CN108793549A - 湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统。该方法通过水质条件检测、石灰软化、沉淀分离、空气吹脱、高炉煤气吹脱和排污和脱氰处理六大步骤进行氨氮废水处理；该系统包括环缝环缝洗涤塔，环缝环缝洗涤塔顶部设置有高炉煤气进管，环缝洗涤塔侧壁上由上至下设置有洗涤回水口和洗涤进水口；环缝洗涤塔侧壁上还设有煤气出口，煤气出口连接有煤气利用系统，洗涤回水口通过管线依次连接有回水高架流槽、沉淀池、热水池、冷却塔和冷水池，冷水池通过循环供水管与洗涤进水口相连。本发明利用蒸发降温原理，减少废水量，既不需新建水处理构筑物，也不需增加水处理能耗，具有投资省、成本低、运行可靠等特点。

Description

湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统

技术领域

本发明涉及钢铁工业废水处理技术领域，具体涉及一种湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统。

背景技术

钢铁企业外排废水氨氮浓度和排放总量是政府环保部门在线监控指标，必需保证达标排放。从氨氮废水来源分析，钢铁企业有机氨氮废水主要来自炼焦工序及焦炉煤气输送管道凝结排水，无机氨氮废水主要来自高炉煤气系统喷淋排污水和高炉煤气输送管道凝结排水。

从节能环保考虑，国家倡导钢铁企业煤气除尘采用干法工艺，但目前高炉煤气湿法除尘工艺在国内各企业仍较普遍。与干法除尘工艺相比，湿法除尘工艺排污水量大，氨氮排放多。按企业年产钢1500万吨测算，湿法除尘工艺氨氮废水排放总量约300m³/h，氨氮浓度一般在110～270ppm，且硬度高、碱度高、COD较低。

根据相关国家标准，钢铁联合企业吨钢排水量不应超过1.8吨，氨氮排放浓度小于5mg/L。据此标准测算，湿法除尘高炉煤气系统排污水如不进行脱氮处理，企业总排口氨氮浓度会经常超标。

高炉煤气洗涤水在循环使用过程中，水与高温煤气直接接触，煤气中二氧化碳、氯化物、氰化物、氨氮类物质、低沸点金属氧化物、粉尘等会大量进入循环水中。目前，高炉煤气洗涤循环水的基本处理方法为絮凝沉淀+冷却塔降温+化学阻垢+排污水碱式氯化法脱氰。该工艺主要缺点：一是循环水硬度、碱度值上升快，阻垢技术难度大、药剂成本高；二是排污水氨氮超标严重，达标治理投资大、成本高。

目前，工业氨氮废水处理的方法有很多，但现有方法用于钢铁企业湿法除尘高炉煤气系统无机氨氮废水处理时，均不能兼顾企业在环保、投资及成本方面的需求，应用受到限制。根据申请人检索查询，没有涉及钢铁企业高炉煤气系统无机氨氮废水处理的专利技术，相关技术文献也较少。

公开号：CN104671358A的中国发明专利公开了一种沸石耦合介质阻挡放电深度处理氨氮废水的方法，其是一种氨氮废水处理方法，利用人造沸石交换吸附氨氮，并用高压电场提高沸石的吸附速度和容量。该方法用于钢铁无机氨氮废水处理时存在严重不足，一是沸石对铵和钙镁离子均有吸附作用，因废水氨氮、硬度含量均较高，导致沸石投加量大、再生频繁；二是沸石频繁再生解析会产生较多高浓度氨氮废水，需进行二次处理才能排放，未彻底消除环保风险，运行成本也较高。

申请号为201110114835.6的中国发明专利公开了一种处理高盐度无机氨氮废水的方法，废水经调节池收集均质后，加碱调高pH，再泵送微电解装置氧化，出水经中和沉淀处理后，清水先经SBR生化处理，再经生物接触氧化工艺处理后排放。该方法用于钢铁无机氨氮废水处理时的主要不足，一是微电解装置内部极易结垢堵塞，快速失效；二废水是碳源不足，可生化性差，需大量投加生物营养剂，成本高。

