公布日：2023.04.18
申請(qǐng)日：2022.12.15
分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;B01D53/18(2006.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F5/00(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/20(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F101
/16(2006.01)N;C02F5/08(2023.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種煤氣化廢水的處理方法，調(diào)節(jié)煤氣化廢水的pH值為10.0～12.0，向煤氣化廢水中投加藥劑，使煤氣化廢水中的鈣、鎂、硅離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋�；上清液進(jìn)入到軟化脫氨塔，在脫除氨氣的同時(shí)，通過(guò)塔底的超濾膜裝置將軟化生成的污泥顆粒過(guò)濾去除，得到軟化脫氨后的廢水及純凈的氨水或者硫酸銨溶液。軟化脫氨后的廢水部分回用至灰水系統(tǒng)進(jìn)行氣化爐的鎖斗沖洗或渣池沖洗，或軟化脫氨后的廢水進(jìn)入后續(xù)生化系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。軟化脫氨后的廢水回用時(shí)可以避免設(shè)備的污堵。煤氣化廢水經(jīng)本發(fā)明方法處理后，再對(duì)其進(jìn)行生化處理時(shí)，可以大大減少后續(xù)生化系統(tǒng)脫氮所需額外投加的碳源。
權(quán)利要求書
1.一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)控制或調(diào)節(jié)煤氣化廢水的pH值為10.0～12.0，在加藥反應(yīng)箱(2)中向煤氣化廢水中投加軟化藥劑及絮凝劑，使用攪拌器(1)混合均勻，使煤氣化廢水中的鈣、鎂、硅離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或膠體顆粒；(2)經(jīng)過(guò)步驟(1)處理后的上清液經(jīng)過(guò)混合液進(jìn)料泵(3)進(jìn)入到軟化脫氨塔，在對(duì)上清液脫除氨氣的同時(shí)，通過(guò)塔底的超濾膜裝置將軟化生成的污泥顆粒過(guò)濾去除，得到軟化脫氨后的廢水；使用氨氣吸收罐將氨氣進(jìn)行凈化吸收，得到純凈的氨水溶液或硫酸銨溶液；(3)軟化脫氨后的廢水部分回用至灰水系統(tǒng)進(jìn)行氣化爐的鎖斗沖洗或渣池沖洗，或軟化脫氨后的廢水根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸送至污水處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步生化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，步驟(1)中，在pH值為10.0～12.0的堿性條件下，向煤氣化廢水中投加軟化藥劑及絮凝劑，去除廢水中的鈣、鎂離子及包括二氧化硅在內(nèi)的結(jié)垢污染物質(zhì)，軟化后生成的污泥，部分沉降在加藥反應(yīng)箱(2)底部，排至污泥處理系統(tǒng)；而加藥反應(yīng)箱(2)上清液則進(jìn)入軟化脫氨塔進(jìn)一步進(jìn)行固液分離和氨氮脫除；所述軟化藥劑包括碳酸鈉、氫氧化鈉，所述絮凝劑包括鋁鹽、鐵鹽，煤氣化廢水中軟化藥劑的投加量根據(jù)廢水的硬度及系統(tǒng)的結(jié)垢傾向進(jìn)行調(diào)節(jié)，為100-500ppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，步驟(2)中，所述軟化脫氨塔由塔體(4)、塔板(5)、膜組件(6)、曝氣裝置(10)、氨氣吸收罐(9)、產(chǎn)水系統(tǒng)(7)組成；所述軟化脫氨塔的塔體(4)底部放置膜組件(6)，同時(shí)膜組件(6)底部布置曝氣裝置(10)，塔體(4)的上部交錯(cuò)安裝塔板(5)，塔板(5)設(shè)置擋水并均布布水孔，增加氣相與液相的接觸面積，同時(shí)能夠提高兩相之間的傳質(zhì)效率；所述的塔體(4)上部采用輕質(zhì)材料，下部采用不銹鋼材質(zhì)，下部安裝膜組件(6)；塔體(4)上、下部分采用法蘭密封連接；所述塔板(5)采用有機(jī)復(fù)合材料；所述膜組件(6)采用超濾膜；所述產(chǎn)水系統(tǒng)(7)從膜組件(6)引出；所述曝氣裝置(10)用于對(duì)軟化脫氨塔的塔體(4)內(nèi)廢水進(jìn)行曝氣處理，所述氨氣吸收罐(9)與塔體(4)頂部引出的管道相連，氨氣在氨氣吸收罐(9)內(nèi)被充分吸收。