CN104496062A - 一种褐煤提质废水的预处理方法 - Google Patents
一种褐煤提质废水的预处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种褐煤提质废水的预处理方法，它涉及预处理褐煤提质废水的方法。本发明的目的是改变褐煤提质废水的强乳化状态。方法：①褐煤提质工艺的排水进入水量水质缓冲池；②水量水质缓冲池内的潜污泵将废水输送至初级混合池，向其中投加酸液并搅拌；③初级混合池出水依靠重力进入二级混合池，投加无机高分子复合絮凝剂并搅拌，调节水力学条件控制絮凝体分形维数；④二级混合池出水进入絮凝反应池，调节水力学条件控制絮凝体分形维数；⑤絮凝反应后的废水进入沉淀池；⑥沉淀池上清液自流进入酸碱中和池，向其中投加碱液并搅拌。优点：本发明可使稳定的褐煤提质废水乳化体系脱稳、凝聚，调控分形维数可获得密度大、强度高、结构紧密、沉降速度快的絮凝体。
Description
技术领域
本发明涉及一种预处理褐煤提质废水的方法，具体涉及处理褐煤提质废水中的不溶性大分子有机物、腐植酸、表面活性物质、色度物质、浊度物质。
背景技术
我国能源结构特点是“缺油、少气、富煤”。长期以来，由于坚持能源自给的发展方针，再加上丰富的煤炭资源，使得煤炭成为我国的主要能源。褐煤作为煤炭的一种，在我国资源丰富，1985年探明褐煤储量为1264.6亿吨，居世界第三位，占全国煤炭储量的17.16%，主要集中在内蒙古、东北、云南等地区。近年来，褐煤的开发利用逐渐受到重视，据统计，2012年，全国褐煤开采量为5.1亿吨，预计到2015年，我国褐煤产量将达到8.9亿吨。褐煤煤化程度介于泥炭和烟煤之间，水分高、热值低、易风化和自燃，不利于长距离输送和贮存。但我国石化、能源产品主力市场在东部，开采、生产与市场分离，长距离运输不可避免。此外，直接燃烧的热效率较低，温室气体的排放量很大，而且褐煤液化、干馏和气化都需将煤中水分降至10%以下，因此，褐煤应提质后应用。褐煤提质工艺较多且流程复杂，耗水量 (0.15m3/t提质煤)和污水产量巨大 (0.5m3/t提质煤)。提质工艺的每个环节都产生各种污染物质，并且大多有毒、有害且难生物降解。我国水资源和褐煤资源呈逆向分布，有些富煤地区甚至没有受纳水体，未达标的褐煤提质废水排放对该地区脆弱的水环境将产生巨大威胁，水资源已经对我国褐煤生产、应用等产生了显著影响，对褐煤提质废水进行处理，实现达标并回用的目标已经成为煤炭工业发展的自身需求和外在要求。
褐煤提质废水中含有大量的腐植酸、苯酚、甲基苯酚、烷基苯酚、苯二酚、烷基苯二酚、长链烷烃、萘、咪唑、苯并呋喃、吡唑、脂肪酸等污染物质，其中以腐植酸、酚类物质为主，也含有氨氮、氰等，属于高浓度有毒有害难生物降解有机工业废水。此外，腐植酸、苯酚、萘等很多具有生色团和助色团的有机物的存在使得褐煤提质废水的色度和浊度很高。因酚类等强极性物质的存在使得各组分之间有很强的作用力，再加上亲水性物质含量较高，胶体负电性也很强，致使该废水形成稳定的乳化体系，用常规的混凝方法很难脱稳、凝聚。因此，为去除废水中的浊度物质、色度物质、腐植酸、不溶性大分子物质等以降低废水毒性、减少后续主体装置的运行负荷和运行成本，必须改变废水的乳化状态，使上述物质凝聚、沉淀。
发明内容
本发明的目的是为了降低废水毒性、减少后续主体处理装置的运行负荷和运行成本，针对褐煤提质废水的特点，开发一种褐煤提质废水的预处理方法。
褐煤提质废水的预处理方法按以下步骤实现：①褐煤提质工艺排出的废水进入水量水质缓冲池，水力停留时间为12~24h，池内安装潜污泵；②利用潜污泵将水量水质缓冲池内的废水提升至初级混合池，向该池内投加酸液，保持初级混合池内的pH值为3~6，酸液投加量由自动投加系统调控；水力停留时间为30~60s，采用机械搅拌方式；③经初级混合池流出的水通过重力自流进入二级混合池，利用计量泵向二级混合池内投加无机高分子复合絮凝剂，投加量由自动投加系统调控；水力停留时间为30~60s；采用机械搅拌方式，搅拌速度梯度为720~900s-1，絮体剪切强度为10.5~13.0，保持颗粒做布朗运动，进行异向絮凝，分形维数为1.23~1.34；④经二级混合池流出的水通过重力自流进入絮凝反应池，水力停留时间为15~30min。采用机械搅拌方式，速度梯度为20~60s-1，絮体剪切强度为10.5~13.0，0.5~1.0，进行同向絮凝，颗粒接触碰撞形成聚集体，分形维数为1.75~1.91；⑤经絮凝反应池流出的水进入沉淀池中进行固液分离，沉淀时间为1~1.5h，表面负荷为1.0~2.0m3/(m2·d)，沉淀池表面采用环氧树脂综合涂装防腐；⑥经沉淀池流出的水依靠重力自流进入酸碱中和池，向该池内投加碱液，保持酸碱中和池内的pH值为7~7.5，碱液投加量由自动投加系统调控。