CN112694201A - 一种煤化工高盐废水零排放工艺 - Google Patents

一种煤化工高盐废水零排放工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤化工高盐废水零排放工艺，包括：煤化工废水沉降槽内的废水由原水泵送入预处理罐中，经预处理后，其产水进入吸附罐；吸附罐内的吸附器吸附饱和后，自动切离系统，由解析罐对其进行解析；解析罐对吸附器解析后产生的解析废液经Ⅰ级换热器、Ⅱ级换热器送入钙回收装置进行处理，通过分散剂产生纳米级碳酸钙，在沉钙陶瓷膜及钙压滤机分离固化产出纳米碳酸钙产品；经过II级陶瓷膜分离后的清液进入镁回收装置，经过沉镁陶瓷膜及镁压滤机分离后产出镁产品，清液回收作为解析液再利用，实现废液零排放与资源化。本申请根据水质特点，设计工艺方案，实现标准化和资源化，以废制废，实现废水回收利用及废水零排。

Description

一种煤化工高盐废水零排放工艺
技术领域
本发明属于煤化工水处理技术领域，具体涉及一种煤化工高盐废水零排放工艺。
背景技术
煤化工行业为我国的重点发展产业，传统煤化工水处理工艺采用药剂及重力沉降方法，但其存在灰水系统结垢、污堵等问题；煤化工水具有高温、高硬度、高碱度、高氨氮、高COD、高悬浮物等特点，为行业实际生产难题，多年来一直困扰着煤化工企业，也制约着煤气化炉的长周期稳定运行，进而影响煤气化炉运行的经济性，存在废水排放量大，处理难度高，水资源浪费严重等问题，常因系统污堵结垢造成气化炉停车检修，于此同时，即使在这部分废水得到处理后也将产生大量的废水废渣无法被处理，污染环境且浪费资源。
发明内容
针对现有煤化工废水处理技术的不足，本申请提出一种煤化工高盐废水零排放工艺，该工艺采用“预处理+吸附+解析+回收+资源化利用”，可有效解决煤化工废水系统结垢问题，降低废水排放量，减少原有药剂投加量，缓解污水处理难度，实现气化炉上周期稳定运行。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种煤化工高盐废水零排放工艺，包括：
煤化工废水沉降槽内的废水由原水泵送入预处理罐中，经预处理后，其产水进入吸附罐，经吸附处理后，产水回用于煤化工生产系统，循环使用；
吸附罐内的吸附器吸附饱和后，自动切离系统，由解析罐对其进行解析，使其工作性能得到恢复；
解析罐对吸附器解析后产生的解析废液经Ⅰ级换热器、Ⅱ级换热器送入钙回收装置进行处理，通过分散剂产生纳米级碳酸钙，在沉钙陶瓷膜及钙压滤机分离固化产出纳米碳酸钙产品；
经过II级陶瓷膜分离后的清液进入镁回收装置，经过沉镁陶瓷膜及镁压滤机分离后产出镁产品，清液回收作为解析液再利用，实现废液零排放与资源化。
进一步的，在钙回收装置中实现的工艺流程为：
废液进入I级钙反应罐中，所述I级钙反应罐中的液体进行体外循环，并通过微处理器a处理；
在I级沉钙过程中，提升泵a的入口加入Na2CO3，生成的物料经过提升泵a叶轮打散后再经过安装在泵出口的喷射器a进行二次混合和打散，反应形成纳米碳酸钙沉淀；
I级钙反应罐中的反应溶液PH值(可以为PH＝8.7，也可以根据实际使用情况确定)到达设定值时，反应溶液进入I级陶瓷膜，经I级陶瓷膜浓缩，浓液进入沉钙罐，清液进入II级钙反应罐，所述II级钙反应罐中的液体进行体外循环，并通过微处理器b处理；
在II级沉钙过程中，提升泵b的入口加入Na2CO3，生成的物料经过提升泵b叶轮打散后再经过安装在泵出口的喷射器b进行二次混合和打散，反应形成纳米碳酸钙沉淀；
II级钙反应罐中的反应溶液PH值(可以为PH＝9，也可以根据实际使用情况确定)到达设定值时，反应溶液进入II级陶瓷膜，然后浓液放入镁反应器，清液进入沉钙罐；
沉钙罐中的物料通过沉钙提升泵通过体外循环进行沉化，PH稳定一段时间后，将溶液打入沉钙陶瓷膜，经沉钙陶瓷膜分离，浓液返回沉钙罐继续清洗，清液经反渗透膜a制得的纯水返回沉钙罐清洗钙产品，浓液进入镁反应器进行沉镁反应；
待沉钙罐中的液体电导率(电导率可以设置为125uS/cm，也可以根据实际使用情况确定)达到设定值时，将此部分溶液打入沉钙压滤机，经沉钙压滤机分离得到碳酸钙滤饼。
