CN104529007B - 一种碎煤加压气化废水的预处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碎煤加压气化废水的预处理系统及方法，属废水处理领域，该系统包括：破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置；其中，破乳反应装置与一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置顺次连接；破乳反应装置设有引入碎煤加压气化废水的进水管；二级泥水分离装置设有排出处理后出水的出水管；破乳反应装置上设有第一硫酸亚铁投加管；芬顿反应装置上设有第二硫酸亚铁投加管。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种碎煤加压气化废水的预处理系统及方法。
背景技术
我国能源结构是富煤缺油少气，利用我国煤炭资源相对丰富的优势发展煤化工已成为广为关注的问题。发展煤化工离不开合成气的制备，煤气化就是制备合成气的必要手段。以鲁奇炉为代表的碎煤加压气化工艺由于工艺成熟、投资和运行费用相比煤粉气化炉和水煤浆气化炉更具优势而被广泛用于煤气化特别是煤制天然气。但是碎煤加压气化产生的废水含有大量的酚类、芳香烃类、杂环化合物等难降解有机化合物；并且含高浓度的油、氨氮、盐；可生化性很差，采用常规的生化处理很难达标排放。
碎煤加压气化废水处理工艺通常包括预处理、生化处理和深度处理三部分。生化处理是废水处理工艺的主体，但是预处理的好坏对生化处理有很大影响。碎煤加压气化工艺产生的废水中含油量高达数百mg/L，且多为乳化油；如果除油效果不好，大量的油进入生化处理系统会使其难以正常运行，因此废水的除油预处理是保证生化系统处理效果的关键。目前企业多采用常规隔油、破乳、气浮对废水进行预处理，乳化油很难去除，造成后续生物处理效果不佳，废水难以达标排放或回用。这是因为气化废水中除含有高浓度的油以外，还含有酚类和细小的灰分，这些使得乳化油更加稳定，采用常规的单一破乳技术难以有效去除。
发明内容
本发明的目的是针对常规的单一破乳技术不能有效去除碎煤加压气化废水中高浓度乳化油的问题，提出一种利用两段式投加硫酸亚铁并进行芬顿反应以同时去除乳化油和难降解有机物的碎煤加压气化废水的预处理系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种碎煤加压气化废水的预处理系统，包括：
破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置；其中，
所述破乳反应装置与一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置顺次连接；
所述破乳反应装置设有引入碎煤加压气化废水的进水管；所述二级泥水分离装置设有排出处理后出水的出水管；
所述破乳反应装置上设有第一硫酸亚铁投加管；
所述芬顿反应装置上设有第二硫酸亚铁投加管和过氧化氢投加管。
上述预处理系统中，所述破乳反应装置设有转速为50～100转/min的浆式机械搅拌装置；所述破乳反应装置的水力停留时间为10～120min。
上述预处理系统中，所述一级絮凝反应装置设有药剂投加装置；该一级絮凝反应装置设有转速为20～40转/min的浆式机械搅拌装置；该一级絮凝反应装置的水力停留时间为15～90min。
上述预处理系统中，所述一级泥水分离装置采用气浮装置或者沉淀装置；
所述二级泥水分离装置可采用气浮装置或者沉淀装置。
上述预处理系统中，所述管道混合器设有加酸管；
所述芬顿反应装置设有转速为50～100转/min的浆式机械搅拌装置；所述芬顿反应装置的水力停留时间为10～120min。
上述预处理系统中，所述二级絮凝反应装置设有转速为20～40转/min浆式机械搅拌装置；所述二级絮凝反应装置的水力停留时间为15～90min。
本发明还提供一种碎煤加压气化废水的预处理方法，采用本发明所述的处理系统，包括以下步骤：
使待处理的碎煤加压气化废水进入所述预处理系统，依次进入所述预处理系统的破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置进行破乳反应、一级絮凝反应、一级泥水分离、芬顿反应、二级絮凝反应和二级泥水分离后，出水达标排放；
其中，向所述破乳反应装置中投加硫酸亚铁进行破乳反应；向所述芬顿反应装置中投加硫酸亚铁和过氧化氢进行芬顿反应。
