申請日2014.11.09

　　公開(公告)日2015.04.08

　　IPC分類號C02F9/04

　　摘要

　　一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，它涉及預(yù)處理褐煤提質(zhì)廢水的方法。本發(fā)明的目的是改變褐煤提質(zhì)廢水的強(qiáng)乳化狀態(tài)。方法：①褐煤提質(zhì)工藝的排水進(jìn)入水量水質(zhì)緩沖池;②水量水質(zhì)緩沖池內(nèi)的潛污泵將廢水輸送至初級混合池，向其中投加酸液并攪拌;③初級混合池出水依靠重力進(jìn)入二級混合池，投加無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑并攪拌，調(diào)節(jié)水力學(xué)條件控制絮凝體分形維數(shù);④二級混合池出水進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，調(diào)節(jié)水力學(xué)條件控制絮凝體分形維數(shù);⑤絮凝反應(yīng)后的廢水進(jìn)入沉淀池;⑥沉淀池上清液自流進(jìn)入酸堿中和池，向其中投加堿液并攪拌。優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明可使穩(wěn)定的褐煤提質(zhì)廢水乳化體系脫穩(wěn)、凝聚，調(diào)控分形維數(shù)可獲得密度大、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊密、沉降速度快的絮凝體。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法按以下步驟完成：

　�、俸置禾豳|(zhì)工藝排出的廢水進(jìn)入水量水質(zhì)緩沖池，水力停留時(shí)間為12~24h，池內(nèi)安裝潛污泵;②利用潛污泵將水量水質(zhì)緩沖池內(nèi)的廢水提升至初級混合池，向該池內(nèi)投加酸液，保持初級混合池內(nèi)的pH值為3~6，酸液投加量由自動投加系統(tǒng)調(diào)控;水力停留時(shí)間為30~60s，采用機(jī)械攪拌方式;③經(jīng)初級混合池流出的水通過重力自流進(jìn)入二級混合池，利用計(jì)量泵向二級混合池內(nèi)投加無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑，其投加量由自動投加系統(tǒng)調(diào)控，水力停留時(shí)間為30~60s，采用機(jī)械攪拌方式，攪拌速度梯度為720~900s-1，絮體剪切強(qiáng)度10.5~13.0，保持顆粒做布朗運(yùn)動，進(jìn)行異向絮凝，分形維數(shù)為1.23~1.34;④經(jīng)二級混合池流出的水通過重力自流進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，水力停留時(shí)間為15~30min，采用機(jī)械攪拌方式，速度梯度為20~60s-1，絮體剪切強(qiáng)度0.5~1.0，進(jìn)行同向絮凝，顆粒接觸碰撞形成聚集體，分形維數(shù)為1.75~1.91;⑤經(jīng)絮凝反應(yīng)池流出的水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，沉淀時(shí)間為1~1.5h，表面負(fù)荷為1.0~2.0m3/(m2·d)，沉淀池表面采用環(huán)氧樹脂綜合涂裝防腐;⑥經(jīng)沉淀池流出的水重力自流進(jìn)入酸堿中和池，向該池內(nèi)投加堿液，保持酸堿中和池內(nèi)的pH值為7~7.5，堿液投加量由自動投加系統(tǒng)調(diào)控;其中步驟②中的酸液自動投加系統(tǒng)由酸液溶配池、安裝于初級混合池內(nèi)的現(xiàn)場檢測設(shè)備pH在線檢測儀、安裝PLC控制器的計(jì)算機(jī)、耐酸電磁閥、酸液計(jì)量泵等組成;PLC自動控制系統(tǒng)采用反饋控制結(jié)構(gòu)，控制參數(shù)為初級混合池內(nèi)的pH值，被控變量為酸液投加量;pH在線檢測儀檢測初級混合池內(nèi)的pH值，將其傳輸至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入至PLC控制器內(nèi)，與初級混合池pH設(shè)定值進(jìn)行比較，采用PID算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為輸出值，調(diào)控終端執(zhí)行設(shè)備耐酸電磁閥和酸液計(jì)量泵的運(yùn)行;步驟②中的酸液可為硫酸、鹽酸等無機(jī)酸，也可為其他酸性廢水;步驟③中的無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑為鐵鋁復(fù)合絮凝劑;步驟③中無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的自動投加系統(tǒng)由絮凝劑溶配池、安裝于水量水質(zhì)緩沖池的現(xiàn)場檢測設(shè)備COD在線檢測儀、安裝PLC控制器的計(jì)算機(jī)、電磁閥、計(jì)量泵等組成;PLC自動控制系統(tǒng)采用反饋控制結(jié)構(gòu)，控制參數(shù)為無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/水量水質(zhì)緩沖池中的COD濃度值，被控變量為無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量;COD在線檢測儀檢測水量水質(zhì)緩沖池內(nèi)的COD濃度，將其傳輸至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，計(jì)算無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/COD值并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入至PLC控制器內(nèi)，與無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/COD設(shè)定值進(jìn)行比較，采用PID算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為輸出值，調(diào)控終端執(zhí)行設(shè)備電磁閥和計(jì)量泵的運(yùn)行;步驟③中無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑自動投加系統(tǒng)中，無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/COD設(shè)定值為0.1~0.3;步驟⑥中的堿液可為氫氧化鈉，也可為其他堿性廢水;步驟⑥中的堿液自動投加系統(tǒng)由堿液溶配池、安裝于酸堿中和池的現(xiàn)場檢測設(shè)備pH在線檢測儀、安裝PLC控制器的計(jì)算機(jī)、耐堿電磁閥、堿液計(jì)量泵等組成;PLC自動控制系統(tǒng)采用反饋控制結(jié)構(gòu)，控制參數(shù)為酸堿中和池內(nèi)的pH值，被控變量為堿液投加量;pH在線檢測儀檢測酸堿中和池中的pH值，將其傳輸至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入至PLC控制器內(nèi)，與酸堿中和池內(nèi)的pH設(shè)定值進(jìn)行比較，采用PID算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為輸出值，調(diào)控終端執(zhí)行設(shè)備耐堿電磁閥和堿液計(jì)量泵的運(yùn)行。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于水量水質(zhì)緩沖池的水力停留時(shí)間為18h。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于初級混合池內(nèi)的pH值調(diào)控為3.5。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑自動投加系統(tǒng)PLC控制器的無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑/COD的設(shè)定值為0.2。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于二級混合池的水力停留時(shí)間為45s。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于二級混合池形成的絮凝體分形維數(shù)為1.2。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于絮凝反應(yīng)池的水力停留時(shí)間為20min。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于絮凝反應(yīng)池形成的絮凝體分形維數(shù)為1.8。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法，其特征在于沉淀池的沉淀時(shí)間為1h，表面負(fù)荷為1 m3/(m2·d)。