其中步骤②中的酸液自动投加系统由酸液溶配池、安装于初级混合池内的现场检测设备pH在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、耐酸电磁阀、酸液计量泵等组成。PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为初级混合池内的pH值，被控变量为酸液投加量。pH在线检测仪检测初级混合池内的pH值，将其传输至计算机的数据采集卡并转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与初级混合池pH设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备耐酸电磁阀和酸液计量泵的运行。步骤②中的酸液可为硫酸、盐酸等无机酸，也可为其他酸性废水。步骤③中的无机高分子复合絮凝剂为铁铝复合絮凝剂。步骤③中无机高分子复合絮凝剂的自动投加系统由絮凝剂溶配池、安装于水量水质缓冲池的现场检测设备COD在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、电磁阀、计量泵等组成。PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为无机高分子复合絮凝剂投加量\水量水质缓冲池中的COD浓度，被控变量为无机高分子复合絮凝剂投加量。COD在线检测仪检测水量水质缓冲池内的COD浓度，将其传输至计算机的数据采集卡，计算无机高分子复合絮凝剂投加量/COD值并将其转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与无机高分子复合絮凝剂投加量/COD设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备电磁阀和计量泵的运行。步骤③中无机高分子复合絮凝剂投加量自动控制系统中，无机高分子复合絮凝剂投加量/COD设定值为0.1~0.3。步骤⑥中的碱液可为氢氧化钠，也可为其他碱性废水。步骤⑥中的碱液自动投加系统由碱液溶配池、安装于酸碱中和池的现场检测设备pH在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、耐碱电磁阀、碱液计量泵等组成。PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为酸碱中和池内的pH值，被控变量为碱液投加量。pH在线检测仪检测酸碱中和池的pH值，将其传输至计算机的数据采集卡并转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与酸碱中和池内的pH设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备耐碱电磁阀和碱液计量泵的运行。
发明原理与优点
褐煤提质废水中含有腐植酸和酚类等强极性物质，各组分之间存在极强的作用力，再加上亲水性物质含量较高，胶体负电性很强，所以该废水为稳定的乳化体系，采用常规混凝技术很难脱稳、凝聚。腐植酸为亲水胶体，低浓度时是真溶液，无粘度；而在高浓度时则是一种胶体溶液或称分散体系，呈现胶体性质，加入酸性物质可使其凝聚。针对腐植酸的性质，本发明向褐煤提质废水中投加酸液，使其pH值保持在3~6，使腐植酸等凝聚、沉淀、析出。褐煤提质废水中的另一种主要污染物质为酚类物质，根据酚类物质的电离常数，当溶液pH值为3~6时，大部分的酚类物质以分子态形式存在，降低了胶体溶液的带电性，所以在酸性物质和无机高分子复合絮凝剂的共同作用下，在褐煤提质废水中可发生电中和、吸附架桥、网捕卷扫等作用，使浊度物质、色度物质、腐植酸、不溶性大分子有机物质被去除。
投加无机高分子复合絮凝剂后形成的絮凝体的分形维数对絮凝体的密度、空隙率、强度、沉降速率等影响较大，即絮凝体的密度、空隙率、强度、沉降速率是絮凝体分形维数的函数。当反应池设备的形式和原水水质基本确定之后，由絮凝过程产生的分形维数受2个动力学指标速度梯度G和絮体剪切强度的控制。絮凝过程分为2个步骤，一是混合过程，一是凝聚过程。在混合过程中，凝聚的主要动力是布朗运动，任何形式的外能施加都对污染物质的碰撞和接触没有意义，在这个阶段只需提供能使混凝剂迅速分散于水中的水力条件，即较大的速度梯度G和较短的水力停留时间。而对于凝聚过程来说，絮凝体进一步成长的动力主要由外能提供，水流的强烈紊动比颗粒的沉降差异作用强烈，布朗运动几乎消失，此时需要较小的速度梯度G和较长的水力停留时间。本发明将絮凝过程分级，调节动力学指标速度梯度G和絮体剪切强度，以控制分形维数，获得密度大、强度高、结构紧密、沉降速度快的絮凝体。