优选的，向所述破乳反应装置中的投加硫酸亚铁投加量为0.5～5mM；向所述芬顿反应装置中的投加的硫酸亚铁投加量为0.5～5mM。
上述预处理方法中，碎煤加压气化废水在所述破乳反应装置进行的破乳反应为：采用转速为50～100转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为10～120min进行破乳反应；
所述破乳反应后的出水进入所述一级絮凝反应装置，向所述一级絮凝反应装置中投加阴离子型聚丙烯酰胺，采用转速为20～40转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为15～90min进行一级絮凝反应；
所述一级絮凝反应后出水进入所述一级泥水分离装置，在所述一级泥水分离装置中通过气浮或沉淀进行一级泥水分离；
所述一级泥水分离后的出水进入所述管道混合器，向所述管道混合器内加酸进行混合后调节pH值为3～5；
所述管道混合器的出水进入所述芬顿反应装置，在所述芬顿反应装置中投加硫酸亚铁和过氧化氢，采用转速为50～100转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为10～120min，pH值为3～5进行芬顿反应；
所述芬顿反应后的出水进入所述二级絮凝反应装置，在所述二级絮凝反应装置通过转速为20～40转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为15～90min进行二级絮凝反应；
所述二级絮凝反应后出水进入所述二级泥水分离装置，在所述二级泥水分离装置中通过气浮或沉淀进行二级泥水分离，分离得到的上清液作为出水达标排放。
上述预处理方法中，所述一级泥水分离中，采用气浮为采用氮气进行气浮；
向所述管道混合器内加酸为盐酸或硫酸。
本发明的有益效果为：通过将破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置有机连接，形成一种能对碎煤加压气化废水依次进行破乳反应、一级絮凝反应、一级泥水分离、芬顿反应、二级絮凝反应和二级泥水分离的预处理系统，由于在破乳反应装置和芬顿反应装置上分别设有第一硫酸亚铁投加管和第二硫酸亚铁投加管，可充分利用碎煤加压气化废水中乳化油和灰分都带负电的特点，采用两段式硫酸亚铁盐投加进行预处理。第一段投加起到破乳作用，在去除乳化油的同时为后续芬顿反应提供亚铁离子和酸度，这样可有效利用第一段投加的亚铁离子和投加硫酸亚铁对废水产生的酸性，节约后续调酸和催化反应所需的药剂费用；第二段硫酸亚铁投加起到催化作用的同时也促进乳化油的破乳，起到同时去除乳化油和提高可生化性的作用。两段式硫酸亚铁投加工艺简单、药剂用量少、除油和提高可生化性的效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明所述碎煤加压气化废水预处理系统的示意图；
图中：1、破乳反应装置；2、一级絮凝反应装置；3、一级泥水分离装置；4、管道混合器；5、芬顿反应装置；6、二级絮凝反应装置；7、二级泥水分离装置。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种碎煤加压气化废水的预处理系统，可解决由于碎煤加压气化废水中除含有高浓度的油及还含有酚类和细小的灰分，使得乳化油更加稳定，目前单一破乳技术难以有效去除的问题，该系统包括：
破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置；其中，
所述破乳反应装置与一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置顺次连接；
所述破乳反应装置设有引入碎煤加压气化废水的进水管；所述二级泥水分离装置设有排出处理后出水的出水管；
所述破乳反应装置上设有第一硫酸亚铁投加管；
所述芬顿反应装置上设有第二硫酸亚铁投加管和过氧化氢投加管。
上述预处理系统中，所述破乳反应装置设有转速为50～100转/min的浆式机械搅拌装置；所述破乳反应装置的水力停留时间为10～120min。
上述预处理系统中，所述一级絮凝反应装置设有药剂投加装置；该一级絮凝反应装置设有转速为20～40转/min的浆式机械搅拌装置；该一级絮凝反应装置的水力停留时间为15～90min。