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，步驟(2)中，所述軟化脫氨塔還包括膜組件(6)的反洗系統(tǒng)與清洗系統(tǒng)，用于對(duì)底部的膜組件(6)進(jìn)行反洗或清洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，在氨氣吸收罐(9)底部設(shè)置吸收分布器，并控制正常運(yùn)行液位為2-3m，便于提高氨氣的吸收效率；氨氣吸收罐(9)內(nèi)的吸收劑為純水或者稀硫酸，控制吸收終點(diǎn)的pH，以便及時(shí)補(bǔ)充吸收劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，所述氨氣吸收罐(9)輔助設(shè)置循環(huán)泵(8)，保證氨氣吸收罐(9)內(nèi)的溶液混合均勻，并達(dá)到一定的回用濃度；當(dāng)所述的氨氣吸收罐(9)以稀硫酸為吸收劑時(shí)，吸收終點(diǎn)pH為3.5-5.5，優(yōu)選pH為4-5；當(dāng)所述的氨氣吸收罐(9)以水為吸收劑時(shí)，得到的氨水的濃度為1-20％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，步驟(2)中，通過(guò)軟化脫氨工藝去除廢水中的沉淀懸浮物，同步對(duì)氨氮進(jìn)行凈化吸收，得到軟化脫氨氮后的廢水及純凈的氨水溶液或者硫酸銨溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，步驟(2)中，當(dāng)上清液的水溫在60-70℃、pH在10-12范圍內(nèi)時(shí)，軟化脫氨塔的氣水比選擇為50-2:1，優(yōu)選20-5:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，步驟(2)中，軟化脫氨塔中超濾膜的反洗頻率為每2h反洗1min，在線清洗周期為30天，離線清洗周期為6個(gè)月。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤氣化廢水的處理方法，其特征在于，軟化脫氨塔的出水總硬度≤1mmol/L，硅的去除率≥80％，氨氮去除率≥80％。
發(fā)明內(nèi)容
氣化灰水系統(tǒng)運(yùn)行都面臨高硬度、高懸浮物造成的換熱器、洗滌塔、管道等的堵塞現(xiàn)象；同時(shí)，氣化灰水內(nèi)循環(huán)時(shí)在沉降槽進(jìn)水投加絮凝劑沉淀懸浮物，而沉降槽出水又不得不投加分散劑防止設(shè)備及管路的堵塞，兩種藥劑作用完全相反，很難找到合適的調(diào)節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致氣化灰水系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定；氣化廢水排至污水處理廠又給污水系統(tǒng)帶來(lái)結(jié)垢、高氨氮等一系列問題。
本發(fā)明提供一種煤氣化廢水的處理方法，煤氣化廢水經(jīng)本發(fā)明方法處理后，可以回用到灰水系統(tǒng)進(jìn)行氣化爐的鎖斗沖洗或渣池沖洗，避免設(shè)備的污堵，同時(shí)，煤氣化廢水經(jīng)本發(fā)明方法處理后，再對(duì)其進(jìn)行生化處理時(shí)，可以大大減少后續(xù)生化系統(tǒng)脫氮所需額外投加的碳源。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
本發(fā)明提供一種煤氣化廢水的處理方法，包括以下步驟：