进一步的，在镁回收装置中实现的工艺流程为：镁反应器中加入氢氧化钠溶液，形成氢氧化镁，当镁反应器中溶液PH值(可以为PH＝12，也可以根据实际使用情况确定)达到设定值时，放入沉镁槽，在沉镁槽中经提升泵c、微反应器c进行体外循环，溶液经沉镁陶瓷膜浓缩，浓液返回沉镁槽，清液进入反渗透膜b，通过反渗透膜b分离，浓液进入后处理调整罐，清液返回沉镁槽清洗镁产品，待沉镁槽的溶液电导率达到一定数值时，将溶液打入镁压滤机分离得氢氧化镁滤饼。
进一步的，进入后处理调整罐的溶液经通入二氧化碳调整PH后经电渗析槽处理，纯水返回配制碱溶液，浓水返回热交换器冷却进料溶液。
进一步的，在微反应器a、b、c中实现的工艺流程为：废水经喷射器进入高盐废水传输管路中送入碱化反应器，经碱化处理产生纳米颗粒晶核，出水靠余压进入碳化反应器，实现二氧化碳、碱液与废水的微反应，产生纳米颗粒，然后进入旋流沉化器，产生纳米颗粒产品，出水进入陶瓷膜中实现固液分离后进入下一级。
更进一步的，所述I级钙反应罐中加入碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、二氧化碳中的一种或几种，按与Ca2+摩尔数比为0.5～2，在0～50℃下反应生成纳米碳酸钙。
更进一步的，从所述电渗析槽出来的纯水加入晶型分散剂，其中分散剂选用聚丙烯酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵、无机酸、无机盐、醇类、聚合物的一种或几种，按与碳酸钙摩尔比为0.01～5加入。
更进一步的，吸附罐采用吸附填料对煤气化炉灰水进行处理，该填料在15℃-120℃条件下运行，通过自身工艺实现体外擦洗、气水擦洗，实现吸附性能恢复，保证填料纯净度，吸附器出水指标在0-100mg/L。
作为更进一步的，解析罐对吸附剂进行解析，使吸附剂的解析能力恢复，保证吸附罐稳定运行，解析液浓度一般8-12％，解析废液综合出水硬度在0.8-1g/L,最高硬度在3g/L左右。
作为更进一步的，解析废液采用二氧化碳和碱液进行处理，实现解析液回收利用，解析液排放量每次8-50m3。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：根据水质特点，设计工艺方案，实现标准化和资源化，以废制废，实现废水回收利用及废水零排。在解决煤化工系统结垢问题的同时，使系统能够长周期稳定运行。出水水质稳定，操作灵活，不加药，运行成本低，可大大降低生产运行费用，实现废水回收利用，节约水资源，具有环保意义。降低了后续污水处理工艺的难度，具有显著的经济效益和社会效益。以煤化工废水离子交换除硬的高硬废水为原料，原料水中的钙镁离子浓度高，可提高生产效率，且来料稳定，无需成本。使用喷射器用于物料混合，使物料混合更均匀，更有利于化学反应，同时搅拌形式为气体搅拌，可节省大量电耗。
附图说明
图1为一种煤化工高盐废水资源化利用装置原理图；
图2为微反应器结构示意图；
图3为一种煤化工高盐废水零排放工艺流程图。
图中序号说明：1、预处理罐；2、吸附罐；3、盐池；4、盐泵；5、解析罐；6、Ⅰ级换热器；7、Ⅱ级换热器；8、Ⅰ级钙反应罐；9、提升泵a；10、喷射器a；11、微反应器a；12、I级陶瓷膜；13、Ⅱ级钙反应罐；14、提升泵b；15、喷射器b；16、微反应器b；17、II级陶瓷膜；18、沉钙罐；19、沉钙提升泵；20、沉钙陶瓷膜；21、反渗透膜a；22、钙压滤机；23、镁反应器；24、沉镁槽；25、提升泵c；26、微反应器c；27、沉镁陶瓷膜；28、反渗透膜b；29、镁压滤机；30、后处理调整罐；31、后处理泵；32、电渗析槽；4-1、碱化反应器；4-2、碳化反应器；4-3、旋流沉化器；4-4、陶瓷膜。
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详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例提供一种煤化工高盐废水零排放工艺，适用于煤化工高盐废水及各行业离子交换废水领域。主要对煤化工生产的高盐废水进行处理，使高盐废水处理后回用于煤化工生产系统，进水引自煤化工废水沉降槽，由原水泵送入本装置的预处理罐，经预处理后，其产水进入吸附罐，经吸附处理后，产水回用于煤化工生产系统，循环使用。吸附器吸附饱和后，可自动切离系统，由解析罐对其进行解析，使其工作性能得到恢复；解析罐主要用于吸附器的解析，其产生的解析废液经Ⅰ级换热器、Ⅱ级换热器送入钙回收装置进行处理，通过晶型控制剂产生纳米级碳酸钙，在沉钙陶瓷膜及钙压滤机分离固化产出纳米碳酸钙产品；而经过II级陶瓷膜分离后的清液进入镁回收装置，经过沉镁陶瓷膜及镁压滤机分离后产出镁产品，清液回收作为解析液再利用，实现废液零排放与资源化。