上述预处理系统中，所述一级泥水分离装置采用气浮装置或者沉淀装置；
所述二级泥水分离装置可采用气浮装置或者沉淀装置。
上述预处理系统中，所述管道混合器设有加酸管；
所述芬顿反应装置设有转速为50～100转/min的浆式机械搅拌装置；所述芬顿反应装置的水力停留时间为10～120min；所述芬顿反应装置上设有pH调节剂投加装置。
上述预处理系统中，所述二级絮凝反应装置设有转速为20～40转/min浆式机械搅拌装置；所述二级絮凝反应装置的水力停留时间为15～90min。
下面结合图1，对采用上述系统对碎煤加压气化废水的预处理过程，进行具体说明，包括以下步骤：
碎煤加压气化废水首先进入破乳反应装置1，第一段硫酸亚铁也投加于该反应装置中。带正电的亚铁离子与带负电的乳化油和灰分反应，使其破乳；亚铁离子水解和氧化产生的氢氧化亚铁和氢氧化铁对破乳后的油和灰分起到混凝作用。破乳反应装置出水进入一级絮凝反应装置2，在此投加阴离子型PAM使上一级反应产生的微小絮体长大，加速其分离。一级絮凝出水进入一级泥水分离装置3，该单元可采用沉淀或者气浮，当采用气浮时需用氮气进行气浮，以减少亚铁离子的氧化，为后续芬顿反应提供更多的催化剂。经泥水分离后的废水经管道混合器投加酸进行pH调节后，进入芬顿反应装置5，在5中投加过氧化氢，并再次投加硫酸亚铁，进行芬顿反应。硫酸亚铁作为催化剂与过氧化氢反应生成羟基自由基，不仅氧化水中难降解有机物提高可生化性，而且可进一步使残余的乳化油失稳，并通过产生的氢氧化铁混凝去除。芬顿出水进入二级絮凝反应装置6，在此投加PAM是絮体长大，加速泥水分离。然后废水进入二级泥水分离装置7，通过沉淀或气浮方式进行泥水分离后，出水达标外排。
以下列举实施例来说明本发明的预处理效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。
实施例1
用碎煤加压气化废水预的处理系统处理某煤气化废水，处理量为30L/h，温度为20℃，破乳反应采用浆式机械搅拌，转速为100转/min，水力停留时间为20min；一级絮凝反应装置投加的药剂为阴离子型PAM，PAM投加量为4mg/L,采用浆式机械搅拌，转速为20转/min，水力停留时间为20min；一级泥水分离装置采用沉淀装置；芬顿反应采用浆式机械搅拌，转速为100转/min，水力停留时间为30min，pH为4；二级絮凝反应装置采用浆式机械搅拌，转速为20转/min，水力停留时间为20min；二级泥水分离装置采用沉淀装置；芬顿前调酸用硫酸。原水COD为7482mg/L，总油为395mg/L，破乳反应的一级硫酸亚铁投加量为2mM，芬顿反应的二级硫酸亚铁投加量为1mM，过氧化氢投加量为10mM，经预处理后，出水COD为5490mg/L，总油为193mg/L。
实施例2
用碎煤加压气化废水的预处理系统处理某煤气化废水，处理量为30L/h，温度为20℃，破乳反应采用浆式机械搅拌，转速为100转/min，水力停留时间为30min；一级絮凝反应装置投加的药剂为阴离子型PAM，PAM投加量为5mg/L,采用浆式机械搅拌，转速为20转/min，水力停留时间为15min；一级泥水分离装置采用沉淀装置；芬顿反应采用浆式机械搅拌，转速为100转/min，水力停留时间为40min，pH为3；二级絮凝反应装置采用浆式机械搅拌，转速为20转/min，水力停留时间为15min；二级泥水分离装置采用沉淀装置；芬顿前调酸用硫酸。原水COD为7067mg/L，总油为647mg/L，破乳反应的一级硫酸亚铁投加量为2mM，芬顿反应的二级硫酸亚铁投加量为3mM，过氧化氢投加量为30mM，经预处理后，出水COD为3805mg/L，总油为180mg/L。
本发明的预处理系统充分利用了碎煤加压气化废水中乳化油和灰分都带负电的特点，采用两段式硫酸亚铁投加并进行芬顿反应进行预处理；第一段投加起到破乳作用，在去除乳化油的同时为后续芬顿反应提供亚铁离子和酸度，这样可有效利用第一段投加的亚铁离子和投加硫酸亚铁对废水产生的酸性，节约后续调酸和催化反应所需的药剂费用；第二段硫酸亚铁投加起到催化作用的同时也促进乳化油的破乳，起到同时去除乳化油和难降解有机物以提高可生化性的作用。两段式硫酸亚铁投加简单、药剂用量少、除油和提高可生化性的效果好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种碎煤加压气化废水的预处理系统，其特征在于，包括：