(1)控制或調(diào)節(jié)煤氣化廢水的pH值為10.0～12.0，在加藥反應(yīng)箱(2)中向煤氣化廢水中投加軟化藥劑及絮凝劑，使用攪拌器(1)混合均勻，使煤氣化廢水中的鈣、鎂、硅離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或膠體顆粒；
(2)經(jīng)過(guò)步驟(1)處理后的上清液經(jīng)過(guò)混合液進(jìn)料泵(3)進(jìn)入到軟化脫氨塔，在脫除氨氣的同時(shí)，通過(guò)塔底的超濾膜裝置將軟化生成的污泥顆粒過(guò)濾去除，得到軟化脫氨的廢水，使用氨氣吸收罐將氨氣進(jìn)行凈化吸收，得到純凈的氨水溶液或硫酸銨溶液；
(3)軟化脫氨后的廢水部分回用至灰水系統(tǒng)進(jìn)行氣化爐的鎖斗沖洗或渣池沖洗，或軟化脫氨后的廢水根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸送至污水處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步生化處理。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述煤氣化廢水具有高硬度、高氨氮、高SiO2、高鹽的特點(diǎn)。相比較高鹽廢水，煤氣化廢水含有的雜質(zhì)成分較多且復(fù)雜，直接投加藥劑對(duì)于硬度的去除效果較差。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(1)中控制或調(diào)節(jié)煤氣化廢水的pH值為10.0～12.0的方法為向煤氣化廢水添加常規(guī)pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)煤氣化廢水的pH值為10.0～12.0的目的在于提高軟化脫氨工藝環(huán)節(jié)的軟化和氨氮脫除效果。pH在10-12范圍內(nèi)，氨氮往往以游離氨的形式存在，且與pH正向相關(guān)，pH值較低，軟化和氨氮去除效果不好，達(dá)不到處理效果；pH值過(guò)高會(huì)導(dǎo)致加藥量大，提高成本，所以本申請(qǐng)基于煤氣化廢水的特殊組成，將控制或調(diào)節(jié)煤氣化廢水的pH值為10.0～12.0，優(yōu)選為10.0～11.0。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(1)中，根據(jù)煤氣化廢水的成分，添加合適的軟化藥劑用量，以使煤氣化廢水中的鈣、鎂、硅離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋怼?/span>
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(1)中，向煤氣化廢水中投加軟化藥劑及絮凝劑劑，使煤氣化廢水中的鈣離子轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕}，使煤氣化廢水中的鎂離子轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸V，煤氣化廢水中的硅離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷猁}沉淀。
所述軟化藥劑包括碳酸鈉、氫氧化鈉，所述絮凝劑包括鋁鹽、鐵鹽等藥劑，
所述的絮凝劑的主要作用為通過(guò)絡(luò)合機(jī)理取代鈣鎂離子與分散劑結(jié)合，從而保證煤氣化廢水中投加碳酸鈉藥劑能夠很好的按照理論近似數(shù)據(jù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成有效的固體或膠體顆粒物，通過(guò)膜過(guò)濾的方式去除鈣鎂硬度；
軟化藥劑投加量100-500ppm，煤氣化廢水中軟化藥劑的投加量根據(jù)廢水的硬度及系統(tǒng)的結(jié)垢傾向進(jìn)行調(diào)節(jié)。
絮凝劑的投加量1-100ppm，優(yōu)選20-50ppm。