《吹脱法处理中低浓度氨氮废水》(《福建环境》2000年12月)介绍了一种以空气为介质，在强碱条件下利用吹脱塔将废水中氨氮解析到大气中的废水处理方法。该方法用于钢铁无机氨氮废水处理时会存在以下缺陷：一是废水硬度和碱度均较高，且碱度以碳酸盐碱度为主，在强碱条件下钙镁离子会形成大量难溶碳酸盐，致使吹脱塔填料严重结垢，气水比降低，运行效果和稳定性逐步降低；二是废水氨氮含量较高，全部解析到大气中会导致区域空气异味，污染周边大气环境。

随着国家环保要求的提高，地方政府对环保监管日趋严格。国内各钢企为了控制排口氨氮指标，多将无机氨氮废水送焦化工序进行生物脱氮。由于无机氨氮废水碳源不足、废水量大、氨氮浓度偏高，导致焦化生化废水处理系统处理效果下降，运行成本增加，处理能力不足问题十分突出，企业被迫投入大量资金提高焦化废水生化处理能力。以某钢铁公司为例，近几年已投入上亿元用于焦化生化废水处理系统改造，系统能力仍不显不足。因此，降低无机氨氮废水处理成本和工程建设投资是钢铁企业急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有氨氮废水处理方法在钢铁企业高炉煤气湿法除尘系统排污水氨氮处理领域应用存在的各种不足；提供了一种湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法及其系统；利用该方法可大幅度降低钢铁企业无机氨氮废水排放浓度和总量，不需新建水处理构筑物，不新增能源消耗，以降低企业氨氮废水处理成本和工程建设投资。同时，该方法使废水中氨氮以较低浓度分别向气体燃料和空气中解析，减轻氨氮对大气环境污染。

为实现上述目的，本发明所设计一种湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，包括以下步骤：

1)水质条件检测：在环缝洗涤塔的洗涤进水口检测煤气洗涤循环水的水质条件，所述水质条件为pH值、硬度值和碱度值；(硬度值为煤气洗涤循环水总硬度H，单位以mmol/L计；所述碱度值包括总碱度M、酚酞碱度p，单位均以mmol/L计。)

2)石灰软化：高炉煤气洗涤后的回水由环缝洗涤塔的洗涤出水口进入回水高架流槽内，石灰乳从石灰乳投料管进入回水高架流槽中，与煤气洗涤循环水发生化学软化反应的同时，将煤气洗涤循环水中氨氮类物质转化为游离氨；

3)沉淀分离：沉淀池将煤气洗涤循环水中的悬浮固体和难溶碳酸盐沉淀分离；

4)空气吹脱：煤气洗涤循环水经热水池，由上塔泵提升进入冷却塔内降温，煤气洗涤循环水中游离氨同时向大气解析，使水中氨氮值得到降低；

5)高炉煤气吹脱：降温水经冷水池收集后，由循环泵加压，经洗涤进水口进入环缝洗涤塔，利用环缝洗涤塔塔内煤气余热升高洗涤水温，并将水中游离氨解析到煤气中，抑制煤气中氨氮向洗涤水转化；

6)排污和脱氰处理

在冷水池检测电导率，当电导率＞15000μS/cm时，冷水池经排污管排水，排污水经脱氰设施处理后外排；当电导率≤12000μS/cm时，冷水池停止排污；脱氰处理是保证排水中氰化物和pH达标。