附图说明
图1为具体实施方式一的流程示意图，图2为酸液自动投加系统，图3为无机高分子复合絮凝剂自动投加系统，图4为碱液自动投加系统。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是褐煤提质废水的预处理方法，具体按以下步骤完成：
①褐煤提质工艺排出的废水进入水量水质缓冲池，水力停留时间为12~24h，池内安装有潜污泵；
②利用潜污泵将水量水质缓冲池内的废水提升至初级混合池，向该池内投加酸液，保持初级混合池内的pH值为3~6，酸液投加量由自动投加系统调控；水力停留时间为30~60s，采用机械搅拌方式；
③经初级混合池流出的水通过重力自流进入二级混合池，利用计量泵向二级混合池内投加无机高分子复合絮凝剂，投加量由自动投加系统调控；水力停留时间为30~60s；采用机械搅拌方式，搅拌速度梯度为720~900s-1，絮体剪切强度为10.5~13.0，保持颗粒做布朗运动，进行异向絮凝，絮凝体的分形维数为1.23~1.34；
④经二级混合池流出的水通过重力自流进入絮凝反应池，水力停留时间为15~30min。采用机械搅拌方式，速度梯度为20~60s-1，絮体剪切强度为0.5~1.0，进行同向絮凝，颗粒接触碰撞形成聚集体，絮凝体的分形维数为1.75~1.91；
⑤经絮凝反应池流出的水进入沉淀池进行固液分离，沉淀时间为1~1.5h，表面负荷为1.0~2.0m3/(m2·d)，沉淀池表面采用环氧树脂综合涂装防腐；
⑥经沉淀池流出的水依靠重力自流进入酸碱中和池，向该池内投加碱液，保持酸碱中和池内的pH值为7~7.5，碱液投加量由自动投加系统调控。
本实施方式的流程示意图如图1所示。图1为本实施方式的流程示意图，通过图1可知，从褐煤提质工艺排放的废水首先进入水量水质缓冲池内，然后由设置于其中的潜污泵将废水送入初级混合池，向该池自动投加酸液调节pH值，废水依靠重力自流进入下一级处理构筑物二级混合池，向其中投加无机高分子复合絮凝剂，充分混合接触进行异向混凝后，进入絮凝反应池内发生同向絮凝，然后废水进入沉淀池中进行固液分离，上清水通过重力自流进入酸碱中和池，向该池中自动投加碱液将废水pH值调至中性，即实现褐煤提质废水的降低毒性、减少后续处理构筑物运行负荷和运行成本的预处理过程。
本实施方式步骤②中的酸液自动投加系统由酸液溶配池安装于初级混合池内的现场检测设备pH在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、耐酸电磁阀、酸液计量泵等组成。PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为初级混合池内的pH值，被控变量为酸液投加量。pH在线检测仪检测初级混合池内的pH值，将其传输至计算机的数据采集卡并转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与初级混合池pH设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备耐酸电磁阀和酸液计量泵的运行。
本实施方式步骤③中的无机高分子复合絮凝剂为铁铝复合絮凝剂。
本实施方式步骤③中无机高分子复合絮凝剂的自动投加系统由絮凝剂溶配池、水量水质缓冲池的现场检测设备COD在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、电磁阀、计量泵等组成。PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为无机高分子复合絮凝剂投加量/水量水质缓冲池中的COD浓度，被控变量为无机高分子复合絮凝剂投加量。COD在线检测仪检测水量水质缓冲池内的COD浓度，将其传输至计算机的数据采集卡，计算无机高分子复合絮凝剂投加量/COD值并将其转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与无机高分子复合絮凝剂投加量/COD设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备电磁阀和计量泵的运行。
本实施方式步骤③中无机高分子复合絮凝剂自动投加控制系统中，无机高分子复合絮凝剂投加量/COD设定值为0.1~0.3。
