CN103922549B - 一种煤气化废水处理与回用方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业废水处理领域，涉及一种煤气化废水处理与回用方法及其装置，该方法是将煤加压气化产生的煤气化废水依次进行中压汽提、换热预热/冷却、浅层气浮、水解酸化、厌氧-好氧生物处理、膜生物反应、臭氧氧化、物炭吸附、多介质过滤、自清洗过滤、超滤、保安过滤、反渗透、离子交换吸附工艺处理与回用，送入高压锅炉给水系统。本发明将各种治理废水的方法进行优化组合，解决了煤气化废水处理难于达标排放和回用“零排”的问题。

Description

一种煤气化废水处理与回用方法及其装置

技术领域

本发明属于工业废水处理领域，尤其是涉及一种煤气化废水处理与回用工艺方法。本发明还涉及一种用于实现该方法的装置。

背景技术

近年来，鲁奇加压煤气化技术在国内的煤制气、煤制氨、煤制油等煤化工装置中得到广泛应用，但是，该工艺过程会产生大量的高污染废水，水质成分复杂，废水中不但存在着大量悬浮固体和水溶性无机化合物，含有大量的酚类化合物、苯及其衍生物、吡啶等，还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质，污染物色度深，属较难生物降解的高浓度有机工业废水。因此，煤气化废水的处理一直是国内外废水处理领域的一大难题。

由于煤气化废水实质上都是从煤气饱和水分中冷凝下来的，因此，溶解或悬浮有煤气的废水中含有多种成份。废水中的污染物会因煤质和气化工艺不同而有所差异，鲁奇炉煤气化工艺成熟，但是煤气化温度低，产生废水成分复杂，废水一般呈深褐色，有一定粘度，多泡沫，pH值在6.5~8.5范围内波动，呈中性偏碱，有浓烈的酚、氨嗅味。一般COD值在2000mg/L左右，氨氮浓度2000~6000mg/L，油含量60mg/L左右。国内外普遍采用化工分离与生化处理相结合的方式来处理该类废水。化工分离包括汽提、萃取、精馏等单元过程，以去除酸性气体，回收酚、氨等物质，然后再进行生化处理，但均不能达到排放要求。

目前，国内处理煤气化废水的技术还有以下几种。

（1）新物化法

新物化法是指在常温下利用废水中有害物质与专门为处理废水而开发的药剂（污水灵）发生反应，经过4次不同加药处理，最终实现COD、BOD、NH₃-N、SS均达到排放要求。该技术最大的缺陷是废水中有毒有害物质只是形态的转移，另外该技术的成熟性还需要经工程实践的考验。

（2）HSB法处理废水

HSB（HighSotutionBacteria）是高分子菌群的英文缩写。目前国内初步试验得出以下结论：HSB耐受废水中有毒有害物质性好；处理后污泥少、出水色度好；加碱量为传统方法的1/3～1/5，运行费用较低，但对菌种特性、生存条件、净化功能尚未完全了解，有待进一步研究与实践。

（3）芬顿试剂处理技术

芬顿试剂对有机分子的破坏是非常有效的，其实质是二价铁离子与过氧化氢之间的链反应催化生成·OH自由基，三价铁离子催化剂（芬顿类试剂）也能激发这个反应。这两个反应生成的·OH自由基能有效地氧化各种有毒的和难处理的有机化合物。

（4）微波与超声波处理技术

利用微波与超声波降解水中化学污染物，尤其是难降解的有机污染物，是近几年来发展起来的一项新型处理技术。对液体而言，微波仅对其中的极性分子起作用，微波电磁场能使极性分子产生高速旋转碰撞而产生热效应，降低反应活化能和化学键强度；在微波场中，剧烈的极性分子震荡，能使化学键断裂，故可用于污染物的降解。超声波由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液化介质向四周传播，研究表明，包括卤代脂肪烃、单环和多环芳香烃及酚类物质等都能被超声波降解。

对煤气化废水的处理，单纯靠物理、物理化学、化学、生物的方法进行处理，难以达到排放标准，往往需要通过由几种方法组成的处理系统，才能达到处理要求的程度。因此只有不断提高现有处理技术的处理能力，将各种方法科学合理地组合起来，取长补短才能找到治理煤气化废水的最佳方法。