进一步地，所述步骤1)中，碱度值包括总碱度M和酚酞碱度p，单位均以mmol/L计。

再进一步地，所述步骤2)中，石灰乳投加满足水质条件，即为洗涤水pH值≥11，硬度≤0.6mmol/L；且石灰乳投加摩尔浓度按以下模型确定：

所述步骤6)中，排污管的排水量为不超过50m³/h。

本发明提供了一种用于上述进行氨氮废水处理的装置，它包括环缝环缝洗涤塔，所述环缝环缝洗涤塔顶部设置有高炉煤气进管，所述环缝洗涤塔侧壁上由上至下设置有洗涤回水口和洗涤进水口；所述环缝洗涤塔侧壁上还设有煤气出口，所述煤气出口连接有煤气利用系统，所述洗涤回水口通过管线依次连接有回水高架流槽、沉淀池、热水池、冷却塔和冷水池，所述回水高架流槽上连接有补水管和石灰乳投料管，所述冷水池通过排污管与脱氰设施连接，所述冷水池通过循环供水管与洗涤进水口相连。

进一步地，所述补水管上设置有补水阀。

再进一步地，所述热水池和冷却塔之间的管线上设置有上塔泵。

再进一步地，所述循环供水管上设置有循环泵。

再进一步地，所述沉淀池为斜板池或幅流池，进水不加絮凝剂，利用煤气中洗涤出的高价金属氧化物碱性水解产生的金属氢氧化物实现混凝。

再进一步地，所述冷却塔为网格填料机械通风逆流式冷却塔。

本发明方法的步骤目的：

水质检测：采集煤气洗涤循环水pHPh、M碱度、p碱度和硬度指标。

石灰软化：根据水质检测数据确定石灰乳投加量，使循环水pH≥11，硬度≦0.6mmol/L，以降低硬度，并将氨氮类物质转化为游离氨。

沉淀分离：利用沉淀池将钙、镁离子在软化过程中形成的难溶盐与水分离，避免管道和设备结垢堵塞。

空气吹脱：煤气循环水在冷却塔内降温时，同步完成空气对游离氨的吹脱作用。

高炉煤气吹脱：高炉煤气在洗涤塔内喷淋洗涤过程中，同步完成煤气对游离氨的吹脱作用，并抑制煤气中氨氮向洗涤水转化。

排污及脱氰：排污以控制洗涤水系统电导率≤15000uS/cm，以较小的水量消耗避免盐类结晶成垢；脱氰是降低高炉煤气系统排水氰化物。

本发明的有益效果：

本发明利用钢铁企业现有高炉煤气洗涤循环水系统现有设施，降低系统排污水氨氮浓度和水量，通过水质检测、石灰软化、沉淀预处理后，在一定温度下利用煤气、空气进行串级吹脱，降低排水氨氮浓度，同时利用蒸发降温原理，减少废水量，既不需新建水处理构筑物，也不需增加水处理能耗，具有投资省、成本低、运行可靠等特点。

本发明与《一种处理高盐度无机氨氮废水的方法》(公开号：CN201110114835.6)相比，具有巨大的成本优势。一是不需要新建生化处理设施及微电解氧化装置，工程投资省；二是废水C/N营养比高低不影响脱氮效果，不需投加有机碳源调节营养比，可降低药剂成本；三是不需充氧曝气或潜水搅拌设施，运行能耗低。

本发明与沸石耦合介质阻挡放电深度处理氨氮废水的方法(公开号：CN104671358A)相比，不消耗沸石及沸石再生剂，不产生需二次处理的高浓度氨氮废水，环保性好，成本低。根据沸石吸附特性，其对废水中钙镁离子等高价金属离子也有较强的吸附能力，加上沸石吸附容量较低，在废水硬度较高时，沸石极易吸附饱和，对氨氮吸附效果下降，需频繁再生，导致沸石和再生剂耗量较大，运行周期短。另外，沸石再生会产生纯度低、氨氮浓度较高的再生废水，需进行二次处理才能排放废水，故成本较高，未彻底解决氨氮污染问题。

