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煤化工廢水處理

作者:admin 發布日期:2020-04-18 21:05
1.煤化工廢水處理概況
       煤化工廢水處理需求在我國越來越多,因為我國能源狀況典型特點是“富煤、貧油、少氣”,煤炭占我國一次能源消費結構比例達到70%左右,遠高于全球30%左右的平均水平。短期內,我國將繼續以煤炭為主的能源消費結構,豐富的煤炭資源為我國煤化工產業的發展提供了有力的條件。隨著煤制油、煤制氣、煤制烯烴等一批關鍵技術取得突破,我國煤化工正向石油替代產品為主的新型煤化工轉變。
但是目前環保需求和水資源短缺問題日益嚴峻,工業水處理尤其是煤化工廢水如何處理問題日益凸顯,零排放要求該如何解決?煤化工項目具有較大的耗水量和廢水排放量,且我國煤化工項目主要位于內蒙古、山西、陜西、寧夏等西北水資源匱乏的地區,對水處理的要求較高。根據測算,水處理投資占煤化工總投資的比例一般在3%-8%,如果按照“十二五”規劃期間新增產能來計算,2013-2016年新型煤化工總投資規模約7850-8300億元,其中預計煤制天然氣可形成總投資約2400-2700億元,煤制烯烴可形成總投資約2400-2550億元,煤制油可形成總投資約1800億元,煤制乙二醇可形成投資約300億元。按8300億元的總投資規模及5%的水處理投資占比測算,預計水處理占煤化工領域的市場份額約為425億元。
       近年來,隨著環境污染情況的日益加重、我國水資源的日益緊缺和國家對于環境保護要求的日益提高,“工業水處理零排放”技術的應用日漸廣泛。該技術的主要設計理念是將工業水處理中各個環節進行整合,在水處理的各個環節形成一個閉式循環體系,將生產過程中產生的廢污水經過深度處理再次回用,以減少水資源的用量并最大限度的提高水資源的利用效率,達到“節水、減排”的目的。工業零排放技術需要水處理企業能夠提供個性化的設計方案,技術要求較高。零排放技術能夠從根本上起到“節水、減排”的效果,是工業水處理未來的發展方向。
2.煤化工廢水處理現狀和特點
2.1煤化工廢水的特點
       煤化工廢水水質波動范圍大,在煤氣化過程中,煤質、物料平衡、反應溫度、壓力等的變化必然導致廢水水量和水質變化,并直接影響廢水的末端治理和回用。例如,碎煤加壓氣化廢水COD波動范圍一般在3倍以上;某煤直接液化項目COD波動范圍甚至達10倍以上。煤化工企業排放廢水以高濃度煤氣洗滌廢水為主,含有大量酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物質。綜合廢水中CODcr一般在5000mg/l左右、氨氮在200~500mg/l,廢水所含有機污染物包括酚類、多環芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環化合物等,是一種典型的含有難降解的有機化合物的工業廢水。廢水中的易降解有機物主要是酚類化合物和苯類化合物;砒咯、萘、呋喃、瞇唑類屬于可降解類有機物;難降解的有機物主要有砒啶、咔唑、聯苯、三聯苯等
2.2煤化工廢水的處理現狀
       煤化工廢水處理工藝路線基本遵行“物化預處理+A/O生化處理+物化深度處理”,以下做簡單介紹。
       1、煤化工廢水物化預處理
       預處理常用的方法:隔油、氣浮等。
       因過多的油類會影響后續生化處理的效果,氣浮法煤化工廢水預處理的作用是除去其中的油類并回收再利用,此外還起到預曝氣的作用。
       2、煤化工廢水生化處理
       對于預處理后的煤化工廢水,國內外一般采用缺氧、好氧生物法處理(A/O工藝),但由于煤化工廢水中的多環和雜環類化合物,好氧生物法處理后出水中的COD指標難以穩定達標。
       為了解決上述問題,近年來出現了一些新的處理方法,如PACT法、載體流動床生物膜法(CBR)、厭氧生物法,厭氧-好氧生物法等:
      1)、改進的好氧生物法
     (1)PACT法
       PACT法是在活性污泥曝氣池中投加活性炭粉末,利用活性炭粉末對有機物和溶解氧的吸附作用,為微生物的生長提供食物,從而加速對有機物的氧化分解能力?;钚蕴坑脻窨諝庋趸ㄔ偕?。
    (2)載體流動床生物膜法(CBR)
       CBR實際上是一種基于特殊結構填料的生物流化床技術,該技術在同一個生物處理單元中將生物膜法與活性污泥法有機結合,通過在活性污泥池中投加特殊載體填料使微生物附著生長于懸浮填料表面,形成一定厚度的微生物膜層。附著生長的微生物可以達到很高的生物量,因此反應池內生物濃度是懸浮生長活性污泥工藝的2-4倍,可達8-12g/L,降解效率也因此成倍提高。獨特設計的填料在鼓風曝氣的擾動下在反應池中隨水流浮動,帶動附著生長的生物菌群與水體中的污染物和氧氣充分接觸,污染物通過吸附和擴散作用進入生物膜內,被微生物降解,整體系統的降解效率高。
由于微生物為附著生長方式(不同于活性污泥的懸浮生長),流動床載體表面的微生物具有很長的污泥齡(20-40天),非常有利于生長緩慢的硝化菌等自養型微生物的繁殖,填料表面有大量的硝化菌繁殖,因此系統具有很強的硝化去除氨氮能力。同時附著生長方式利于其它特殊菌群的自然選擇,而這些特殊菌群可有效的降解煤氣化廢水中的特征污染物,特別是一些難降解的污染物,從而獲得更低的出水COD濃度。CBR技術可應用于高濃度煤化工廢水的處理,也可應用于后續的深度處理回用單元。
       2)厭氧生物法
