南京水處理解析煤化工廢水處理技術(shù)
【www.qgeyew.cn南京純水設(shè)備】目前我國(guó)能源的基本格局為“富煤、少油、有氣”,以至于能源工業(yè)更大程度地依賴(lài)煤化工,因此在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中煤化工占很大比例。當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤化工領(lǐng)域應(yīng)用最多的氣化工藝為SHELL、GSP、WHG、HT-L等幾種加壓粉煤氣化技術(shù),在帶來(lái)潔凈能源的同時(shí),也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,尤其是生產(chǎn)過(guò)程排出廢水對(duì)環(huán)境的惡劣影響。
煤化工生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水成分復(fù)雜,屬難生化降解的高濃度工業(yè)廢水。單純依靠物化法和生化法的結(jié)合處理很難達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn),南京水處理設(shè)備以至煤化工廢水的排放處理問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)廢水處理領(lǐng)域的一大難題。
1 廢水來(lái)源及組成特點(diǎn)
煤化工綜合廢水主要是生產(chǎn)廢水、生活廢水、清凈下水和雨水等:
其中生產(chǎn)廢水占大部分,主要來(lái)源于煤氣化、合成車(chē)間;
清凈下水主要來(lái)自循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的外排廢水和脫鹽水站的濃鹽水。
煤化工綜合廢水成分復(fù)雜,按污染物性質(zhì)可分為有機(jī)廢水和含鹽廢水。
化工廠綜合廢水中生產(chǎn)廢水占60%以上,所以廢水組成特點(diǎn)在很大程度上取決于生產(chǎn)廢水的組成,而生產(chǎn)廢水的組成主要取決于煤氣化工藝和煤種的選擇。國(guó)內(nèi)主要煤氣化工藝中SHELL、GSP、WHG和HT-L等煤氣化工藝由于氣化溫度高,所以原料煤轉(zhuǎn)化徹底,產(chǎn)生的廢水組成簡(jiǎn)單,不含或只含少量大分子有機(jī)物,但污染物質(zhì)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于排放或回用標(biāo)準(zhǔn)。
煤化工綜合廢水偏堿性,色度大,COD含量高,有大量的固體懸浮物、氨氮和溶解性鹽類(lèi)物質(zhì),含少量油類(lèi)和酚類(lèi)。
正常情況下影響廢水排放的關(guān)鍵指標(biāo)是氨氮和COD,《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996》規(guī)定二者的排放標(biāo)準(zhǔn)分別為15mg˙L-1和100mg˙L-1;
影響廢水回用的關(guān)鍵指標(biāo)是氨氮、COD和TDS,《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50050-2007》規(guī)定三者的回用標(biāo)準(zhǔn)分別為5 mg˙L-1、30 mg˙L-1和1000 mg˙L-1,所以上述煤化工綜合廢水需要經(jīng)過(guò)相關(guān)的處理才能排放或回用。
2 國(guó)內(nèi)煤化工廢水處理工藝及存在問(wèn)題
2.1 當(dāng)前煤化工廢水處理工藝
煤氣化中水回用處理
SHELL、GSP、WHG和HT-L四種煤氣化工藝反應(yīng)溫度高,原料煤轉(zhuǎn)化徹底,反應(yīng)產(chǎn)物主要是CO和H2,不含或只含少量復(fù)雜的烴類(lèi)物質(zhì),所以在激冷或粗煤氣洗滌過(guò)程中形成的廢水成分簡(jiǎn)單,處理容易。煤氣化廢水處理目的是去除氨氮,分離出固體熔渣,目前較多采用汽提法或閃蒸法。河南龍宇煤化工有限公司采用汽提和沉降工藝結(jié)合的方式對(duì)SHELL煤氣化產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理,處理后中水大部分回用,且系統(tǒng)被證明可長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的工藝是兩級(jí)閃蒸之后進(jìn)行混凝沉降。兗礦國(guó)泰化工有限公司采用兩級(jí)閃蒸除去GSP煤氣化黑水中的可溶性氣體,閃蒸后的灰水則送入沉降槽,加入少量絮凝劑(如聚氯化鋁或PAM)以加速灰水中細(xì)渣的絮凝沉降。合肥純水設(shè)備沉降槽下部沉降物經(jīng)壓濾機(jī)濾出并壓制成渣餅。沉降槽上部的清水進(jìn)入緩沖罐進(jìn)而返回激冷室循環(huán)利用。
有機(jī)廢水的處理