本发明与吹脱法处理中低浓度氨氮废水(《福建环境》2000年12月)相比，可避免吹脱塔结垢堵塞造成脱氮效果下降、运行可靠性降低问题。由于钢铁企业无机氨氮废水主要来自与高炉煤气接触的废水，其硬度高、碳酸盐碱度高，调高pH后，HCO₃ ^-将转化为CO₃ ^2-，并与废水中钙镁离子反应形成大量难溶碳酸盐垢物，堵塞吹脱塔填料，导致水处理效果下降，运行不稳定。本发明采取软化沉淀方法既避免了设备结垢堵塞问题，还可提高洗涤水系统浓缩倍率，从源头降低氨氮废水排放量和浓度。另外，本发明还可利用煤气的吹脱作用，将废水中部分氨氮转化到煤气中，减轻了氨氮对大气污染。

附图说明

图1为湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理流程示意图；

图2为湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理流程装置示意图

图中，环缝洗涤塔1、高炉煤气进管1.1、洗涤回水口1.2、洗涤进水口1.3、煤气出口1.4、煤气利用系统2、回水高架流槽3、沉淀池4、热水池5、冷却塔6、冷水池7、补水管8、补水阀8.1、石灰乳投料管9、排污管10、脱氰设施11、循环供水管12、循环泵12.1、上塔泵13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

如图2所示的氨氮废水处理的装置，它包括环缝环缝洗涤塔1，所述环缝环缝洗涤塔1顶部设置有高炉煤气进管1.1，所述环缝洗涤塔1侧壁上由上至下设置有洗涤回水口1.2和洗涤进水口1.3；所述环缝洗涤塔1侧壁上还设有煤气出口1.4，所述煤气出口1.4连接有煤气利用系统2，所述洗涤回水口1.2通过管线依次连接有回水高架流槽3、沉淀池4、热水池5、上塔泵13、冷却塔6和冷水池7，所述回水高架流槽3上连接有补水管8和石灰乳投料管9，补水管8上设置有补水阀8.1；

所述冷水池7通过排污管10与脱氰设施11连接，所述冷水池7通过循环供水管12与洗涤进水口1.3相连；所述循环供水管12上设置有循环泵12.1

根据事实情况，沉淀池6为斜板池或幅流池，进水不加絮凝剂，利用煤气中洗涤出的高价金属氧化物碱性水解产生的金属氢氧化物实现混凝。冷却塔10为网格填料机械通风逆流式冷却塔。

基于上述装置，某高炉煤气湿法除尘循环水系统排污水量平均50m³/h，氨氮平均213mg/L，目标是将排污水氨氮浓度降低90％。

对某高炉产生的煤气进行湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理，具体方法如下：

1)水质条件检测：在环缝洗涤塔1的洗涤进水口1.3检测煤气洗涤循环水的水质条件，所述水质条件为pH值、硬度值和碱度值；(硬度值为煤气洗涤循环水总硬度H，单位以mmol/L计；所述碱度值包括总碱度M、酚酞碱度p，单位均以mmol/L计。)

2)石灰软化：煤气洗涤循环水进入回水高架流槽3内，石灰乳从石灰乳投料管9进入回水高架流槽3中，与煤气洗涤循环水反应，石灰乳软化的同时，将煤气洗涤循环水中氨氮转化为游离氨；

石灰乳投加满足水质条件，即为洗涤水pH值≥11，硬度≤0.6mmol/L；且石灰乳投加摩尔浓度按以下模型确定：

3)沉淀分离：沉淀池4将煤气洗涤循环水中的悬浮固体和难溶碳酸盐沉淀分离；

4)空气吹脱：煤气洗涤循环水经热水池5和上塔泵13进入冷却塔6内降温，煤气洗涤循环水中游离氨向大气解析，分离得到降温水；

5)高炉煤气吹脱：降温水通过循环供水管12经洗涤进水口1.3进入环缝洗涤塔1，利用环缝洗涤塔1煤气余热升高降温水的水温，并将水中游离氨解析到煤气中，抑制煤气中氨氮向洗涤水转化；

