CN104230010A - 一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，通过向灰水中加入氢氧化钠固体或水溶液，使钙镁离子以碳酸钙和氢氧化镁的形式沉降下来，总硬度去除率可高达85%以上。本发明提供的技术方案只需一次加药，操作简单易行，且过程所产生的污泥量较少，软化效果显著。本发明尤其适合于水煤浆气化灰水的软化处理，经本方法处理后，一方面可降低灰水处理系统分散剂和阻垢剂的添加量至原来的40-50%，同时大幅度缓解灰水系统管道、设备的结垢和堵塞现象，进而提高灰水循环过程的经济性；另一方面，对于系统排放至污水处理的灰水，无需再进行石灰纯碱法降硬处理，而直接进生化处理工序。

Description

一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法。

背景技术

煤炭是我国储量最多，分布最广的化石能源，有关部门的最新预测表明，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。

水煤浆气化作为提高煤炭利用率最有效的洁净煤技术，是我国近年来所建装置最多的煤气化工艺。

水煤浆气化灰水主要来源于气化炉的急冷水和气化工序的洗涤水，其中除含有包括氨氮、硫化物（硫化氢、硫酸根）、氯化物、氰化物等有害物质外，另一个显著的特点，就是硬度高（一般在900-1200mg/L（以CaCO₃计）），这是由于在煤制浆过程中，需要添加助熔剂以改善煤气化条件，因而不同程度（因煤种而异）地引入了钙、镁离子。

为节约水资源，煤气化灰水经三级闪蒸降温及脱除溶解气体，再经絮凝、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5-10%的灰水排放至污水处理。

由于水煤浆气化灰水硬度高，为维持灰水处理系统的正常稳定运行，需要在过程的不同部位分别投加分散剂或阻垢剂，据统计，在灰水处理系统的操作成本中，仅添加剂一项就达1.5-2元/吨灰水。因此寻求合适的降低灰水硬度方法，以期大幅度降低分散剂投加量，对于降低操作成本、提高灰水系统的长周期稳定运行，具有重要意义。

常见的水软化方法有：离子交换法、膜分离法和化学加药法。前两种软化方法常用于水的精细处理，如电子工业的特殊用水和高中压锅炉的汽化用水等。煤气化灰水污堵物种类繁多，显然不适于使用离子交换树脂的离子交换法，更不适于采用需要对水进行精细处理的纳滤和反渗透的膜分离法。

化学加药法中石灰纯碱法最为普遍，一般情况下，对于暂时硬度含量低的灰水，石灰纯碱法能取得较为理想的效果；而对于暂时硬度含量高的灰水，因灰水本身中就含有大量的碳酸氢根离子，只需将它们转换成碳酸根离子，并调节到一定的pH值，就能与灰水中的钙镁离子结合生成沉淀，无需再通过加入碳酸钠来引入额外的碳酸根离子就能将灰水的硬度大量去除。在这种情况下，石灰纯碱法因第一次加药引入了钙离子，而这部分钙离子又需通过第二次加药引入碳酸钠去除，没有充分利用到自身碳酸氢根离子含量高的优势，需要两次加药，不仅操作复杂，而且成本增加，泥量增大，非常不经济。而如果仅仅投加石灰，则只能除去暂时硬度，且效果非常有限。

专利号为CN102285722B（一种煤气化灰水回用的处理方法）的发明，涉及的一种煤气化工艺灰水回用的处理方法，是在工业用水实践中常用的石灰纯碱软化处理工艺。

对于暂时硬度较高的煤气化灰水，本发明提供了一种经济、有效的降硬处理方法，相比较石灰纯碱法，具有工艺简短、操作成本低廉等特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法。该方法充分利用灰水自身碳酸氢根含量高的优势，只需一次性加入氢氧化钠，就能使硬度去除率高达85%以上，且所产生的泥量较少。不仅操作简便，而且运行成本较低，软化效果明显。

本发明通过如下技术方案来实现：对于暂时硬度含量很高的煤气化灰水，加入氢氧化钠在一定的温度下反应一段时间，使得灰水中钙镁离子转换成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，沉淀物经停留沉降去除后，上层清液出水的硬度能显著地下降。