煤氣化工段的部分外排污水、生產(chǎn)裝置污水、地面沖洗水和生活污水等構(gòu)成高COD和高氨氮的有機(jī)廢水,處理目標(biāo)是降低COD和氨氮類(lèi)物質(zhì)濃度,使其達(dá)到排放或含鹽廢水處理段的進(jìn)水要求。
有機(jī)廢水來(lái)源較廣,水量、水質(zhì)等指標(biāo)容易大幅度波動(dòng),可能對(duì)下游設(shè)施造成較大影響,甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)癱瘓,所以一般情況下有機(jī)廢水在進(jìn)行物化預(yù)處理前先通入調(diào)節(jié)池。物化預(yù)處理包括隔油、氣浮、過(guò)濾和沉淀等,可根據(jù)具體水質(zhì)并結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本,選擇其中一個(gè)或幾個(gè)工藝結(jié)合。物化法工藝簡(jiǎn)單,是煤化工廢水進(jìn)行生化處理前不可或缺的環(huán)節(jié)。
生化處理是有機(jī)廢水處理的核心部分,根據(jù)廢水污染物組成特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況可選擇A/O、A2O、MBR、SBR和氧化溝等生化處理技術(shù)的組合,但要求工藝必須具有硝化和反硝化能力,必要時(shí)可外加碳源來(lái)提高氨氮類(lèi)物質(zhì)的去除率。多種多樣的生化處理技術(shù)是在活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,前人對(duì)生化技術(shù)在水處理領(lǐng)域做了大量的研究工作,并在某些化工廢水處理項(xiàng)目中也得到了應(yīng)用。污水經(jīng)過(guò)組合的生化工藝處理后,氨氮及COD指標(biāo)均有顯著下降。
煤化工廢水經(jīng)過(guò)物化預(yù)處理和生化處理后,再進(jìn)行常規(guī)混凝沉淀即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn);若使水回用,還需進(jìn)行深度處理和除鹽處理。深度處理目的是進(jìn)一步降低污水中氨氮和有機(jī)物的含量,當(dāng)前應(yīng)用較多的是適合處理輕污染廢水的曝氣生物濾池工藝(BAF)。至此,煤化工污水中的氨氮和COD含量已基本滿(mǎn)足回用水標(biāo)準(zhǔn)要求,但溶解性鹽類(lèi)含量仍較高,需進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽處理。
含鹽廢水的處理
經(jīng)脫氨氮和COD后的有機(jī)廢水、循環(huán)排污水和化學(xué)水站排放的污水統(tǒng)稱(chēng)為含鹽廢水,主要特點(diǎn)是氨氮和COD含量低,但溶解性鹽類(lèi)含量較高,TDS值達(dá)500-5000mg˙L-1,并含有一定量的固體雜質(zhì)。含鹽廢水經(jīng)混凝沉降后即可排放,但若作為化工生產(chǎn)的回用水則需進(jìn)行除鹽處理。
含鹽廢水的處理方法主要有膜分離法、離子交換法和蒸餾法等工藝。膜分離主要有超濾和反滲透,國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是二者組合的雙膜工藝。南京反滲透設(shè)備在廢水進(jìn)入雙膜之前,除需進(jìn)行絮凝沉淀或過(guò)濾除去懸浮固體,還要嚴(yán)格控制廢水中COD含量,以防超濾膜和RO膜遭到破壞或污染。膜分離技術(shù)進(jìn)行分子級(jí)過(guò)濾,在獲得合格回用水的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生濃度更高的濃鹽水。實(shí)際應(yīng)用中,通過(guò)雙膜后約65%左右的水可直接作為生產(chǎn)水回用,余下35%的濃鹽水TDS值相比進(jìn)水增大數(shù)倍,需進(jìn)行進(jìn)一步除鹽處理。高效膜濃縮工藝及水軟化技術(shù)的配合使用可大大提高濃鹽水的回收率,最高可達(dá)95%。
當(dāng)前處理高濃鹽水的主要方法是蒸餾法,包括自然蒸發(fā)和機(jī)械蒸發(fā),這種傳統(tǒng)的方法對(duì)于處理高濃度鹽水效果顯著。自然蒸發(fā)是通過(guò)建設(shè)蒸發(fā)塘,利用太陽(yáng)能將高濃鹽水逐漸蒸發(fā),結(jié)晶后填埋。工藝簡(jiǎn)單,運(yùn)行費(fèi)用低,但占地面積過(guò)大,蒸發(fā)效率低,只能適合在土地廉價(jià)、陽(yáng)光充足的地方應(yīng)用。機(jī)械蒸發(fā)是通過(guò)外加能量,使高濃鹽水在蒸發(fā)裝置內(nèi)加速蒸發(fā),國(guó)內(nèi)目前主要有蒸汽壓縮蒸發(fā)工藝、多效蒸發(fā)工藝和多效閃蒸工藝,在已有的工程應(yīng)用中運(yùn)行尚可。
2.2 存在問(wèn)題及分析