　　說明書

　　一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種預(yù)處理褐煤提質(zhì)廢水的方法，具體涉及處理褐煤提質(zhì)廢水中的不溶性大分子有機(jī)物、腐植酸、表面活性物質(zhì)、色度物質(zhì)、濁度物質(zhì)。

　　背景技術(shù)

　　我國能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是“缺油、少氣、富煤”。長期以來，由于堅(jiān)持能源自給的發(fā)展方針，再加上豐富的煤炭資源，使得煤炭成為我國的主要能源。褐煤作為煤炭的一種，在我國資源豐富，1985年探明褐煤儲量為1264.6億噸，居世界第三位，占全國煤炭儲量的17.16%，主要集中在內(nèi)蒙古、東北、云南等地區(qū)。近年來，褐煤的開發(fā)利用逐漸受到重視，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年，全國褐煤開采量為5.1億噸，預(yù)計(jì)到2015年，我國褐煤產(chǎn)量將達(dá)到8.9億噸。褐煤煤化程度介于泥炭和煙煤之間，水分高、熱值低、易風(fēng)化和自燃，不利于長距離輸送和貯存。但我國石化、能源產(chǎn)品主力市場在東部，開采、生產(chǎn)與市場分離，長距離運(yùn)輸不可避免。此外，直接燃燒的熱效率較低，溫室氣體的排放量很大，而且褐煤液化、干餾和氣化都需將煤中水分降至10%以下，因此，褐煤應(yīng)提質(zhì)后應(yīng)用。褐煤提質(zhì)工藝較多且流程復(fù)雜，耗水量 (0.15m3/t提質(zhì)煤)和污水產(chǎn)量巨大 (0.5m3/t提質(zhì)煤)。提質(zhì)工藝的每個(gè)環(huán)節(jié)都產(chǎn)生各種污染物質(zhì)，并且大多有毒、有害且難生物降解。我國水資源和褐煤資源呈逆向分布，有些富煤地區(qū)甚至沒有受納水體，未達(dá)標(biāo)的褐煤提質(zhì)廢水排放對該地區(qū)脆弱的水環(huán)境將產(chǎn)生巨大威脅，水資源已經(jīng)對我國褐煤生產(chǎn)、應(yīng)用等產(chǎn)生了顯著影響，對褐煤提質(zhì)廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)并回用的目標(biāo)已經(jīng)成為煤炭工業(yè)發(fā)展的自身需求和外在要求。

