20
mg/l
CODcr
<100mg/l
NH3-N
<15
mg/l
SS
<70
mg/l
总氰化物（按
CN—计）<0.5
r
硫化物
<1.0
mg/l
3.2污水处理工艺流程
3.2.1选择思路
根据上述进出水水量和水质情况，我方考虑处理工艺的选择必须
依照如下思路：
◊采用以生化方法为主、物化法为辅的综合强化处理工艺；以空气为氧化剂对有机污染物和氨氮进行氧化，以节约处理费用。
◊根据国内外煤气化污水处理工程经验和实例，优化处理工艺，确保达标排放；
◊工艺流程简捷、高效；工程造价低、运行经济、便于管理；自动化程度高。
3.2.2污水处理技术
1、拦污设施
我们将废水共分为2类，一类为压力废水，一类为自流废水。
压
力废水中不含大颗粒物质，且即使含有大颗粒物，拦截设施也应在原始提升设施处前设置，不在工程范围内，应由总体设计院考虑。
因此压力废水不考虑设置拦截设施。
自流废水主要是生活污水等，不仅因
为生活污水本身夹杂颗粒和块状物，也因为在较长的自流管网系统中，检查井容易进入大颗粒物质，因此自流废水必须设置拦截设施。
拦截设施设置于自流废水进入主体处理工序的最前端。
2、水质水量的调节
废水来水不均匀程度较高，为避免水质水量波动对处理系统产生不良影响，需要设置足够容量的调节设施。
3、物化处理
根据国内现有以煤气化污水为主的污水处理装置的运行经验，本工程污水中虽含有一定浓度的氰化物和硫化物，但浓度低，在后续生化工艺中可实现达标处理，故不再考虑物化破氰脱硫预处理工艺。
污水中悬浮物含量较高，为降低后续主体处理构筑物SS堵塞的
可能和频次，需要设置沉淀设施。
4、生物处理
本工程废水属有机含氮废水，有机物以甲酸盐为主，氮以无机氨氮为主，突出的特点是：
对于常规生物处理来说，本工程污水的BOD和NH3-N比仅达1.65:
1（常规生化处理时此值约为6:
1以上）。
因此必须采用特别的、有针对性的生化处理工艺，通过驯化培养活性污泥中的优势微生物群体（硝化菌、反硝化菌及普通异养菌），在生长过
程中利用周围环境中的营养物质（即水中的有关污染物质）进行新陈代谢，达到降解污染物、净化水质的目的。
生物处理方法主要分厌氧和好氧两种。
（1）厌氧生物处理
厌氧生物处理多用于高浓度有机废水和难降解有机废水的处理，低浓度废水很少选用。
本项目废水有机物含量较低，采用厌氧生物处理很不实用。
但为了彻底去除氨氮，不但要充分考虑好氧硝化，使氨
氮充分转化为硝酸盐及亚硝酸盐氮，而且要在厌氧条件下进行反硝化，使反硝化菌利用硝酸根和亚硝酸根中的氧，对污水中的有机物进
行降解，同时使硝酸盐及亚硝酸盐氮转化为N2，进而排出水体。
（2）好氧生物处理
混合废水的B/C值约为0.5，且有机物浓度较低，采用好氧生化是比较经济的。
但因废水中氨氮浓度较高，因此好氧生化工艺必须具备脱氮功能。
所有生物脱氮工艺均基于A/O（缺氧/好氧，或是反硝化/硝化）原理，目前常用生物脱氮工艺主要有：
A/O、IMC等。
♦A/O脱氮工艺
通常所说的A/O工艺为连续进水、连续排水的缺氧反应池与好氧反应池分别独立的活性污泥系统或接触氧化系统。
其特征是缺氧池
与好氧池分别设置（空间分隔），相互隔离互不干涉，通常缺氧池设置在好氧池前，称为“前置反硝化工艺”。
为达到反硝化的目的，A/O脱氮工艺需要大量好氧池出水回流至缺氧池前端。
其简要工艺过程如
下：
空气
泵
从上述流程可以看出：
要提高A级池反硝化脱氮效率，回流液提供的硝态氮越多越好。
提高硝态氮的量有两钟方法，一是增加回流比（回流比计算见下文），二是提咼硝态氮浓度。
提咼回流比有可能造成A级池的富氧化，破坏反硝化环境，降低反硝化率，同时也增加了
动力消耗。
0级池排至沉淀池和回流至A级池的水质相同，提高硝态氮浓度则意味着出水含氮（主要为硝态氮）升高，直接导致出水超标。
因此，A/0工艺脱氮是有限度的，其脱氮效率通常不超过85%，
本项目废水要求脱氮效率达到97.44%，显然，采用A/0工艺无法
保证达标排放。
回流比的计算：
原废水NH3-N平均为260mg/L，出水标准NH3-N<15mg/L,
BODw20mg/L。
回流比R可由下式计算:
（NH3N）°（NH3N）e
（NQN）e
（NH3-N）o——进水氨氮浓度（260mg/L）;
（NH3-N）e――出水氨氮浓度（15mg/L）;
（NO3-N）e——出水硝态氮浓度（20一1.14=17.54mg/L）。
注：
1mg/L的NO3-N引起BOD值为1.14mg/L，出水BODw20mg/L。
则可计算出R=13（理论值），实际回流比将大于15,因此该生产废水采用A/O工艺所需的回流量相当大，处理流量为260m3/h时，回流量将至少达到3900m3/h，动力消耗巨大。
另外，由于大量好氧水的回流，可能干扰缺氧池的缺氧环境而影响反硝化效果，所以必须
增大缺氧池容积。
按缺氧环境下反硝化反应时间3h计，将回流量计
算在内，估算缺氧池容积至少为12000m3，相当与正常流量停留时
间46h。
从目前运行的工程实例来看，传统A/O工艺通常被成功应用于
低浓度含氨氮废水的处理，如生活污水、城市污水处理厂等，应用于氨氮浓度超出100mg/L废水时的成功先例不多，且投资较高，突出的问题是氨氮去除率难以达到90%，同时系统不太稳定，在出现硝
态氮累积时易造成污泥体系各菌群的比例失调。
♦IMC
IMC工艺为传统SBR工艺的变形工艺，是近年发展起来的一种
先进的预批式除磷脱氮处理法，该处理工艺集反应池、沉淀池为一体，间歇进水，间歇反应，停气时污水沉淀撇除上清液，并排出剩余污泥，成为一个周期，周而复始。
进水阶段：
废水进入IMC池的阶段，通常为一个运行周期的开始。
反应阶段：
反应阶段又分两种阶段：
曝气和搅拌，两个阶段依次反复数次。
曝气阶段：
也称硝化阶段。
由曝气系统向反应池供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化
作用转化为NOJ-N。
搅拌阶段：
升级会员 