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煤化工废水分类深度处理及回用技术的研究与应用

2017-12-01  来源:互联网      煤化工企业  废水处理  回用技术   

煤化工企业产生的废水可分为生活污水、生产废水及焦化废水3类。生活污水来源于生活设施及化验室产生的废水,污染物浓度较低,可生化性好;生产废水主要来源于工艺设备冷却水是为防止设备结垢而排放的废水,因长期循环使用而浓缩,虽然污染物浓度低,但悬浮物浓度高,可生化性差,一般排水水质可达到《污水综合排放标准》GB8987-1996)中的二级标准,大部分企业不收集处理,直接排放。焦化废水主要来源于炼焦及煤气净化过程,是含有酚类、氰化物、多环芳香族化合物等有毒有害物质的难降解工业废水,大部分企业将其与生活污水混合后一般采用生化处理,处理后排水水质达到《污水综合排放标准》(GB8987-1996)中的二级标准用于企业湿熄焦生产过程中。近年来,随着我国煤化工产业飞速发展,特别是国家环保产业政策调整,干熄焦生产工艺及《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)的强制实施,一方面企业对工业新水用量需求加剧,另一方面企业又产生大量的生产废水和焦化废水,给我国水环境可持续发展带来严峻挑战。0.4m3/t焦排水量限制成为严重制约企业可持续发展的瓶颈,因此寻求高效、

稳定的废水处理工艺及中水回用技术,实现废水资源化利用和废水“零排放”,已成为企业的自身发展需求及外在客观要求,也是其降低生产运行成本的重要措施。

1工程概况及处理工艺

1.1工程概况:河北省某煤化工企业年焦炭生产能力330万t,配套建设了3座140t/h干熄焦及其发电设施、煤气净化等工艺及公辅设施。厂区采用分流制排水系统,生活污水排水量为15m3/h,生产废水排水量为215m3/h,经生化处理后的焦化废水水量为220m3/h。要求上述3种废水经深度处理系统处理后的设计混合水水质达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中规定的再生水水质指标限值(其中部分指标优于该规范限值),用作厂区工业循环水系统的补水水源,其设计回用水水质指标要求如表1所示。

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1.2废水处理工艺设计思路:鉴于目前煤化工企业传统废水处理以达标排放为目的,严重制约了企业的可持续发展,为提高企业废水资源利用率,减少外排废水量,本工程对企业排放的生活污水、生产废水及经生化处理后的焦化废水采取相对独立的废水深度处理系统,即生活污水处理系统、生产废水深度处理系统和焦化废水深度处理系统,将生活污水生化处理后的出水并入生产废水深度处理系统进行处理,将生产废水深度处理系统处理后的浓水与经生化处理后的焦化废水混合后集中进行深度处理,经上述3种废水深度处理系统处理后的混合水水质以达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中规定的再生水水质指标。

1.3污水处理工艺设计与优化

1.3.1生活污水处理系统

1.3.1.1水质分析:生活污水主要来自厂区生活设施排水,其进水水质如表2所示。从表2可知,该生活污水BOD5/COD=0.5、C/N=5,生化性较好。处理系统的主要关注指标是COD、SS和TN,但对比设计回用水水质标准得出该生活污水经生化处理后,TDS仍不能满足回用要求。

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1.3.1.2工艺流程:根据生活污水处理系统进水水质,通过分析及综合比较,确定采用生物接触氧化处理工艺,工艺流程如图1所示

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厂区生活污水经格栅(间隙10 mm,槽宽0.5m)去除毛发等较大悬浮物后自流进入沉砂调节池(水力停留时间ht为8.15h),在沉砂调节池内进行大颗粒污染物沉淀和水质水量调节后经泵提升进入生物接触氧化池(填料400m3,ht为11.62h),利用微生物生化作用去除污水中COD、BOD5、NH3-N等大部份污染物,生物接触氧化池出水自流入沉淀池(水力负荷为1.5m3/(m2˙h),ht为2.5h),经泥水分离后的出水进入生产废水深度处理系统的调节池。该沉淀池排出的部分污泥回流至生化池,其余剩余污泥重力流至污泥池,经污泥提升泵送至污泥脱水间进行脱水,脱水后的干污泥外运处理。