发明内容

本发明旨在提供一种新的煤气化废水处理与回用方法，以及适用于该方法的生产装置。

本发明提供的煤气化废水处理与回用方法，包括：将煤加压气化产生的煤气化废水经预热后进入汽提塔，同时，向汽提塔中加入碱液，由从汽提塔3下部进入的中压蒸汽对加入碱液的废水进行中压汽提将易挥发性物质去除后从塔底排出，经换热冷却后，依次进行曝气调节、浅层气浮、水解酸化处理，再进入厌氧-好氧生物处理池（简称：A/O池），对有机物及氨氮等进行降解，将好氧生物处理池（简称：O池）的出水进行膜生物反应，对膜生物反应的混合液进行泥水分离，然后进行臭氧氧化，将废水中难降解的污染物分解为小分子物质去除，经生物吸附进一步降解残余有机物，将吸附后的出水依次进行多介质过滤、自清洗过滤、超滤、保安过滤处理，处理后的出水经经反渗透，离子交换吸附工艺处理与回用，送入高压锅炉给水系统；

将汽提后含易挥发性物质的饱和蒸汽从汽提塔顶部排出，送至气化炉，作为气化剂再利用。

其中，所述自清洗过滤工艺的过滤精度为100μm，所述保安过滤工艺的过滤精度为5μm。

此外，为防止汽提塔底部经除氨后的煤气水经换热器换热冷却后，温度仍然偏高，可以将经过换热冷却的煤气化废水通过水冷器进行再冷却化处理。

用于实现本发明方法的装置包括：

高压煤气水泵1，与换热器2连通，用于将经过焦油分离、轻油分离、双介质过滤等预处理后的煤气化废水送往煤气水换热器2；

汽提塔3，汽提塔3的煤气水进口与换热器2的煤气水出口连通，用于接收换热器2输送来的经过预热处理的煤气水，汽提塔3底部设有中压过热蒸汽进口，方便中压过热蒸汽直接通入，汽提塔3顶部设有出气口，用于汽提出塔内CO₂、H₂S、NH₃和微量惰性气体等易挥发性物质，将汽提后的饱和蒸汽送往气化炉，作为气化剂进行再利用；

计量泵4，与汽提塔3的碱液进口连通，通过计量泵4向汽提塔3输送碱液；

曝气调节池5，与换热器2的煤气水出口连通，用于接收从换热器2换热冷却后的煤气水，与生活污水、合成界区冲洗地坪水、合成含甲醇废水在曝气调节池5混合；

浅层气浮装置7，与提升泵6连通，用于接收提升泵6输送的曝气调节池5中的混合液，将其在浅层气浮装置7中对废水进行除油和去除悬浮物；

内置组合填料9的水解酸化池8，用于接收经过浅层气浮装置7混凝沉淀处理的废水；

A/O池10、12，在厌氧生物处理池(简称：A池)10内安装潜水搅拌机11，在A池10与O池12间设置混合液回流泵13，A池10与水解酸化池8出水口连通，用于将水解酸化池8处理后的废水在A池10中进行厌氧生物处理，在O池12中进行好氧生物处理，有效降解污水中的有机污染物及氨氮污染物；

膜生物反应池（简称：MBR膜池）14，在MBR膜池14的底部设有污泥回流泵15，MBR膜池14的进液口与O池12的出液口连通，用于通过好氧微生物的新陈代谢作用降解废水中的有机污染物，通过MBR膜对混合液进行泥水分离，再将分离出的污泥通过污泥回流泵15回流至A/O池10、12进行厌氧-好氧生物处理；

臭氧氧化池17，通过自吸泵16与MBR膜池14连通，MBR膜池14中经过泥水分离后的废水通过自吸泵16抽至臭氧氧化池17与臭氧进行混合反应，将废水中难降解的污染物分解为小分子物质去除；

生物炭池18，与臭氧氧化池17出液口连通，用于将经过臭氧氧化池17处理后的残余有机物在生物炭池18中进一步降解；

清水池19，与生物炭池18连通，用于接收水泵输送来的经过生物炭池18处理的水；

多介质过滤器21，通过增压泵20与清水池19连通，实现将清水池19中的出水通过增压泵20增压后进行多介质过滤；

超滤装置23，在超滤装置23前设置自清洗过滤器22，将多介质过滤器21、出水经自清洗过滤器22输送至超滤装置23进一步过滤进入超滤水箱24储存；

超滤水泵25，超滤水泵25的进液口与超滤水箱24的出液口连通，超滤水泵25的出液口与保安过滤器26进液口连通，保安过滤器26与高压泵27、反渗透装置28、中间水箱29依次连通，用于将超滤出水进行一系列过滤、渗透，反渗透工艺产生的稀浓度水送入中间水箱29，浓盐水送入浓盐水箱；