中水回用鹽離子對(duì)設(shè)備的影響
煤氣化廢水處理后的黑水鹽離子含量高,在高溫條件下很容易造成設(shè)備管線沉積或結(jié)垢堵塞,還會(huì)造成沖刷腐蝕和垢下腐蝕。水中Cl-積累到一定濃度后會(huì)逐漸對(duì)管道、氣化設(shè)備內(nèi)壁造成不可預(yù)測(cè)的破壞,所以煤氣化污水循環(huán)利用導(dǎo)致設(shè)備管線和內(nèi)壁腐蝕現(xiàn)象較嚴(yán)重。
黑水中固體顆粒多為煤氣化后的熔渣,平均粒徑為20μm左右,可在黑水進(jìn)入閃蒸罐之前進(jìn)行混凝后過(guò)濾,如此可大幅度減小污水中固含量,為閃蒸系統(tǒng)減輕管道磨損,延長(zhǎng)使用壽命。中水回用進(jìn)入激冷罐之前可設(shè)調(diào)節(jié)池,計(jì)量加入必要的化學(xué)藥劑控制Cl-及易結(jié)垢離子的含量,來(lái)降低對(duì)氣化設(shè)備內(nèi)壁的腐蝕,生產(chǎn)實(shí)踐表明控制Cl-含量在10-9 mg˙L-1內(nèi)對(duì)防范晶間腐蝕有良好效果。
工藝冗長(zhǎng)
煤化工綜合廢水需經(jīng)過(guò)至少10道工藝才能處理至國(guó)家廢水排放標(biāo)準(zhǔn),需至少25道工藝才能處理至國(guó)家工業(yè)循環(huán)冷卻水回用標(biāo)準(zhǔn),工藝復(fù)雜,流程冗長(zhǎng),存在初始建設(shè)投資大、后期維護(hù)任務(wù)重、占地面積廣等不利因素。
煤化工綜合廢水處理工藝中,有機(jī)廢水在生化處理之前和含鹽廢水雙膜處理之前均需進(jìn)行隔油、氣浮、沉淀或砂慮處理,目的是去除廢水中固體顆粒物、油脂和各種膠狀物等。工藝涉及的設(shè)備如平流沉淀池占地面積大,處理效率低,停留時(shí)間至少需1-3h,不適合當(dāng)今大部分化工廠對(duì)污水處理效率高、占地面積小和后期維護(hù)簡(jiǎn)單等要求,所以需要一種高效分離設(shè)備代替物化預(yù)處理工段以簡(jiǎn)化工藝。
政策低于預(yù)期
煤化工綜合廢水處理技術(shù)雖然已經(jīng)成熟,但目前國(guó)內(nèi)絕大部分化工廠排放的廢水不能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,或未把廢水處理回用作為企業(yè)解決污水問(wèn)題的戰(zhàn)略方向,這不但與煤化工廢水處理投資高、能耗高直接相關(guān),在一定程度上也與當(dāng)前相關(guān)政策息息相關(guān)。南京EDI水處理設(shè)備煤化工廢水處理外排或回用費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新鮮水價(jià)格和排污費(fèi),導(dǎo)致許多先進(jìn)適用的廢水處理技術(shù)和設(shè)備無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用。
相信在水資源短缺、水污染形勢(shì)嚴(yán)峻和用水成本大幅提高的形勢(shì)下,更加健全的法律法規(guī)將會(huì)應(yīng)運(yùn)而生,所以從當(dāng)前法律、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的發(fā)展形勢(shì)看,綜合廢水排放或回用處理將是未來(lái)煤化工項(xiàng)目發(fā)展的重要組成部分。
煤化工項(xiàng)目產(chǎn)生大量成分復(fù)雜的廢水可進(jìn)行分質(zhì)處理,煤氣化黑水一般經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后作為中水回用,有機(jī)廢水處理的主要目的是除去COD和氨氮類(lèi)物質(zhì),含鹽廢水處理旨在除去廢水中的溶解性鹽類(lèi)。我國(guó)煤化工項(xiàng)目分部較廣,各地區(qū)廠家可根據(jù)當(dāng)?shù)厮Y源情況選擇廢水處理后排放或者循環(huán)回用。
污水水處理技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展已比較成熟,但仍存在不合理的地方,在煤化工廢水處理的研究方面,科研人員可借鑒諸如燭式過(guò)濾器、高級(jí)氧化法等在其它水處理領(lǐng)域應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn),以便研究出處理效果更好的工藝。除此之外,在更加健全的法律法規(guī)的配合下,已有煤化工廢水處理技術(shù)和設(shè)備發(fā)揮作用,同時(shí)鼓勵(lì)和支持水處理新技術(shù)研究,爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)在低成本、低能耗的條件下完成煤化工綜合廢水的處理。
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