步驟(1)的加藥反應(yīng)箱，圓形錐底結(jié)構(gòu)，配置攪拌裝置，保證液體和所加的藥劑完全混合，均勻反應(yīng)，反應(yīng)完全后底部的沉淀通過(guò)重力排出，送至污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，上清液送至軟化脫氨塔。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(2)中，所述軟化脫氨塔由塔體、塔板、膜組件、曝氣裝置、氨氣吸收罐、產(chǎn)水系統(tǒng)組成，
所述軟化脫氨塔的塔體底部放置膜組件，同時(shí)膜組件底部布置曝氣裝置，塔體的上部交錯(cuò)安裝塔板，塔板設(shè)置擋水并均布布水孔，增加氣相與液相的接觸面積，同時(shí)能夠提高兩相之間的傳質(zhì)效率；此外，廢液進(jìn)塔溫度為60-70℃，能夠較好的維持氨氣的逃逸速度，提高氨氮的脫除率。
所述的塔體上部采用輕質(zhì)材料，可以選用玻璃鋼或者其他耐腐蝕材質(zhì)；下部采用不銹鋼材質(zhì)，下部安裝膜組件；塔體上、下部分采用法蘭密封連接，塔體分為上下兩部分，對(duì)于拆裝膜組件更加方便。
所述塔板采用CPVC或ABS、PP等耐腐蝕，或者強(qiáng)度較高的有機(jī)復(fù)合材料。同時(shí)，塔板底部輔助以不銹鋼的加強(qiáng)筋及骨架。
所述塔板設(shè)置擋水并均布布水孔，增加氣相與液相的接觸面積，同時(shí)能夠提高兩相之間的傳質(zhì)效率。
所述產(chǎn)水系統(tǒng)從膜組件引出。
所述曝氣裝置用于對(duì)軟化脫氨塔的塔體內(nèi)廢水進(jìn)行曝氣處理，曝氣使得塔體內(nèi)的液體混合均勻，并沖刷膜的表面，減緩膜的污染。廢液進(jìn)塔溫度為60-70℃，pH在10-12之間，氨氮往往以游離氨的形式存在，曝氣裝置同時(shí)提高了氨氮的脫除率。在堿性條件下，60-70℃時(shí)，由于設(shè)置有曝氣裝置，很容易將氨氣從液相中帶出，經(jīng)過(guò)多級(jí)塔板的分布，增大氣液接觸界面，進(jìn)一步提高脫氨的效率。
所述氨氣吸收罐與塔體頂部引出的玻璃鋼管道相連，氨氣在氨氣吸收罐內(nèi)被充分吸收。氨氣吸收罐中利用稀硫酸或者水吸收塔頂收集的氨氣，并配合設(shè)置循環(huán)泵在吸收罐內(nèi)保持一定的循環(huán)比例，以便更好的均勻吸收液，提高吸收效率。
當(dāng)所述的氨氣吸收罐以稀硫酸為吸收劑時(shí)，吸收終點(diǎn)pH一般為3.5-5.5，優(yōu)選pH為4-5。
當(dāng)所述的氨氣吸收罐以水為吸收劑時(shí)，得到的氨水的濃度一般為1-20％，氨水濃度范圍可以根據(jù)回用需求確定。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(2)中，所述軟化脫氨塔還包括反洗系統(tǒng)與清洗系統(tǒng)，所述反洗系統(tǒng)與清洗系統(tǒng)與軟化脫氨塔的膜組件相連，用于對(duì)膜進(jìn)行反洗或清洗。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(2)中，所述軟化脫氨塔的產(chǎn)水系統(tǒng)包括從膜組件引出的產(chǎn)水管線，以及產(chǎn)水管線上設(shè)置的產(chǎn)水泵。
在本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述產(chǎn)水管線上設(shè)置反洗系統(tǒng)與清洗系統(tǒng)，所述反洗系統(tǒng)包括反洗水箱以及反洗水箱與產(chǎn)水管線之間的反洗管線。所述反洗水箱中的反洗水經(jīng)過(guò)反洗泵進(jìn)入到膜分離裝置對(duì)膜進(jìn)行清洗，以保證膜的分離效率。根據(jù)需要，反洗水箱中的水可以是產(chǎn)水或者定期配制一定酸、堿和次氯酸鈉溶液等進(jìn)行反洗。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述膜組件的材質(zhì)為高分子材料，具有很好的耐酸性和耐堿性，可以耐受pH為1-14的范圍長(zhǎng)期運(yùn)行，對(duì)氯離子濃度無(wú)要求，不存在氯離子腐蝕問題。
在本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述膜組件孔徑為0.05-0.1μm，根據(jù)需求選擇不同的孔徑范圍，可以滿足多種不同顆粒物粒徑的使用要求。利用篩分過(guò)濾的原理，直接將反應(yīng)生成的固體或膠體顆粒物截留在膜絲外側(cè)，不需要考慮傳統(tǒng)軟化工藝(反應(yīng)-沉淀-過(guò)濾-超濾)中沉淀分離的沉降時(shí)間及水質(zhì)波動(dòng)對(duì)沉淀顆粒的影響。
