CN103964631A - 一种高效水煤浆气化灰水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水煤浆气化灰水处理方法，其步骤是：1、水煤浆气化灰水进入反应池，加碱调pH至11以上，加入絮凝剂后送沉淀池，其上清液送汽提单元；2、汽提单元由汽提和热量回收组成：a)进入汽提塔的灰水经进口分布器喷淋而下，在塔内件的作用下进行汽液传质传热，达到氨氮分离的目的；b)汽提塔顶设置塔顶冷凝器，将塔顶气相冷凝成氨水；c)低压蒸汽由汽提塔底部蒸汽进口分布管进汽提塔；d)汽提塔底部引出的处理过的灰水经一级或两级闪蒸，与未经处理的灰水通过一级喷射或两级喷射进行汽液直接换热升温后，由汽提塔给料泵送至汽提塔；3、将经汽提后的灰水pH调至6-9后送生化处理单元，采用SBR或A/O工艺处理后达标排放。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种水煤浆气化灰水的处理方法。
背景技术
据中国国务院新闻办公室发布的《中国的能源状况与政策》介绍，中国拥有较为丰富的化石能源资源。其中，煤炭占主导地位。2006年，煤炭保有资源量10345亿吨，剩余探明可采储量约占世界的13%，列世界第三位。
煤炭是中国储量最多，分布最广的不可再生战略资源，国土资源部最新预测表明，我国煤炭可采储量达2040亿吨，而石油和天然气可采储量分别为212亿吨和22万立方米，远远低于煤炭的可使用量，这种以煤为主的消费特点，决定了清洁高效利用煤炭，是我国发展低碳经济的基石。如果将煤炭效率提高15%，可节煤4.2亿吨，显然提高燃煤效率是最有效的减少二氧化碳的清洁煤技术之一。
水煤浆气化作为提高煤炭利用率最有效的洁净煤技术，不仅广泛应用于基础化工原料的生产，而且在原料生产地区，已向民用领域（如北方供热锅炉等）伸展。在化肥、甲醇、烯烃等基本化工或基础化工原料生产装置中，其生产原料已由之前的石油、天然气等逐步为煤所取代，而诸多煤气化工艺中，近年来所建装置最多的当属水煤浆气化工艺。
煤气化灰水主要来源于气化炉的急冷水及气化工序的洗涤水，其有害物质包括氨氮、硫化物、氰化物、SS等。其中氨氮为氮肥的营养元素，排入水体会使水体富营养化，进而造成水体中微生物疯长、水体缺氧、发臭等；氰化物属剧毒物质，能引起中枢神经中毒，导致麻痹和窒息；这些废水排入水体后，同样对水体生物有毒害作用，可导致鱼类死亡等。
气化炉出口灰水与洗涤塔出口灰水混合，经两级闪蒸后，其中部分硫化物（硫化氢、二氧化硫等）、氰化物随闪蒸汽排出送其它工序处理，闪蒸后的灰水经絮凝、沉淀等过程处理后循环使用。为避免灰水中氨氮、钙镁离子及其它有害组分的累积，通常抽出3-5%的灰水排放至污水处理。排出的灰水中由于氨氮含量高（500-800mg/L），若直接送生化处理，则不但造成生化处理负荷加大，消耗大量的碳源，而且往往不能达标排放。
水煤浆气化灰水具有以下特点：
a) 水温高：40-45℃；
b) 硬度高：钙、镁离子含量＞1200 mg/l；
c) 含COD：～600 mg/l；
d) 氨氮含量高：650～750 mg/l。
本发明专利针对水煤浆气化灰水的特性，采用具备抗结垢、抗堵塞的汽提工艺与设备，再串接生化处理工艺（SBR活性污泥工艺），最终使水煤浆气化灰水达标排放，即达到NH3-N＜15 mg/L、COD＜120 mg/L的排放要求。
采用本工艺处理水煤浆气化灰水，不但可回收气化灰水中的氨（15-25%的氨水），而且还可降低整个灰水处理的运行费用，经测算，其运行费用较传统的生化处理工艺降低30-55%。