阳离子交换床31，通过中间水泵30与中间水箱29连通，用于将中间水箱29的水通过中间水泵30送至阳离子交换床31，对水中的阳离子进行脱除；

脱碳器32，与阳离子交换床31连通，用于将已经过阳离子脱除的水进行二氧化碳脱除；

阴离子交换床33，与脱碳器32的出口连通，用于将已进行过阳离子和二氧化碳脱除的水进行阴离子脱除；

混床34，混床34的进液口与阴离子交换床33的出液口连通，混床34的出液口与脱盐水箱35连通，用于将经过初步脱除阳离子、二氧化碳、阴离子的水送至混床34，进一步脱除水中残余的阴阳离子后，送至脱盐水箱35作为高压锅炉给水。

作为一种优选实施方式，所述浅层气浮装置7位于水解酸化池8和A/O池10、12的上方，避免二次供水。

作为一种优选实施方式，所述超滤装置23采用错流过滤、PLC控制自动交替反洗的运行方式，反洗采用气-水联合方式，超滤反洗水输送至曝气调节池5。

作为一种优选实施方式，所述多介质过滤器21使用的双层滤料是在过滤层上部放置较轻的大颗粒无烟煤、下部为大比重、小颗粒石英砂，滤层效率高、截污能力强。

作为一种优选实施方式，所述反渗透装置28可以是一级、二级或多级。

作为一种优选实施方式，该装置还设有水冷器36，连接在换热器2和曝气调节池5之间，用于将经过换热器2换热冷却后温度偏高的煤气水输送至水冷器36进行再冷却。

本发明与现有技术相比具有如下优点。

1.该废水处理回用组合工艺处理能力大，装置占地面积小。

2.采用“中压汽提+浅层气浮+水解酸化+A/O+MBR膜+臭氧氧化+生物炭+多介质过滤+自清洗过滤+超滤+保安过滤+反渗透膜+离子交换吸附”处理与回用组合工艺，可将废水处理与回用到锅炉给水系统，实现煤气化废水的回用。

3.具有集组合工艺流程优化，以及操作控制于一体的实用性。

附图说明

附图1为本发明煤气化废水处理与回用的工艺流程图。

附图2为本发明具体实施方式的工艺流程图。

1-高压煤气水泵，2-换热器，3-汽提塔，4-计量泵，5-曝气调节池，6-提升泵，7-浅层气浮装置，8-水解酸化池，9-组合填料，10-厌氧生物处理池（简称：A池），11-潜水搅拌机，12-好氧生物处理池（简称：O池），13-混合液回流泵，14-膜生物反应池（简称：MBR膜池），15-污泥回流泵，16-自吸泵，17-臭氧氧化池，18-生物炭池，19-清水池，20-增压泵,21-多介质过滤器，22-自清洗过滤器，23-超滤装置，24-超滤水箱，25-超滤水泵，26-保安过滤器，27-反渗透高压泵，28-反渗透装置，29-中间水箱，30-中间水泵，31-阳离子交换床，32-脱碳器，33-阴离子交换床，34-混床，35-脱盐水箱，36-水冷器。

具体实施方式

为进一步公开本发明的工艺技术路线，下面结合说明书附图2对工艺路线进行详细说明。

将从煤加压气化装置输送来的煤气化废水经焦油分离、轻油分离、双介质过滤预处理后，通过高压煤气水泵1进行中压汽提，然后将煤气水输送至换热器2进行预热，预热后的煤气水进入汽提塔3进行中压汽提，中压过热蒸汽直接通至汽提塔底部，20％的碱液由碱液计量泵4送往汽提塔的进料管线，汽提出CO₂、H₂S、NH₃和微量惰性气体等易挥发性物质，汽提后的饱和蒸汽送往气化炉，作为气化剂再利用，汽提塔3中产生的经过除氨后的高温煤气水送至换热器2进行换热冷却。

经换热冷却处理后的煤气水温度偏高送往水冷器36继续进行冷却处理，再送往曝气调节池5与生活污水、合成界区冲洗地坪水、合成含甲醇废水进行充分混合，混合均匀的废水通过提升泵6提升至浅层气浮装置7中对废水进行除油和去除悬浮物。