        一種被稱為上流式厭氧污泥床(UASB)的技術用于處理煤化工廢水。該法所用的反應器是由荷蘭的G.Lettinga等于1977年開發成功的,廢水自下而上通過底部帶有污泥層的反應器,大部分的有機物在此被微生物轉化為CH4和CO2在反應器的上部。設有三相分離器,完成氣、液、固三相的分離。另外,活性炭厭氧膨脹床技術也被用于處理煤化工廢水,該技術可有效地去除廢水中的酚類和雜環類化合物。
       3)厭氧-好氧聯合生物法
       單獨采用好氧或厭氧技術處理煤化工廢水并不能夠達到令人滿意的效果,厭氧和好氧的聯合生物處理法逐漸受到研究者的重視。煤化工廢水經過厭氧酸化處理后,廢水中有機物的生物降解性能顯著提高,使后續的好氧生物處理CODcr的去除率達90%以上。其中較難降解的有機物萘、喹啉和吡啶的去除率分別為67%,55%和70%,而一般的好氧處理這些有機物的去除率不到20%。采用厭氧固定膜-好氧生物法處理煤化工廢水,也得到了比較滿意的效果。
       3、煤化工廢水深度處理
       煤化工廢水經生化處理后,出水的CODcr、氨氮等濃度雖有極大的下降,但由于難降解有機物的存在使得出水的COD、色度等指標仍未達到排放標準。因此,生化處理后的出水仍需進一步的處理。
       深度處理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技術、吸附法催化氧化法及反滲透等膜處理技術。
       1)、混凝沉淀
       沉淀法是利用水中懸浮物的可沉降性能,在重力作用下下沉,以達到固液分離的過程。其目的是除去懸浮的有機物,以降低后續生物處理的有機負荷。
       在生產中通常加入混凝劑如鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵和聚丙烯酰胺等來強化沉淀效果,此法的影響因素有廢水的pH、混凝劑的種類和用量等。
       2)、固定化生物技術
       固定化生物技術是近年來發展起來的新技術,可選擇性地固定優勢菌種,有針對性地處理含有難降解有機毒物的廢水。經過馴化的優勢菌種對喹啉、異喹啉、吡啶的降解能力比普通污泥高2-5倍,而且優勢菌種的降解效率較高,經其處理8h可將喹啉、異喹啉、吡啶降解90%以上。
       3)、高級氧化技術
       由于煤化工廢水中的有機物復雜多樣,其中酚類、多環芳烴、含氮有機物等難降解的有機物占多數,這些難降解有機物的存在嚴重影響了后續生化處理的效果。高級氧化技術是在廢水中產生大量的HO.自由基HO.自由基能夠無選擇性地將廢水中的有機污染物降解為二氧化碳和水。高級氧化技術可以分為均相催化氧化法、光催化氧化法、多相濕式催化氧化法以及其他催化氧化法。催化氧化法可以應用在煤化工廢水處理工藝的前段,去除部分COD和增強廢水的可生化性,但存在消耗量大,運行不經濟的問題,因此該技術在后續的深度處理單元中應用可以獲得更好的經濟性和降解效果。
       4)、吸附法
       20 世紀后期,隨著結構改良的離子交換樹脂、吸附樹脂和復合功能樹脂的成功研制,樹脂吸附法被廣泛應用于化工廢水的治理與資源化。江蘇海普功能材料有限公司針對煤化工廢水合成出具有不同物理化學特性的吸附劑來處理該類廢水,并取得了良好的處理效果,該公司合成的吸附劑不僅能有效去除煤化工廢水中的COD,還可以除去廢水中的顏色等指標,廢水可以穩定達標排放。
3.行業客戶需求
       煤化工廢水的特性決定了該類無法通過傳統的生化處理方法達到回用和排放標準,因此可以使用海普功能材料開發的吸附法處理該類廢水,以達到處理效果與經濟成本的最優化是染料廢水處理中的一個發展方向。
       煤化工廢水企業客戶對廢水處理的需要包括以下三點:
    (1)高效、穩定的去除廢水中的COD、色度等到排放限值以下;
    (2)一次投資費用低、運行費用低、設備操作維護方便;
    (3)工藝先進可靠、無二次污染。
4.海普定制化工藝簡介
       江蘇海普功能材料有限公司地處蘇州工業園區,是一家以特種吸附劑、催化劑為核心技術,配套應用工藝開發、技術服務、工程實施等,為客戶解決相關環保難題的國家高新技術企業。海普的技術團隊分別于2013年、2015年獲得蘇州工業園區領軍人才獎,2015年獲得姑蘇領軍人才獎,江蘇海普功能材料有限公司于2015年、2018年連續兩次被評為國家高新技術企業,2018獲批為蘇州市吸附與催化功能納米材料工程技術研究中心。江蘇海普功能材料有限公司在吸附材料處理方面具有領先的技術水平,配套的吸附處理工藝高效、穩定,為國內多家行業龍頭企業解決了多項環保難題。
海普吸附工藝的原理是利用我公司開發的特種吸附材料對要去除的組分或物質進行選擇性吸附,當吸附飽和時,再利用特定的脫附劑對吸附材料進行脫附處理,使吸附材料得以再生,如此不斷循環進行,吸附法處理廢水常規工藝圖見圖4-1。
煤化工廢水處理
圖4-1 吸附處理廢水常規工藝圖
       采用海普的吸附工藝處理煤化工廢水時,將廢水預先過濾去除其中的懸浮和顆粒物質,然后進入吸附塔吸附,吸附塔中填充的特種吸附材料能將廢水中的有機物吸附在材料表面,使出水COD等指標持續達標排放。吸附飽和后,先用稀堿溶液將吸附材料上的有機物脫附,有機物轉移進入脫附液中,再用少量軟水洗凈殘留在吸附材料表面的堿溶液,脫附液進行蒸發或者其他處理。水洗液含微量被吸附物,可用作配稀堿的稀釋水用。吸附出水為COD低于排放限值的廢水,可直接排放,或者回用于前端生產線。煤化工廢水吸附處理工藝流程見圖4-2。
煤化工廢水處理
圖4-2 煤化工廢水吸附處理工藝流程
 