水煤浆气化灰水中不但氨氮含量高，还含有钙镁等阳离子和硫酸根、氯根、碳酸根等阴离子，传统蒸汽汽提分离技术，以低压水蒸汽作为气提介质，采用填料塔或板式塔提供气液接触界面，以达到组分分离的目的。灰水中的钙镁离子及相应的阴离子，在加热即蒸汽汽提的条件下，极易产生沉淀结垢而堵塞填料，或在板式塔的浮阀、泡罩或筛板上形成垢层，使得浮阀（或泡罩）卡死或筛孔堵塞，而无法继续运行。因此常规填料或板式汽提塔工艺仅适合于非结垢系统场合。
此外传统汽提工艺通常采用管壳式或板式换热器回收塔底高温达标废水余热，以降低工艺过程的能耗，但对于灰水系统，由于其结垢倾向严重，因此常常影响装置的长周期稳定运行。
专利号为201010123251.0的发明涉及一种热泵闪蒸汽提脱氨法，此法将汽提脱氨后的富含氨氮的蒸汽经过吸收塔吸收后，净化的蒸汽经过热泵机组增压后循环使用，脱氨后的废水经过文丘里和液环真空泵组成的真空闪蒸机组闪蒸后直接加热预处理高氨氮废水，此发明与传统脱氨蒸汽耗量大、操作成本高的工艺相比，在节能、降耗方面有着效果显著，在氨氮废水处理中具有较广的应用市场前景和巨大的应用潜力。
但是，专利号为201010123251.0的发明涉及一种热泵闪蒸汽提脱氨法，其汽提塔采用填料塔或板式塔，如采用填料塔，系统结垢易造成填料堵塞；如采用板式塔，系统结垢亦会造成浮阀、泡罩卡死或筛孔堵塞；一旦出现卡死或堵塞，则处理效率急剧下降，工作不稳定，甚至不能满足处理要求。
专利号为CN200810104999.9（一种氨氮废水减排及氨氮资源化利用装置及方法）的发明涉及一种至少两级脱氨工序和氨氮再利用工序，需要处理的氨氮废水分别送往各级汽提脱氨塔，除第一级脱氨塔采用蒸汽外，其余各级汽提塔所需热源由上一级塔顶蒸汽冷凝加热塔釜液相产生蒸汽提供。
但是，专利号为CN200810104999.9的特点是多级汽提脱氨塔，各级热量得到合理利用，降低了脱氨能耗，但如应用于水煤浆灰水汽提，则由于该系统结垢倾向严重，塔釜再沸器会产生结垢堵塞，而不能长周期稳定运行。
发明内容
本发明专利的目的是提供一种水煤浆气化灰水处理方法，该方法的汽提工序采用一种抗结垢和抗堵塞的工艺和设备，与之串接的生化处理采用SBR或A/O工艺，其工艺简单，设备投资少，工作过程稳定。
水煤浆气化灰水经闪蒸、沉降后，约5%的灰水送灰水处理，其处理步骤是：
1) 水煤浆气化来的灰水进入灰水反应池，在反应池中加入碱液（20-30%的NaOH或其它碱液）将pH值调至11以上，并在加入絮凝剂后送至斜板或斜管沉淀池，使调碱产生的沉淀物絮凝、沉降；沉降的污泥送污泥处理，上清液由提升泵送汽提工序；
2) 汽提单元由汽提和热量回收组成：
a) 汽提过程在特殊结构的汽提塔内完成，该汽提塔具有抗结垢、抗堵塞功能，特别适合于水煤浆气化灰水的汽提除氨处理；进入汽提塔的灰水经进口分布器喷淋而下，在抗结垢、抗堵塞塔内件的作用下进行汽液传质传热，而达到氨氮分离的目的；
b) 为回收一定浓度的氨水，汽提塔顶设置塔顶冷凝器，将塔顶气相冷凝成浓度为15-25%氨水后，一部分作为副产品送出，另一部分作为塔顶回流液返回汽提塔，或者回流冷凝器采用部分冷凝方式，含氨的副产品气氨从回流罐顶部引出；
c) 0.3MPa的低压蒸汽作为汽提热源由汽提塔的低压蒸汽进口分布管直接进汽提塔；
d) 热量回收由一级或两级闪蒸组成，汽提塔底部引出的处理过的灰水经过一级或两级闪蒸，与未经处理的灰水通过一级喷射或两级喷射进行汽液直接换热，吸收热量后的灰水进入灰水储槽，再由汽提塔给料泵送至汽提塔的灰水进口分布管；
e) 为避免造成二次污染，氨水储槽和灰水储槽顶部的气相出口经风机引入尾气洗涤塔，采用经汽提处理并回调pH后的灰水洗涤后排空，其洗涤塔底排出的液体送回沉淀池；
3) 经汽提除氨后的灰水（NH3-N＜15mg/L)将pH调至6-9后送生化处理单元，生化处理采用SBR或A/O工艺，不需投加任何碳源，经厌氧、/好氧反应处理后达标排放（NH3-N＜5mg/L，COD＜120mg/L）。