破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置；其中，
所述破乳反应装置与一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、管道混合器、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置顺次连接；
所述破乳反应装置设有引入碎煤加压气化废水的进水管；所述二级泥水分离装置设有排出处理后出水的出水管；
所述破乳反应装置上设有第一硫酸亚铁投加管；
所述芬顿反应装置上设有第二硫酸亚铁投加管和过氧化氢投加管；
所述一级泥水分离装置采用气浮装置或者沉淀装置；
所述二级絮凝反应装置设有转速为20～40转/min浆式机械搅拌装置；所述二级絮凝反应装置的水力停留时间为15～90min。
2.根据权利要求1所述的一种碎煤加压气化废水的预处理系统，其特征在于，所述破乳反应装置设有转速为50～100转/min的浆式机械搅拌装置；所述破乳反应装置的水力停留时间为10～120min。
3.根据权利要求1所述的一种碎煤加压气化废水的预处理系统，其特征在于，所述一级絮凝反应装置设有药剂投加装置；该一级絮凝反应装置设有转速为20～40转/min的浆式机械搅拌装置；该一级絮凝反应装置的水力停留时间为15～90min。
4.根据权利要求1所述的一种碎煤加压气化废水的预处理系统，其特征在于，
所述二级泥水分离装置采用气浮装置或者沉淀装置。
5.根据权利要求1所述的一种碎煤加压气化废水的预处理系统，其特征在于，
所述芬顿反应装置的进水管上设有管道混合器，所述管道混合器设有加酸管；
所述芬顿反应装置设有转速为50～100转/min的浆式机械搅拌装置；所述芬顿反应装置的水力停留时间为10～120min。
6.一种碎煤加压气化废水的预处理方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的预处理系统，包括以下步骤：
使待处理的碎煤加压气化废水进入所述预处理系统，依次进入所述预处理系统的破乳反应装置、一级絮凝反应装置、一级泥水分离装置、芬顿反应装置、二级絮凝反应装置和二级泥水分离装置进行破乳反应、一级絮凝反应、一级泥水分离、管道混合、芬顿反应、二级絮凝反应和二级泥水分离后，出水达标排放；
其中，向所述破乳反应装置中投加硫酸亚铁进行破乳反应；向所述芬顿反应装置中投加硫酸亚铁和过氧化氢进行芬顿反应；向所述破乳反应装置中投加的硫酸亚铁投加量为0.5～5mM；向所述芬顿反应装置中投加的硫酸亚铁投加量为0.5～5mM；
所述一级絮凝反应后出水进入所述一级泥水分离装置，在所述一级泥水分离装置中通过气浮或沉淀进行一级泥水分离；
所述芬顿反应后的出水进入所述二级絮凝反应装置，在所述二级絮凝反应装置通过转速为20～40转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为15～90min进行二级絮凝反应。
7.根据权利要求6所述的一种碎煤加压气化废水的预处理方法，其特征在于，所述碎煤加压气化废水在所述破乳反应装置进行的破乳反应为：采用转速为50～100转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为10～120min进行破乳反应；
所述破乳反应后的出水在所述一级絮凝反应装置，向所述一级絮凝反应装置中投加阴离子型PAM为药剂，采用转速为20～40转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为15～90min进行一级絮凝反应；
所述一级泥水分离后的出水进入所述管道混合器，向所述管道混合器内加酸进行混合后调节pH值为3～5；
所述管道混合器的出水进入所述芬顿反应装置，在所述芬顿反应装置中采用转速为50～100转/min的浆式机械搅拌，水力停留时间为10～120min，pH值为3～5进行芬顿反应；
所述二级絮凝反应后出水进入所述二级泥水分离装置，在所述二级泥水分离装置中通过气浮或沉淀进行二级泥水分离，分离得到的上清液作为出水达标排放。
8.根据权利要求7所述的一种碎煤加压气化废水的预处理方法，其特征在于，所述一级泥水分离中，采用气浮为采用氮气进行气浮；
向所述管道混合器内加酸为盐酸或硫酸。
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