混凝沉淀后的废水进入内置组合填料9的水解酸化池8，水解酸化池出水进入A/O池10、12，在A池10与O池12间设置混合液回流泵13，A池10与水解酸化池8出水口连通，用于将水解酸化池8处理后的废水在A池10中进行厌氧生物处理，在O池12中进行好氧生物处理，有效降解污水中的有机污染物及氨氮污染物，其中浅层气浮装置7位于水解酸化池8和A/O池10、12的上方，避免了二次供水。

将O池的出水进入MBR膜池14，在MBR膜池14的底部设有污泥回流泵15，用于通过好氧微生物的新陈代谢作用降解废水中的有机污染物，通过MBR膜对混合液进行泥水分离，再将分离出的污泥通过污泥回流泵15回流至A/O池10、12进行厌氧-好氧生物处理。

将在MBR膜池14中进行泥水分离的水通过自吸泵16抽至臭氧氧化池17与臭氧进行混合反应，将废水中难降解的污染物分解为小分子物质去除，处理后的废水再送入生物炭池18进一步降解废水中残余的有机物，生物炭池18的出水通过水泵输送至清水池19，清水池19的出水通过增压泵20进行增压，再送至多介质过滤器21进行过滤，其中，多介质过滤器21使用的双层滤料是在过滤层上部放置较轻的大颗粒无烟煤、下部为大比重、小颗粒石英砂，滤层效率高、截污能力强。

多介质过滤器21的出水通过自清洗过滤器22送至超滤装置23进一步过滤进入超滤水箱24储存，其中自清洗过滤工艺的过滤精度为100μm，其中，滤装置23采用错流过滤、PLC控制自动交替反洗的运行方式，反洗采用气-水联合方式，超滤反洗水输送至曝气调节池5。

超滤装置23的出水通过超滤水泵25经保安过滤器26、高压泵27，进入反渗透装置28，反渗透装置产水进中间水箱29，超滤出水进行一系列过滤、渗透，反渗透装置28产生的稀浓度水送入中间水箱29，浓盐水送入浓盐水箱，其中，保安过滤工艺的过滤精度为5μm。

将中间水箱29的出水通过通过中间水泵30送至阳离子交换床31脱去水中的大部分阳离子，然后送至脱碳器32去除水中的二氧化碳，除去大部分二氧化碳后的水送至阴离子交换床33去除水中的大部分阴离子，然后送至混床34进一步去除水中残余的阴阳离子，混床出水送至脱盐水箱35作为高压锅炉给水。

Claims (9)

1.一种煤气化废水处理与回用方法，包括：将煤加压气化产生的煤气化废水经预热后进入汽提塔，同时，向汽提塔中加入碱液，由从汽提塔下部进入的中压蒸汽对加入碱液的废水进行中压汽提将易挥发性物质去除后从塔底排出，经换热冷却后，依次进行曝气调节、浅层气浮、水解酸化处理，再进入厌氧-好氧生物处理池，对有机物及氨氮进行降解，将好氧生物处理池的出水进行膜生物反应，对膜生物反应后的混合液进行泥水分离，然后进行臭氧氧化，将废水中难降解的污染物分解为小分子物质去除，再经生物吸附进一步降解残余有机物，将吸附后的出水依次进行多介质过滤、自清洗过滤、超滤、保安过滤处理，处理后的出水经反渗透，离子交换吸附工艺处理与回用，送入高压锅炉给水系统；

将汽提后含易挥发性物质的饱和蒸汽从汽提塔顶部排出，送至气化炉，作为气化剂再利用。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：还包括将经过换热冷却的煤气化废水通过水冷器进行再冷却化处理。

3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于：所述经换热冷却后的煤气化废水与生活污水、合成界区冲洗地坪水、合成含甲醇废水混合进行曝气调节。

4.一种用于实施权利要求1所述方法的装置，所述装置包括：

高压煤气水泵（1），与换热器（2）连通，用于将经过焦油分离、轻油分离、双介质过滤预处理后的煤气化废水送往煤气水换热器（2）；

汽提塔（3），汽提塔（3）的煤气水进口与换热器（2）的煤气水出口连通，用于接收换热器（2）输送来的经过预热处理的煤气水，汽提塔（3）底部设有中压过热蒸汽进口，方便中压过热蒸汽直接通入，汽提塔（3）顶部设有出气口，用于汽提出塔内的易挥发性物质，将汽提后的饱和蒸汽送往气化炉，作为气化剂进行再利用；