　　褐煤提質(zhì)廢水中含有大量的腐植酸、苯酚、甲基苯酚、烷基苯酚、苯二酚、烷基苯二酚、長鏈烷烴、萘、咪唑、苯并呋喃、吡唑、脂肪酸等污染物質(zhì)，其中以腐植酸、酚類物質(zhì)為主，也含有氨氮、氰等，屬于高濃度有毒有害難生物降解有機(jī)工業(yè)廢水。此外，腐植酸、苯酚、萘等很多具有生色團(tuán)和助色團(tuán)的有機(jī)物的存在使得褐煤提質(zhì)廢水的色度和濁度很高。因酚類等強(qiáng)極性物質(zhì)的存在使得各組分之間有很強(qiáng)的作用力，再加上親水性物質(zhì)含量較高，膠體負(fù)電性也很強(qiáng)，致使該廢水形成穩(wěn)定的乳化體系，用常規(guī)的混凝方法很難脫穩(wěn)、凝聚。因此，為去除廢水中的濁度物質(zhì)、色度物質(zhì)、腐植酸、不溶性大分子物質(zhì)等以降低廢水毒性、減少后續(xù)主體裝置的運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行成本，必須改變廢水的乳化狀態(tài)，使上述物質(zhì)凝聚、沉淀。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了降低廢水毒性、減少后續(xù)主體處理裝置的運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行成本，針對褐煤提質(zhì)廢水的特點(diǎn)，開發(fā)一種褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法。

　　褐煤提質(zhì)廢水的預(yù)處理方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：①褐煤提質(zhì)工藝排出的廢水進(jìn)入水量水質(zhì)緩沖池，水力停留時(shí)間為12~24h，池內(nèi)安裝潛污泵;②利用潛污泵將水量水質(zhì)緩沖池內(nèi)的廢水提升至初級混合池，向該池內(nèi)投加酸液，保持初級混合池內(nèi)的pH值為3~6，酸液投加量由自動投加系統(tǒng)調(diào)控;水力停留時(shí)間為30~60s，采用機(jī)械攪拌方式;③經(jīng)初級混合池流出的水通過重力自流進(jìn)入二級混合池，利用計(jì)量泵向二級混合池內(nèi)投加無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑，投加量由自動投加系統(tǒng)調(diào)控;水力停留時(shí)間為30~60s;采用機(jī)械攪拌方式，攪拌速度梯度為720~900s-1，絮體剪切強(qiáng)度為10.5~13.0，保持顆粒做布朗運(yùn)動，進(jìn)行異向絮凝，分形維數(shù)為1.23~1.34;④經(jīng)二級混合池流出的水通過重力自流進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，水力停留時(shí)間為15~30min。采用機(jī)械攪拌方式，速度梯度為20~60s-1，絮體剪切強(qiáng)度為10.5~13.0，0.5~1.0，進(jìn)行同向絮凝，顆粒接觸碰撞形成聚集體，分形維數(shù)為1.75~1.91;⑤經(jīng)絮凝反應(yīng)池流出的水進(jìn)入沉淀池中進(jìn)行固液分離，沉淀時(shí)間為1~1.5h，表面負(fù)荷為1.0~2.0m3/(m2·d)，沉淀池表面采用環(huán)氧樹脂綜合涂裝防腐;⑥經(jīng)沉淀池流出的水依靠重力自流進(jìn)入酸堿中和池，向該池內(nèi)投加堿液，保持酸堿中和池內(nèi)的pH值為7~7.5，堿液投加量由自動投加系統(tǒng)調(diào)控。其中步驟②中的酸液自動投加系統(tǒng)由酸液溶配池、安裝于初級混合池內(nèi)的現(xiàn)場檢測設(shè)備pH在線檢測儀、安裝PLC控制器的計(jì)算機(jī)、耐酸電磁閥、酸液計(jì)量泵等組成。PLC自動控制系統(tǒng)采用反饋控制結(jié)構(gòu)，控制參數(shù)為初級混合池內(nèi)的pH值，被控變量為酸液投加量。pH在線檢測儀檢測初級混合池內(nèi)的pH值，將其傳輸至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入至PLC控制器內(nèi)，與初級混合池pH設(shè)定值進(jìn)行比較，采用PID算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為輸出值，調(diào)控終端執(zhí)行設(shè)備耐酸電磁閥和酸液計(jì)量泵的運(yùn)行。步驟②中的酸液可為硫酸、鹽酸等無機(jī)酸，也可為其他酸性廢水。步驟③中的無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑為鐵鋁復(fù)合絮凝劑。步驟③中無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的自動投加系統(tǒng)由絮凝劑溶配池、安裝于水量水質(zhì)緩沖池的現(xiàn)場檢測設(shè)備COD在線檢測儀、安裝PLC控制器的計(jì)算機(jī)、電磁閥、計(jì)量泵等組成。PLC自動控制系統(tǒng)采用反饋控制結(jié)構(gòu)，控制參數(shù)為無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量\水量水質(zhì)緩沖池中的COD濃度，被控變量為無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量。COD在線檢測儀檢測水量水質(zhì)緩沖池內(nèi)的COD濃度，將其傳輸至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，計(jì)算無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/COD值并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入至PLC控制器內(nèi)，與無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/COD設(shè)定值進(jìn)行比較，采用PID算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為輸出值，調(diào)控終端執(zhí)行設(shè)備電磁閥和計(jì)量泵的運(yùn)行。步驟③中無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量自動控制系統(tǒng)中，無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑投加量/COD設(shè)定值為0.1~0.3。步驟⑥中的堿液可為氫氧化鈉，也可為其他堿性廢水。步驟⑥中的堿液自動投加系統(tǒng)由堿液溶配池、安裝于酸堿中和池的現(xiàn)場檢測設(shè)備pH在線檢測儀、安裝PLC控制器的計(jì)算機(jī)、耐堿電磁閥、堿液計(jì)量泵等組成。PLC自動控制系統(tǒng)采用反饋控制結(jié)構(gòu)，控制參數(shù)為酸堿中和池內(nèi)的pH值，被控變量為堿液投加量。pH在線檢測儀檢測酸堿中和池的pH值，將其傳輸至計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入至PLC控制器內(nèi)，與酸堿中和池內(nèi)的pH設(shè)定值進(jìn)行比較，采用PID算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為輸出值，調(diào)控終端執(zhí)行設(shè)備耐堿電磁閥和堿液計(jì)量泵的運(yùn)行。