1.3.1.3处理效果:采用该生活污水处理工艺稳定运行后,处理效果如图2 所示。

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从图2 可知,工艺出水COD≤38.7mg/L、BOD5≤6.3mg/L、TDS≤500mg/L,未达到设计回用水水质标准要求。但出水中的NH3- H ≤2.3 mg/L、SS≤7.9 mg/L、TP≤0.15mg/L(其去除率分别为92.3%、96.4%、95.7%)及其他指标均满足设计回用水标准。

1.3.2生产废水深度处理系统

1.3.1.2水质分析:生产废水主要来自煤气净化、干熄焦发电等循环冷却水系统的排污水;干熄焦锅炉、燃气锅炉等配套除盐水站(超滤+反渗透+混床)的反洗水、反渗透浓水、混床再生水;其他设备直接冷却水及其排污水。该废水中含有大量的无机盐及少量不可生物降解的杀菌剂和缓蚀剂,其进水水质指标见表3。从表3可知,该生产废水深度处理系统进水水质的BOD5/COD=0.26~0.27,可生化性很差,要达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中的再生水水质指标要求,其中SS、COD和TDS是该系统的处理难点,但从全厂水处理系统的角度考虑,将该系统处理的重点放在SS和TDS上。

1.3.2.2工艺流程:根据生产废水处理系统进出水水质,通过分析及综合比较,本工程采用的工艺流程如图3所示。

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厂区生产废水进入调节池(ht为7.73h)进行水质水量调节,调节池出水经泵提升后进入高效澄清池(直径9m×高7.5m,2座)进行絮凝反应后固-液分离,并向高效澄清池投加混凝剂(PAC)和助凝剂(PAM)。澄清池出水重力流入流砂过滤器(直径2.65m×高6.1m,单套设计处理水量50m3/h,共8套),经流砂过滤器截留细小悬浮物后的水自流入中间水池(ht为1.0h),流砂过滤器的反洗水返回至调节池进行回收处理。中间水池出水经泵加压进入保安过滤器(过滤孔径为100μm,2台),出水进入电渗析装置(单套设计处理水量20m3/h,脱盐率60%~70%,回收率65%~75%,20台)进行脱盐,产水进入回用水池供用户使用。其中电渗析浓水送至焦化废水深度处理系统进行处理,高效澄清池分离出来的含水污泥重力流至污泥池,与其他系统排出的污泥一并送至厂区污泥脱水间进行脱水处理。

1. 3.2.3处理效果:该工程生产废水处理工艺对污染物的去除效果如图4所示。

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从图4可知,工艺出水BOD5≤7.6mg/L、TDS≤520mg/L,其去除率分别为57.2%、61.5%,未达到设计回用水水质标准要求。但COD≤29mg/L、NH3-H≤5.0mg/L及其他指标均满足回用水水质标准。

1.3.3焦化废水深度处理系统

1.3.3.1水质分析:焦化废水深度处理系统的来水主要包括经生化工艺处理后的焦化废水排水及生产废水深度处理系统处理后的浓水,其调节池废水水质指标见表4。

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从表4可知,为达到循环补充水水质要求,该焦化废水中的污染物主要包括COD、BOD5、NH3-N、SS和TDS,废水的生化性较差,且生化工艺处理后的焦化废水排水中包含部分酚类化合物、脂肪族化合物、杂环化合物和多环芳香族化合物等难生物降解的物质。