6)排污和脱氰处理

当电导率＞15000μS/cm时，降温水经排污管10进入脱氰设施11，通过脱氰处理后排出；脱氰处理是保证排水中氰化物和pH达标。当电导率≤12000μS/cm时，冷水池停止排污。

经检测：脱氰处理后排水中，氨氮浓度平均约19ppm，排水氨氮总量和浓度均削减90％以上。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)水质条件检测：在环缝洗涤塔(1)的洗涤进水口(1.3)检测煤气洗涤循环水的水质条件，所述水质条件为pH值、硬度值和碱度值；

2)石灰软化：高炉煤气洗涤后的回水由环缝洗涤塔(1)的洗涤出水口(1.2)进入回水高架流槽(3)内，石灰乳从石灰乳投料管(9)进入回水高架流槽(3)中，与煤气洗涤循环水发生化学软化反应的同时，将煤气洗涤循环水中氨氮类物质转化为游离氨；

3)沉淀分离：沉淀池(4)将煤气洗涤循环水中的悬浮固体和难溶碳酸盐沉淀分离；

4)空气吹脱：煤气洗涤循环水经热水池(5)，由上塔泵(13)提升进入冷却塔(6)内降温，煤气洗涤循环水中游离氨同时向大气解析，使水中氨氮值得到降低；

5)高炉煤气吹脱：降温水经冷水池(7)收集后，由循环泵(12.1)加压，经洗涤进水口(1.3)进入环缝洗涤塔(1)，利用环缝洗涤塔(1)塔内煤气余热升高洗涤水温，并将水中游离氨解析到煤气中，抑制煤气中氨氮向洗涤水转化；

6)排污和脱氰处理

在冷水池(7)检测电导率，当电导率＞15000μS/cm时，冷水池经排污管(10)排水，排污水经脱氰设施(11)处理后外排；当电导率≤12000μS/cm时，冷水池(7)停止排污；脱氰处理是保证排水中氰化物和pH达标。

2.根据权利要求1所述湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，其特征在于：所述步骤1)中，碱度值包括总碱度M和酚酞碱度p，单位均以mmol/L计。

3.根据权利要求1所述湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中，石灰乳投加满足水质条件，即为洗涤水pH值≥11，硬度≤0.6mmol/L；且石灰乳投加摩尔浓度按以下模型确定：

4.根据权利要求1所述湿法除尘高炉煤气系统氨氮废水处理方法，其特征在于：所述步骤6)中，排污管(10)的排水量为不超过50m³/h。

5.一种用于权利要求1所述氨氮废水处理方法的装置，其特征在于：它包括环缝环缝洗涤塔(1)，所述环缝环缝洗涤塔(1)顶部设置有高炉煤气进管(1.1)，所述环缝洗涤塔(1)侧壁上由上至下设置有洗涤回水口(1.2)和洗涤进水口(1.3)；所述环缝洗涤塔(1)侧壁上还设有煤气出口(1.4)，所述煤气出口(1.4)连接有煤气利用系统(2)，所述洗涤回水口(1.2)通过管线依次连接有回水高架流槽(3)、沉淀池(4)、热水池(5)、冷却塔(6)和冷水池(7)，所述回水高架流槽(3)上连接有补水管(8)和石灰乳投料管(9)，所述冷水池(7)通过排污管(10)与脱氰设施(11)连接，所述冷水池(7)通过循环供水管(12)与洗涤进水口(1.3)相连。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述补水管(8)上设置有补水阀(8.1)。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述热水池(5)和冷却塔(6)之间的管线上设置有上塔泵(13)。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述循环供水管(12)上设置有循环泵(12.1)。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述沉淀池(4)为斜板池或幅流池。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述冷却塔(6)为网格填料机械通风逆流式冷却塔。