本实施方式步骤⑥中的碱液自动投加系统由碱液溶配池、安装于酸碱中和池的现场检测设备pH在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、耐碱电磁阀、碱液计量泵等组成。PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为酸碱中和池内的pH值，被控变量为碱液投加量。pH在线检测仪检测酸碱中和池中的pH值，将其传输至计算机的数据采集卡并转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与酸碱中和池内的pH设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备耐碱电磁阀和碱液计量泵的运行。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤①中水量水质缓冲池的水力停留时间为18h，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是步骤②中保持初级混合池内的pH值为3.5，其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是步骤③中无机高分子复合絮凝剂自动投加系统PLC控制器的无机高分子复合絮凝剂/COD的设定值为0.2，其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是步骤③中二级混合池的水力停留时间为45s，其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是步骤③中二级混合池的分形维数控制为1.2，其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是步骤④中的絮凝反应池的水力停留时间为20min，其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七的不同点是步骤④中的絮凝反应池分形维数控制为1.8，其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八的不同点是步骤⑤中的沉淀时间为1h，表面负荷为1 m3/(m2·d)，其他与具体实施方式一至八相同。
实施例：
结合图1说明本实施例，本实施例采用了实际的褐煤提质废水作为处理对象，利用具体实施方式一所述的褐煤提质废水预处理方法，按以下步骤进行：
①将褐煤提质工艺排出的BOD5浓度为480~570mg/L、COD浓度为3000~3300mg/L、氨氮浓度为78~82mg/L、TP浓度为11~13mg/L、浊度为165~180mg/L、挥发酚浓度为90~110mg/L、氰化物浓度为0.75~1.25mg/L、温度为25~30、pH值为7.6~7.8的褐煤提质废水作为待处理工业废水引入到水量水质缓冲池内，该池的水力停留时间为18h。
②利用潜污泵将水量水质缓冲池内的废水提升至初级混合池，向该池内投加硫酸，自动控制该池pH值为3.5， 该池水力停留时间为45s。
③经初级混合池流出的水通过重力自流进入二级混合池，按铁铝复合絮凝剂/COD值为0.2的投加量向其中投加絮凝剂。二级混合池水力停留时间为45s，搅拌速度梯度为800 s-1，絮体剪切强度强度为12.0。
④经二级混合池流出的水通过重力自流进入絮凝反应池，水力停留时间为20min，速度梯度为45 s-1，絮体剪切强度为0.75。
⑤经絮凝反应池流出的水进入沉淀池，沉淀时间为1h，表面负荷为1.0m3/(m2·d)。
⑥经沉淀池流出的水依靠重力自流进入酸碱中和池，向该池内投加氢氧化钠，自动控制该池pH值为7~7.5。
⑦采用GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》检测本实施例的出水指标，可知COD去除率为50~60%，挥发酚去除率为30~40%，氨氮去除率为5~10%，浊度去除率为70~80%。
Claims (9)
1.一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于褐煤提质废水的预处理方法按以下步骤完成：
①褐煤提质工艺排出的废水进入水量水质缓冲池，水力停留时间为12~24h，池内安装潜污泵；②利用潜污泵将水量水质缓冲池内的废水提升至初级混合池，向该池内投加酸液，保持初级混合池内的pH值为3~6，酸液投加量由自动投加系统调控；水力停留时间为30~60s，采用机械搅拌方式；③经初级混合池流出的水通过重力自流进入二级混合池，利用计量泵向二级混合池内投加无机高分子复合絮凝剂，其投加量由自动投加系统调控，水力停留时间为30~60s，采用机械搅拌方式，搅拌速度梯度为720~900s-1，絮体剪切强度10.5~13.0，保持颗粒做布朗运动，进行异向絮凝，分形维数为1.23~1.34；④经二级混合池流出的水通过重力自流进入絮凝反应池，水力停留时间为15~30min，