1.3.3.2工艺流程:根据焦化废水深度处理系统水质,通过分析及综合比较,深度处理系统采用的工艺流程如图5所示。

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生化处理后的焦化废水及生产废水深度处理系统的浓水自流进入调节池(ht为8.2h)进行水质水量调节,调节池出水经泵提升进入微电解装置(16格),废水中的有机物在微电流的作用下被降解。在微电解装置前投加硫酸,控制废水的pH 在2.5~3。微电解装置出水自流进入微电解产水池(ht为0.32h),再经泵加压送入微波辅助催化氧化装置(单套处理水量120m3/h,3套)。在微波辅助催化氧化装置前投加芬顿试剂,进一步促进有机污染物的氧化降解。催化氧化装置出水自流进入絮凝反应池(反应时间0.17h),在絮凝反应池前投加NaOH 调整废水pH并投加PAM 以强化混凝效果。絮凝反应池出水进入辐流沉淀池(16 m×4.5 m,水力负荷为0.85m3/(m2˙h),ht为4.05h),经泥水分离后进入沉淀产水池(ht为1.48h),出水经泵加压后通过多介质过滤器(直径5m,4台)过滤,滤后水先进入自清洗过滤器(单套处理水量200m3/h,孔径为100μm,2台),再进入电渗析装置(单套处理水量20m3/h,脱盐率60%~70%,回收率65%~75%,22台)进行一级脱盐。电渗析装置产水进入缓冲水池(ht为0.35h),浓水自流入浓水池(ht为4.7h)部分外排后进行综合利用。缓冲水池出水进入超滤装置(单套装置膜数量:n=60支、平均运行通量60L/(m2˙h),2套),后流入超滤产水池(ht为0.67h),再由超滤水泵提升进入反渗透装置前的保安过滤器(孔径为5μm,2台),同时向保安过滤器前投加还原剂和阻垢剂,保安过滤器出水再经高压泵提升进入反渗透装置(单套装置膜数量n=204支、平均运行通量15L/(m2˙h),回收率为70%,2套)进行二级脱盐,产水合格后进入回用水池(ht为4.82h)以供用户需要。

1. 3.3.3处理效果:采用本焦化废水深度处理工艺后,系统对COD及电导率的处理效果见图6、图7。

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从图6可以得出,在检测时限内,工艺出水COD最高为14.8mg/L、最低为1.5mg/L,可稳定满足本工程要求设计产水COD≤30mg/L的限值。从图7可知,工艺出水中电导率长期稳定在200μS/cm以下,根据电导率与TDS之间的换算关系,得出该工艺出水中TDS稳定在120μS/cm以下。同时,焦化废水深度处理系统的产水经过与生产废水深度处理系统的产水进行勾兑混合,完全满足设计回用水水质对TDS≤400mg/L的要求。而且,该工艺出水中pH 在7.1~8.46,BOD5<1.0mg/L,氨氮<0.5mg/L,细菌总数<1000个/mL,其他指标均满足设计出水要求。

2系统优化及经济分析:
为优化污水资源配置,本工程将生活污水处理工艺、生产废水深度处理工艺、焦化废水深度处理工艺处理过的水进行勾兑混合,完全满足回用水水质要求后,用于厂区工业冷却循环水系统补水,回用总水量为380m3/h,本工程水系统总回收率≥84.5%。根据该企业实际运行情况,按该地区电价0.55元/(kW˙h)、水价3.6元/m3 估算,其生产废水深度处理工艺、焦化废水深度处理工艺吨水运行成本分别为2.45元、12.68元(含人工费、电费、药剂费、设备维修、滤料更换及膜折旧,不含设备折旧费)。

3结论与建议:

(1)对河北某煤化工企业的生活污水、生产废水、焦化废水进行分类处理,针对废水中不同的污染物设置高效的水处理单元,通过对全厂3套废水深度处理系统处理过的水进行勾兑混合,水质完全达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中要求的再生水水质指标,可作为厂区工业循环水系统的补水水源,实现了废水资源优化利用,降低了综合废水处理成本。(2)将生活污水处理系统的产水兑入生产废水深度处理系统统一处理,将生产废水深度处理系统处理后的浓水与焦化废水处理系统生化处理后的废水进行混合后集中进行深度处理,优化了废水资源配置,实现了厂区水系统节能减排的目标,水系统总回收率≥84.5%。(3)该组合废水处理技术为水资源严重匮乏、污染物排放严格限制的煤化工企业废水分类处理及回用提供了一条工艺路线,具有一定的推广意义。(4)该焦化废水深度处理工艺采用的高级氧化技术处理成本相对较高,通过生产运行实践探索,有待于进一步优化工艺处理单元,降低废水处理成本。

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