所述的煤气化灰水，其中碳酸根和碳酸氢根离子的总含量不小于钙镁离子的总含量（以摩尔含量计）。

所述的氢氧化钠，为固体或者含不同浓度氢氧化钠的水溶液，其中有效NaOH的含量为灰水中碳酸氢根离子摩尔量的1~2倍，加药完后灰水的pH值为8.5~10。

所述的反应温度为灰水处理系统真空闪蒸的出水温度，为40~70℃，反应时间为5~60分钟。

所述的沉淀物沉降时的停留时间为20~120分钟。

所述沉淀物沉降时，为了强化沉淀效果，减少沉淀时间，可以加入少量的助凝剂，如PAM，浓度为3~5ppm，使出水水质更好，也能减少沉淀池的投资。

本发明的有益效果：充分利用高暂时硬度的煤气化灰水自身碳酸氢根含量高的特点，通过加入氢氧化钠将碳酸氢根离子转换成碳酸根离子，从而使钙镁离子沉淀下来。只需一次加药，且未引入额外的硬度，产生的泥量少，成本低，效果显著。

具体实施方式

以下通过实施例进一步举例说明，但下述实施例仅有助于进一步理解本发明，并不限制本发明的内容。 

实施实例  某煤化工厂煤气化灰水的软化

取某煤化工厂煤气化灰水原水2L，对其水质进行分析，结果列于表1中。用本发明所述的氢氧化钠法（实验组）进行软化处理，同时为了比较，另取两份同样的灰水，分别用石灰法（比较组1）和石灰纯碱法（比较组2）进行处理，结果见表1。具体操作如下：

实验组：取灰水原水2L，在45度左右，加入固体氢氧化钠1.19 g，搅拌10分钟后，静置沉淀60分钟，取上清液进行分析测试。

比较组1：取灰水原水2L，在45度左右，加入生石灰（纯度81%）0.86 g，搅拌10分钟后，静置沉淀60分钟，取上清液进行分析测试。

比较组2：取灰水原水2L，在45度左右，加入生石灰（纯度81%）0.86 g，搅拌10分钟后，静置沉淀60分钟；再取上清液1L，测试出剩余钙镁离子的含量后，加入等当量的碳酸钠1.03 g搅拌10分钟，静置60分钟后，取上清液进行分析测试。

 表1 本发明所述氢氧化钠法（实验组）、石灰法（比较组1）和石灰纯碱法（比较组2）软化某煤气化灰水的实验结果

        其中吨水泥量是指，将沉淀后的灰水过滤，滤饼经105℃左右干燥2小时，称重，然后换算成一吨灰水所产生的泥量。比较组2中的泥量为两次沉淀的总和。

其中吨水加药成本是指，将实例中的加药量换算成一吨灰水的加药量后，根据相应药品的市场价格计算而来。氢氧化钠约2000元/吨，生石灰（纯度81%）约600元/吨，碳酸钠约1600元/吨。

实验结果表明，本发明所提供的氢氧化钠法软化高暂时硬度的煤气化灰水，无论是从硬度去除效果还是加药成本上来讲，相比传统的方法均有很大的优势。 

Claims (7)

1.一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：对于暂时硬度含量很高的煤气化灰水，加入氢氧化钠在一定的温度下反应一段时间，使得灰水中钙镁离子转换成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，沉淀物经停留沉降去除，上层清液出水的硬度能显著地下降。

2.如权利要求1所述的一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：所述煤气化灰水中的碳酸根和碳酸氢根离子的总含量不小于钙镁离子的总含量（以摩尔含量计）。

3.如权利要求1所述的一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：所述氢氧化钠可以是固体或者含不同浓度氢氧化钠的水溶液，其中有效NaOH的含量为灰水中碳酸氢根离子摩尔量的1~2倍。

4.如权利要求1所述的一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：加入氢氧化钠后灰水的pH值为8.5~10。

5.如权利要求1所述的一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：所述反应温度为灰水处理系统真空闪蒸的出水温度，为40~70℃；反应时间为5~60分钟。

6.如权利要求1所述的一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：所述沉淀物沉降时的停留时间为20~120分钟。

7.如权利要求1所述的一种高暂时硬度的煤气化灰水的软化方法，其特征在于：所述沉淀物沉降时，可以加入少量的助凝剂。