计量泵（4），与汽提塔（3）的碱液进口连通，通过计量泵（4）向汽提塔（3）输送碱液；

曝气调节池（5），与换热器（2）的煤气水出口连通，用于接收从换热器（2）换热冷却后的煤气水；

浅层气浮装置(7)，与提升泵（6）连通，用于接收提升泵（6）输送的曝气调节池（5）中的混合液，在浅层气浮装置(7)中对混合液进行除油和除悬浮物；

内置组合填料（9）的水解酸化池（8），用于接收经过浅层气浮装置(7)混凝沉淀处理的废水；

厌氧-好氧生物处理池（10、12），在厌氧生物处理池（10）内安装潜水搅拌机（11），在厌氧生物处理池（10）与好氧生物处理池（12）之间设置混合液回流泵（13），厌氧生物处理池（10）与水解酸化池（8）出水口连通，用于将水解酸化池（8）处理后的废水在厌氧生物处理池（10）中进行厌氧生物处理，在好氧生物处理池（12）中进行好氧生物处理，有效降解污水中的有机污染物及氨氮污染物；

膜生物反应池（14），在膜生物反应池（14）的底部设有污泥回流泵（15），膜生物反应池（14）的进液口与好氧生物处理池（12）的出液口连通，用于通过好氧微生物的新陈代谢作用降解废水中的有机污染物，通过膜对混合液进行泥水分离，再将分离出的污泥通过污泥回流泵（15）回流至厌氧-好氧生物处理池（10、12）进行厌氧-好氧生物处理；

臭氧氧化池（17），通过自吸泵（16）与膜生物反应池（14）连通，膜生物反应池（14）中经过泥水分离后的废水通过自吸泵（16）抽至臭氧氧化池（17）与臭氧进行混合反应，将废水中难降解的污染物分解为小分子物质去除；

生物炭池（18），与臭氧氧化池（17）出液口连通，用于将经过臭氧氧化池（17）处理后的残余有机物在生物炭池（18）中进一步降解；

清水池（19），与生物炭池（18）连通，用于接收水泵输送来的经过生物炭池（18）处理的水；

多介质过滤器（21），通过增压泵（20）与清水池（19）连通，实现将清水池（19）中的出水通过增压泵（20）增压后进行多介质过滤；

超滤装置（23），在超滤装置（23）前设置自清洗过滤器（22），将多介质过滤器（21）的出水经自清洗过滤器（22）输送至超滤装置（23）进一步过滤进入超滤水箱（24）储存；

超滤水泵（25），超滤水泵（25）的进液口与超滤水箱（24）的出液口连通，超滤水泵（25）的出液口与保安过滤器（26）进液口连通，保安过滤器（26）与高压泵（27）、反渗透装置(28)、中间水箱(29)依次连通，用于将超滤出水进行一系列过滤、渗透，反渗透工艺产生的稀浓度水送入中间水箱(29)，浓盐水送入浓盐水箱；

阳离子交换床（31），通过中间水泵（30）与中间水箱(29)连通，用于将中间水箱(29)的水通过中间水泵（30）送至阳离子交换床（31），对水中的阳离子进行脱除；

脱碳器（32），与阳离子交换床（31）连通，用于将已经过阳离子脱除的水进行二氧化碳脱除；

阴离子交换床(33),与脱碳器（32）的出口连通，用于将已进行过阳离子和二氧化碳脱除的水进行阴离子脱除；

混床（34），混床（34）的进液口与阴离子交换床(33)的出液口连通，混床（34）的出液口与脱盐水箱（35）连通，用于将经过初步脱除阳离子、二氧化碳、阴离子的水送至混床（34），进一步脱除水中残余的阴阳离子后，送至脱盐水箱（35）作为高压锅炉给水。

5.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述浅层气浮装置(7)位于水解酸化池（8）和厌氧-好氧生物处理池（10、12）的上方，避免二次供水。

6.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述超滤装置（23）的反洗水出口与曝气调节池（5）的反洗水进口连通，用于将在超滤装置（23）中经过错流过滤、PLC控制自动交替反洗的超滤反洗水输送至曝气调节池（5）。

7.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述多介质过滤器（21）的上部放置较轻的无烟煤，下部放置大比重的石英砂，用于提高滤层的过滤和截污能力。

8.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述反渗透装置(28)可以是一级、二级或多级。

9.如权利要求4所述装置，其特征在于：该装置还设有水冷器（36），连接在换热器（2）和曝气调节池（5）之间，用于将经过换热器（2）换热冷却后温度偏高的煤气水输送至水冷器（36）进行再冷却。