所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：采用碱液调整气化灰水pH值至11以上，并经絮凝、沉降将沉淀物与灰水上清液分离；碱液为NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或其它碱液。
所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：采用一级喷射或两级喷射回收过程热量，所采用的喷射器为以水煤浆气化灰水为驱动流体的水喷射器。
所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：汽提塔包括汽提塔体、灰水进口分布管、抗结垢塔内件、液相分布器和低压蒸汽进口分布管，汽提塔体为一立式塔体，其顶部设有气相出口，底部设有排液口，低压蒸汽进口分布管和废水进口分布管安装在汽提塔体内，废水进口分布管安装在低压蒸汽进口分布管的上方，抗结垢塔内件、液相分布器安装在汽提塔体内，由于此汽提塔采用了特殊结构的塔内件，既可达到高效汽提效率，又能确保汽提塔不受物料系统易结垢的影响而保持连续、稳定的运行。
所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：经汽提除氨后的灰水（NH3-N＜15mg/L)将pH调至6-9后进入生化处理单元，生化处理过程不需投加任何碳源，采用SBR或A/O工艺。
附图说明
图1是本发明专利实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
图1标记的说明：管道混合器1-1～1-3，反应池2，沉淀池3，二级喷射器给料泵4，二级喷射器5，闪蒸塔6，一级喷射器给料泵7，一级喷射泵汽提塔8，灰水储槽9，汽提塔给料泵10，汽提塔11，回流冷凝器12，回流罐13，回流泵14，提升泵15，灰水冷却器16，A/O反应池17，射流循环泵18，曝气鼓风机19，二沉池20，污泥提升泵21-1、21-2，污泥储池22，污泥输送泵23，引风机24，洗涤塔25，低压蒸汽A，水煤浆气化灰水B，碱液C，PAM D，PAC E，稀盐酸F，污泥 G，达标灰水H，回收氨水I。
图1为本发明专利实施例，由灰水预处理、汽提除氨和生化处理等3个单元组成，其步骤是：
1) 水煤浆气化灰水B（温度约45℃）经管道混合器1-1、1-2加入碱液C、PAM D和PAC E后，进入反应池2，反应后其灰水B的pH值为11以上，并产生悬浮物，在絮凝剂（PAM D和PAC E）的作用下，在沉淀池3中将反应沉淀物与上清液分离；沉淀物,即污泥送污泥储池20，上清液送汽提单元；
2) 经pH值调节、沉淀分离后的灰水即上清液由二级喷射器给料泵4提压，送二级喷射器5，将闪蒸塔6下段的闪蒸汽抽引后，灰水温度升至65℃进入灰水储槽9下部，此65℃的灰水再由一级喷射器给料泵7提压，送一级喷射器8，将闪蒸塔6上段的闪蒸汽抽引后，灰水温度升至87℃，经汽提塔给料泵10从汽提塔11中部进入汽提塔11；
3) 0.3-0.4MPa的低压蒸汽A由汽提塔11底部进入汽提塔11，在汽提塔11内，在抗结垢、抗堵塞塔内件的作用下，与塔内下降的灰水进行两相间的传质传热，将灰水中的氨氮脱除；
4) 汽提塔11顶部出口气体经回流冷凝器12冷凝后，进入回流罐13，冷凝液经回流泵14提压后，一部分作为副产品氨水I送出界区，另一部分作为汽提塔11回流液返回汽提塔11的上部进口；
5) 汽提塔11底部排出的热灰水（温度约105℃）经闪蒸塔6上下段两级闪蒸回收热量，温度降至65℃，再经灰水冷却器16将温度降至40℃，并用稀盐酸F经管道混合器1-3将灰水pH返调至6-9后，送生化处理单元；