　　發(fā)明原理與優(yōu)點(diǎn)

　　褐煤提質(zhì)廢水中含有腐植酸和酚類等強(qiáng)極性物質(zhì)，各組分之間存在極強(qiáng)的作用力，再加上親水性物質(zhì)含量較高，膠體負(fù)電性很強(qiáng)，所以該廢水為穩(wěn)定的乳化體系，采用常規(guī)混凝技術(shù)很難脫穩(wěn)、凝聚。腐植酸為親水膠體，低濃度時(shí)是真溶液，無粘度;而在高濃度時(shí)則是一種膠體溶液或稱分散體系，呈現(xiàn)膠體性質(zhì)，加入酸性物質(zhì)可使其凝聚。針對腐植酸的性質(zhì)，本發(fā)明向褐煤提質(zhì)廢水中投加酸液，使其pH值保持在3~6，使腐植酸等凝聚、沉淀、析出。褐煤提質(zhì)廢水中的另一種主要污染物質(zhì)為酚類物質(zhì)，根據(jù)酚類物質(zhì)的電離常數(shù)，當(dāng)溶液pH值為3~6時(shí)，大部分的酚類物質(zhì)以分子態(tài)形式存在，降低了膠體溶液的帶電性，所以在酸性物質(zhì)和無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的共同作用下，在褐煤提質(zhì)廢水中可發(fā)生電中和、吸附架橋、網(wǎng)捕卷掃等作用，使?jié)岫任镔|(zhì)、色度物質(zhì)、腐植酸、不溶性大分子有機(jī)物質(zhì)被去除。

　　投加無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑后形成的絮凝體的分形維數(shù)對絮凝體的密度、空隙率、強(qiáng)度、沉降速率等影響較大，即絮凝體的密度、空隙率、強(qiáng)度、沉降速率是絮凝體分形維數(shù)的函數(shù)。當(dāng)反應(yīng)池設(shè)備的形式和原水水質(zhì)基本確定之后，由絮凝過程產(chǎn)生的分形維數(shù)受2個(gè)動力學(xué)指標(biāo)速度梯度G和絮體剪切強(qiáng)度的控制。絮凝過程分為2個(gè)步驟，一是混合過程，一是凝聚過程。在混合過程中，凝聚的主要?jiǎng)恿κ遣祭蔬\(yùn)動，任何形式的外能施加都對污染物質(zhì)的碰撞和接觸沒有意義，在這個(gè)階段只需提供能使混凝劑迅速分散于水中的水力條件，即較大的速度梯度G和較短的水力停留時(shí)間。而對于凝聚過程來說，絮凝體進(jìn)一步成長的動力主要由外能提供，水流的強(qiáng)烈紊動比顆粒的沉降差異作用強(qiáng)烈，布朗運(yùn)動幾乎消失，此時(shí)需要較小的速度梯度G和較長的水力停留時(shí)間。本發(fā)明將絮凝過程分級，調(diào)節(jié)動力學(xué)指標(biāo)速度梯度G和絮體剪切強(qiáng)度，以控制分形維數(shù)，獲得密度大、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊密、沉降速度快的絮凝體。