南京水處理解析煤化工廢水處理技術(shù)
【www.mrvz.cn南京純水設(shè)備】目前我國能源的基本格局為“富煤、少油、有氣”，以至于能源工業(yè)更大程度地依賴煤化工，因此在我國工業(yè)發(fā)展中煤化工占很大比例。當前國內(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)，在帶來潔凈能源的同時，也造成了嚴重的環(huán)境污染，尤其是生產(chǎn)過程排出廢水對環(huán)境的惡劣影響。
煤化工生產(chǎn)過程中排放的廢水成分復雜，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)合處理很難達排放標準，南京水處理設(shè)備以至煤化工廢水的排放處理問題一直是國內(nèi)廢水處理領(lǐng)域的一大難題。
1 廢水來源及組成特點
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，主要來源于煤氣化、合成車間;
清凈下水主要來自循環(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雜，按污染物性質(zhì)可分為有機廢水和含鹽廢水。
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)生的廢水組成簡單，不含或只含少量大分子有機物，但污染物質(zhì)的含量遠遠高于排放或回用標準。
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、氨氮和溶解性鹽類物質(zhì)，含少量油類和酚類。
正常情況下影響廢水排放的關(guān)鍵指標是氨氮和COD，《中華人民共和國國家標準廢水綜合排放標準GB8978-1996》規(guī)定二者的排放標準分別為15mg˙L-1和100mg˙L-1;
影響廢水回用的關(guān)鍵指標是氨氮、COD和TDS，《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范GB 50050-2007》規(guī)定三者的回用標準分別為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)過相關(guān)的處理才能排放或回用。
2 國內(nèi)煤化工廢水處理工藝及存在問題
2.1 當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，不含或只含少量復雜的烴類物質(zhì)，所以在激冷或粗煤氣洗滌過程中形成的廢水成分簡單，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SHELL煤氣化產(chǎn)生的廢水進行處理，處理后中水大部分回用，且系統(tǒng)被證明可長周期、安全、穩(wěn)定運行。
國內(nèi)應(yīng)用最多的工藝是兩級閃蒸之后進行混凝沉降。兗礦國泰化工有限公司采用兩級閃蒸除去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)壓濾機濾出并壓制成渣餅。沉降槽上部的清水進入緩沖罐進而返回激冷室循環(huán)利用。
有機廢水的處理
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和高氨氮的有機廢水，處理目標是降低COD和氨氮類物質(zhì)濃度，使其達到排放或含鹽廢水處理段的進水要求。
有機廢水來源較廣，水量、水質(zhì)等指標容易大幅度波動，可能對下游設(shè)施造成較大影響，甚至會使整個系統(tǒng)癱瘓，所以一般情況下有機廢水在進行物化預處理前先通入調(diào)節(jié)池。物化預處理包括隔油、氣浮、過濾和沉淀等，可根據(jù)具體水質(zhì)并結(jié)合經(jīng)濟成本，選擇其中一個或幾個工藝結(jié)合。物化法工藝簡單，是煤化工廢水進行生化處理前不可或缺的環(huán)節(jié)。
生化處理是有機廢水處理的核心部分，根據(jù)廢水污染物組成特點及現(xiàn)場場地情況可選擇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，必要時可外加碳源來提高氨氮類物質(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)展起來的，前人對生化技術(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目中也得到了應(yīng)用。污水經(jīng)過組合的生化工藝處理后，氨氮及COD指標均有顯著下降。
煤化工廢水經(jīng)過物化預處理和生化處理后，再進行常規(guī)混凝沉淀即可達到排放標準;若使水回用，還需進行深度處理和除鹽處理。深度處理目的是進一步降低污水中氨氮和有機物的含量，當前應(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含量已基本滿足回用水標準要求，但溶解性鹽類含量仍較高，需進行進一步脫鹽處理。