5.工藝處理效果
       采用吸附工藝處理煤化工廢水,可有效脫除廢水中的COD、色度,具體處理數據見表5-1~表5-2。
5-1 煤化工廢水處理吸附除COD數據
原水COD含量 出水COD含量 達標率
178 mg/L 35mg/L 100%
150mg/L 28 mg/L 100%
188mg/L 40 mg/L 100%
 
       山西某企業要求處理后廢水中COD含量低于50mg/L,且色度要求無色透明,實驗處理效果表明采用吸附處理,廢水中的COD可以穩定小于50mg/L,在保證達到客戶的要求的同時留有一定的安全余量,能有效防止入料廢水的水質波動造成出水不達標,處理效果見下圖。
該企業生產過程每小時產生500噸煤化工生化廢水,經過吸附處理后,廢水中COD可以達到回用標準要求,該企業已經采用江蘇海普功能材料有限公司的吸附劑和工藝包,目前吸附系統運行平穩。
6.工藝的核心優勢
        目前對于煤化工廢水的處理方法無論是從處理效果還是其操作成本都有各自的缺陷。
        沉淀法通常加入混凝劑如鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵和聚丙烯酰胺等來強化沉淀效果,此法的影響因素有廢水的pH、混凝劑的種類和用量等,該法很難穩定達標排放。
        固定化生物技術對細菌的馴化要求高,適應水質變化的能力相對較差。
        高級氧化技術可以分為均相催化氧化法、光催化氧化法、多相濕式催化氧化法以及其他催化氧化法。但該法存在消耗量大,運行不經濟的問題。
        而吸附法能將染料廢水中的有機物有效的去除到排放限值以下,操作簡單,自動化程度高,是一個處理煤化工廢水經濟、有效的方法。吸附法的優點有以下幾點:
      (1)穩定達標排放,可以有效緩解企業環保壓力;
      (2)對企業現場產生的廢水采樣樣品進行實驗,以科技為基礎,實驗為依據來設計吸附工藝,廢水和工藝之間的匹配度100%;
      (3)設備占地節省、結構緊湊,土建和設備投資少;脫附劑多次套用、逐級提濃,藥劑利用率高,運行費用低;
      (4)可實現模塊組件形式,能根據生產能力靈活調節,安裝方便;
      (5)工藝先進、成熟,無二次污染,有強大的技術支持和豐富的工程應用經驗。
 
7.案例介紹
山西某煤化工企業500t/d染料廢水治理項目
       該公司采用我們的吸附工藝處理其生產過程中產生的染料廢水,實驗證明廢水中的COD含量由原來的180mg/L降至50mg/L以下,處理后的廢水COD含量特別低,可直接排放或回用,解決了企業束縛生產的難題,減輕了企業的環保壓力。
 
7-1 吸附塔的現場應用






 





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