6) 灰水储槽9和回流罐13的尾气经引风机24送入洗涤塔25洗涤后排空，洗涤塔底液体返回沉淀池3；
7) 汽提除氨后的灰水进入A/O反应池，经厌氧、好氧反应，将灰水中剩余NH3-N降至＜10mg/L、COD降至＜120mg/L排放；
8) 在A/O池的好氧反应阶段，需开启曝气鼓风机19向A/O反应池供氧曝气，同时启动射流循环泵18，以增加反应池的表面供氧量，强化反应效果；
9) 沉淀池3和二沉池20的污泥分别由污泥提升泵21-1、21-2送至污泥储池22，再由污泥输送泵23送至污泥离心脱水机或压滤机处理后外运。
Claims (5)
1.一种水煤浆气化灰水处理方法，其处理步骤是：
1）水煤浆气化来的灰水进入灰水反应池，在反应池中加入碱液（20-30%的NaOH或其它碱液）将pH值调至11以上，并在加入絮凝剂后送至斜板或斜管沉淀池，使调碱产生的沉淀物絮凝、沉降；沉降的污泥送污泥处理，上清液由提升泵送汽提工序；
2）汽提过程在特殊结构的汽提塔内完成，该汽提塔具有抗结垢、抗堵塞功能，特别适合于水煤浆气化灰水的汽提除氨处理；进入汽提塔的灰水经进口分布器喷淋而下，在抗结垢、抗堵塞塔内件的作用下进行汽液传质传热，而达到氨氮分离的目的；
3）设置塔顶冷凝器，将汽提塔塔顶气相冷凝成浓度为15-25%氨水后，一部分作为副产品送出，另一部分作为塔顶回流液返回汽提塔，或者回流冷凝器采用部分冷凝方式，含氨的副产品气氨从回流罐顶部引出；
4）0.3MPa的低压蒸汽作为汽提热源由汽提塔的低压蒸汽进口分布管直接进汽提塔；
5）热量回收由一级或两级闪蒸组成，汽提塔底部引出的处理过的灰水经过一级或两级闪蒸，与未经处理的灰水通过一级喷射或两级喷射进行汽液直接换热，吸收热量后的灰水进入灰水储槽，再由汽提塔给料泵送至汽提塔的灰水进口分布管；
6）为避免造成二次污染，氨水储槽和灰水储槽顶部的气相出口经风机引入尾气洗涤塔，采用经汽提处理并回调pH后的灰水洗涤后排空，其洗涤塔底排出的液体送回沉淀池；
7）经汽提除氨后的灰水（NH3-N＜15mg/L)将pH调至6-9后送生化处理单元，生化处理采用SBR或A/O工艺，不需投加任何碳源，经厌氧、/好氧反应处理后达标排放（NH3-N＜5mg/L，COD＜120mg/L）。
2.根据权利要求1所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：采用碱液调整气化灰水pH值至11以上，并经絮凝、沉降将沉淀物与灰水上清液分离；碱液为NaOH溶液、Ca(OH)2溶液或其它碱液在此处键入权利要求项2。
3.根据权利要求1所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：采用一级喷射或两级喷射回收过程热量，所采用的喷射器为以水煤浆气化灰水为驱动流体的水喷射器。
4.根据权利要求1所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：汽提塔包括汽提塔体、灰水进口分布管、抗结垢塔内件、液相分布器和低压蒸汽进口分布管，汽提塔体为一立式塔体，其顶部设有气相出口，底部设有排液口，低压蒸汽进口分布管和废水进口分布管安装在汽提塔体内，废水进口分布管安装在低压蒸汽进口分布管的上方，抗结垢塔内件、液相分布器安装在汽提塔体内，由于此汽提塔采用了特殊结构的塔内件，既可达到高效汽提效率，又能确保汽提塔不受物料系统易结垢的影响而保持连续、稳定的运行。
5.根据权利要求1所述的水煤浆气化灰水处理方法，其特征在于：经汽提除氨后的灰水(NH3-N＜15mg/L)将pH调至6-9后进入生化处理单元，生化处理过程不需投加任何碳源，采用SBR或A/O工艺。
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