含鹽廢水的處理
經(jīng)脫氨氮和COD后的有機廢水、循環(huán)排污水和化學水站排放的污水統(tǒng)稱為含鹽廢水，主要特點是氨氮和COD含量低，但溶解性鹽類含量較高，TDS值達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)備在廢水進入雙膜之前，除需進行絮凝沉淀或過濾除去懸浮固體，還要嚴格控制廢水中COD含量，以防超濾膜和RO膜遭到破壞或污染。膜分離技術(shù)進行分子級過濾，在獲得合格回用水的同時也會產(chǎn)生濃度更高的濃鹽水。實際應(yīng)用中，通過雙膜后約65%左右的水可直接作為生產(chǎn)水回用，余下35%的濃鹽水TDS值相比進水增大數(shù)倍，需進行進一步除鹽處理。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95%。
當前處理高濃鹽水的主要方法是蒸餾法，包括自然蒸發(fā)和機械蒸發(fā)，這種傳統(tǒng)的方法對于處理高濃度鹽水效果顯著。自然蒸發(fā)是通過建設(shè)蒸發(fā)塘，利用太陽能將高濃鹽水逐漸蒸發(fā)，結(jié)晶后填埋。工藝簡單，運行費用低，但占地面積過大，蒸發(fā)效率低，只能適合在土地廉價、陽光充足的地方應(yīng)用。機械蒸發(fā)是通過外加能量，使高濃鹽水在蒸發(fā)裝置內(nèi)加速蒸發(fā)，國內(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)用中運行尚可。
2.2 存在問題及分析
中水回用鹽離子對設(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，還會造成沖刷腐蝕和垢下腐蝕。水中Cl-積累到一定濃度后會逐漸對管道、氣化設(shè)備內(nèi)壁造成不可預測的破壞，所以煤氣化污水循環(huán)利用導致設(shè)備管線和內(nèi)壁腐蝕現(xiàn)象較嚴重。
黑水中固體顆粒多為煤氣化后的熔渣，平均粒徑為20μm左右，可在黑水進入閃蒸罐之前進行混凝后過濾，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，延長使用壽命。中水回用進入激冷罐之前可設(shè)調(diào)節(jié)池，計量加入必要的化學藥劑控制Cl-及易結(jié)垢離子的含量，來降低對氣化設(shè)備內(nèi)壁的腐蝕，生產(chǎn)實踐表明控制Cl-含量在10-9 mg˙L-1內(nèi)對防范晶間腐蝕有良好效果。
工藝冗長
煤化工綜合廢水需經(jīng)過至少10道工藝才能處理至國家廢水排放標準，需至少25道工藝才能處理至國家工業(yè)循環(huán)冷卻水回用標準，工藝復雜，流程冗長，存在初始建設(shè)投資大、后期維護任務(wù)重、占地面積廣等不利因素。
煤化工綜合廢水處理工藝中，有機廢水在生化處理之前和含鹽廢水雙膜處理之前均需進行隔油、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，停留時間至少需1-3h，不適合當今大部分化工廠對污水處理效率高、占地面積小和后期維護簡單等要求，所以需要一種高效分離設(shè)備代替物化預處理工段以簡化工藝。
政策低于預期
煤化工綜合廢水處理技術(shù)雖然已經(jīng)成熟，但目前國內(nèi)絕大部分化工廠排放的廢水不能達到國家標準要求，或未把廢水處理回用作為企業(yè)解決污水問題的戰(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用遠遠高于新鮮水價格和排污費，導致許多先進適用的廢水處理技術(shù)和設(shè)備無法發(fā)揮應(yīng)有的作用。
相信在水資源短缺、水污染形勢嚴峻和用水成本大幅提高的形勢下，更加健全的法律法規(guī)將會應(yīng)運而生，所以從當前法律、經(jīng)濟和環(huán)保的發(fā)展形勢看，綜合廢水排放或回用處理將是未來煤化工項目發(fā)展的重要組成部分。
煤化工項目產(chǎn)生大量成分復雜的廢水可進行分質(zhì)處理，煤氣化黑水一般經(jīng)過簡單處理后作為中水回用，有機廢水處理的主要目的是除去COD和氨氮類物質(zhì)，含鹽廢水處理旨在除去廢水中的溶解性鹽類。我國煤化工項目分部較廣，各地區(qū)廠家可根據(jù)當?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濾器、高級氧化法等在其它水處理領(lǐng)域應(yīng)用的成功經(jīng)驗，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，同時鼓勵和支持水處理新技術(shù)研究，爭取實現(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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