在本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(2)中，在氨氣吸收罐底部設(shè)置吸收分布器，并控制正常運(yùn)行液位2-3m左右，便于提高氨氣的吸收效率；吸收劑為純水或者稀硫酸，控制吸收終點(diǎn)的pH，以便及時(shí)補(bǔ)充吸收劑。氨氣吸收罐輔助設(shè)置循環(huán)泵，保證氨氣吸收罐內(nèi)的溶液混合均勻，并達(dá)到一定的回用濃度，被水或者稀硫酸吸收轉(zhuǎn)化為最高20％濃度的氨水或者硫酸銨溶液。
通過(guò)軟化脫氨工藝去除廢水中的沉淀懸浮物，同步進(jìn)行軟化脫氨，得到軟化脫氨后的廢水及純凈的氨水或者硫酸銨溶液。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(2)中，軟化脫氨塔的氣水比與廢水中的氨氮含量，及水溫、pH直接相關(guān)；水溫在60-70℃、pH在10-12范圍內(nèi)時(shí)，一般軟化脫氨塔的氣水比50-2:1，優(yōu)選20-5:1。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(2)中，優(yōu)選地，軟化脫氨塔反洗頻率為每2h反洗1min，在線清洗周期為7天，離線清洗周期為6個(gè)月。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(3)中，軟化脫氨后的廢水大部分回用至灰水系統(tǒng)進(jìn)行氣化爐的鎖斗沖洗或渣池沖洗，可以回收氨水或者硫酸銨溶液。
步驟(3)中，軟化脫氨后的廢水根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸送至污水處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步生化處理時(shí)，與原氣化廢水相比，產(chǎn)水中氨氮大大降低，可大大降低的生化系統(tǒng)的處理成本(電耗節(jié)省40-50％，延長(zhǎng)生化曝氣器的使用壽命，防止鈣鎂顆粒污堵曝氣孔)。
基于本發(fā)明方法得到的氨水或者硫酸銨溶液純度較高，可用于再生產(chǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面：
1)將軟化和脫氨氮集中到了一個(gè)設(shè)備當(dāng)中，同步實(shí)現(xiàn)軟化和脫氨氮的效果；
2)向煤氣化廢水中只投加軟化藥劑達(dá)不到去除硬度的效果，本技術(shù)同時(shí)投加絮凝劑才可以處理傳統(tǒng)軟化法難以處理的絡(luò)合狀態(tài)鈣鎂離子；
3)軟化脫氨塔出水總硬度≤1mmol/L，硅的去除率≥80％，氨氮去除率≥80％，水處理效果穩(wěn)定，軟化脫氨塔出水返回氣化爐的鎖斗沖洗或渣池沖洗，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；
4)軟化脫氨塔出水總硬度降低后，出水進(jìn)入后續(xù)生化系統(tǒng)，避免了生化系統(tǒng)曝氣設(shè)備的污堵，保證了生化系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
5)軟化脫氨出水氨氮濃度降低，大大減少后續(xù)生化系統(tǒng)脫氮所需額外投加的碳源，節(jié)省了生化系統(tǒng)的運(yùn)行成本；
6)軟化脫氨出水氨氮濃度降低，降低了生化系統(tǒng)的池容，進(jìn)一步節(jié)約了成本；
7)軟化脫氨塔底部設(shè)置曝氣裝置，減緩了底部膜組件的污染。同時(shí)，在堿性條件下，60-70℃時(shí)，曝氣很容易將氨氣從液相中帶出，提高了脫氨效率；軟化脫氨塔設(shè)置多級(jí)塔板的分布，增大氣液接觸界面，進(jìn)一步提高了脫氨的效率；
8)軟化脫氨塔頂設(shè)置集氣管路連接氨氣吸收罐，罐底部設(shè)置吸收分布器，氨氣吸收罐中利用稀硫酸或者水吸收塔頂收集的氨氣，并配合設(shè)置循環(huán)泵在吸收罐內(nèi)保持一定的循環(huán)比例，以便更好的均勻吸收液，提高吸收效率。
（發(fā)明人：張承慈;程新燕;王淑影）