采用机械搅拌方式，速度梯度为20~60s-1，絮体剪切强度0.5~1.0，进行同向絮凝，颗粒接触碰撞形成聚集体，分形维数为1.75~1.91；⑤经絮凝反应池流出的水进入沉淀池进行固液分离，沉淀时间为1~1.5h，表面负荷为1.0~2.0m3/(m2·d)，沉淀池表面采用环氧树脂综合涂装防腐；⑥经沉淀池流出的水重力自流进入酸碱中和池，向该池内投加碱液，保持酸碱中和池内的pH值为7~7.5，碱液投加量由自动投加系统调控；其中步骤②中的酸液自动投加系统由酸液溶配池、安装于初级混合池内的现场检测设备pH在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、耐酸电磁阀、酸液计量泵等组成；PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为初级混合池内的pH值，被控变量为酸液投加量；pH在线检测仪检测初级混合池内的pH值，将其传输至计算机的数据采集卡并转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与初级混合池pH设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备耐酸电磁阀和酸液计量泵的运行；步骤②中的酸液可为硫酸、盐酸等无机酸，也可为其他酸性废水；步骤③中的无机高分子复合絮凝剂为铁铝复合絮凝剂；步骤③中无机高分子复合絮凝剂的自动投加系统由絮凝剂溶配池、安装于水量水质缓冲池的现场检测设备COD在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、电磁阀、计量泵等组成；PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为无机高分子复合絮凝剂投加量/水量水质缓冲池中的COD浓度值，被控变量为无机高分子复合絮凝剂投加量；COD在线检测仪检测水量水质缓冲池内的COD浓度，将其传输至计算机的数据采集卡，计算无机高分子复合絮凝剂投加量/COD值并将其转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与无机高分子复合絮凝剂投加量/COD设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备电磁阀和计量泵的运行；步骤③中无机高分子复合絮凝剂自动投加系统中，无机高分子复合絮凝剂投加量/COD设定值为0.1~0.3；步骤⑥中的碱液可为氢氧化钠，也可为其他碱性废水；步骤⑥中的碱液自动投加系统由碱液溶配池、安装于酸碱中和池的现场检测设备pH在线检测仪、安装PLC控制器的计算机、耐碱电磁阀、碱液计量泵等组成；PLC自动控制系统采用反馈控制结构，控制参数为酸碱中和池内的pH值，被控变量为碱液投加量；pH在线检测仪检测酸碱中和池中的pH值，将其传输至计算机的数据采集卡并转换成数字信号，输入至PLC控制器内，与酸碱中和池内的pH设定值进行比较，采用PID算法进行计算，结果作为输出值，调控终端执行设备耐碱电磁阀和碱液计量泵的运行。
2.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于水量水质缓冲池的水力停留时间为18h。
3.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于初级混合池内的pH值调控为3.5。
4.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于无机高分子复合絮凝剂自动投加系统PLC控制器的无机高分子复合絮凝剂/COD的设定值为0.2。
5.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于二级混合池的水力停留时间为45s。
6.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于二级混合池形成的絮凝体分形维数为1.2。
7.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于絮凝反应池的水力停留时间为20min。
8.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于絮凝反应池形成的絮凝体分形维数为1.8。
9.根据权利要求1所述的一种褐煤提质废水的预处理方法，其特征在于沉淀池的沉淀时间为1h，表面负荷为1 m3/(m2·d)。
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