上述工艺是在零排放系统中实施的，所述零排放系统包括预处理罐、吸附罐、解析罐、钙回收装置、镁回收装置；高盐废水输送管路与预处理罐入口相连，所述预处理罐出口与吸附罐入口相连，所述吸附罐与解析罐相连，所述解析罐入口通过盐泵与盐池相连，所述吸附罐出液口与通过Ⅰ级换热器、Ⅱ级换热器与钙回收装置相连；所述钙回收装置通过II级陶瓷膜与镁回收装置相连。
所述钙回收装置，包括Ⅰ级钙反应罐、Ⅱ级钙反应罐、微反应器a、微反应器b，所述Ⅰ级钙反应罐与Ⅱ级换热器相连，所述I级碱化罐外设反应管路a，在所述反应管路a上依次设有提升泵a、喷射器a、微反应器a，所述反应管路a与I级陶瓷膜入口相连，所述I级陶瓷膜出口分别与沉钙罐、Ⅱ级钙反应罐相连，所述Ⅱ级钙反应罐外设反应管路b，在所述反应管路b上依次设有提升泵b、喷射器b、微反应器b，所述反应管路b与II级陶瓷膜入口相连，所述II级陶瓷膜出口分别与沉钙罐、镁反应器相连，所述沉钙罐外设循环管路，该循环管路与沉钙陶瓷膜入口相连，所述沉钙陶瓷膜出口分别与反渗透膜a入口、钙压滤机相连，所述反渗透膜a出口分别与沉钙罐、镁反应器相连。
所述镁回收装置，包括镁反应器、沉镁槽、微反应器c、后处理调整罐，所述镁反应器下方设有沉镁槽，所述沉镁槽上部与镁压滤机相连，底部通过提升泵c、微反应器c分别连接至镁反应器顶部、沉镁陶瓷膜入口，所述沉镁陶瓷膜出口分别与反渗透膜b入口、沉镁槽相连，所述反渗透膜b其中一个出口连回至沉镁槽上部，另一个出口连接至后处理调整罐，该后处理调整罐通过后处理泵连接至电渗析槽。
所述反应管路a、反应管路b均与碳酸钠输送管路相连，其连接点分别位于提升泵a、提升泵b前面；所述喷射器a、喷射器b均与CO2输送管路相连；所述沉钙罐顶部还连接有氢氧化钠输送管路。所述Ⅰ级钙反应罐、Ⅱ级钙反应罐、沉钙罐、镁反应器、后处理调整罐均与排空管路相连。在循环管路上设有沉钙提升泵。采用喷射器进行混料，使料液混合均匀。由于喷射泵可以引射其他液体，使整个流程更加节能。同时采用气体搅拌，降低电能消耗。
所述微反应器a、微反应器b、微反应器c结构相同，均包括碱化反应器、碳化反应器、旋流沉化器、陶瓷膜，高盐废水传输管路与碱化反应器侧部入口相连，所述碱化反应器顶部入口与碱液输送管路相连，所述碱化反应器底部出口与碳化反应器一侧部入口相连，所述碳化反应器另一侧部入口与碱液输送管路相连，碳化反应器顶部入口与二氧化碳输送管路相连，所述碳化反应器底部出口与旋流沉化器侧部入口相连，所述旋流沉化器的循环出水口通过高压泵与陶瓷膜入口相连，所述陶瓷膜出口分别连回至旋流沉化器顶部入口、碱化反应器侧部入口。所述旋流沉化器下部设有沿切线方向斜插的循环出水口。本申请微反应器不局限于介质形态，气相、液相、固相颗粒等均能够精确控制反应及反应条件，实现了绿色安全多功能的生产需求。整体采用回流式设计，可根据不同需求自由调整循环方式，控制停留时间，达到反应效果。该装置制作简单、成本低下，维护费用少，提高企业经济效益，具有易于规模化、产品化的特点。
优选的，解析罐产生的解析废液可以送入回收装置进行处理，使解析废液循环使用，在回收装置中可以通过投加碱液与二氧化碳，使清液回收，浆液压滤固化，固渣通过压滤机处理形成滤饼，滤饼进入下一级溶解罐中再次溶解，溶解后进入I级钙反应罐中。
所述回收装置可以由反应器、加药泵、清液泵、污泥泵及配套管线仪表阀门等组成的撬装产品，具有独立工艺功能，回收装置产生的清液可得到回收利用，高浓度泥浆经板框压滤机固化后可以用于锅炉脱硫剂使用。反应器可以为高密池、协管沉淀池、伏流沉淀池等。
本工艺可有效解决多年困扰煤气化行业的灰水处理难题，保证了煤气化炉的长周期稳定运行，可以减少企业废水排放量、节约水资源、降低生产成本的同时，可实现变废为宝，废水资源化，减少固废占地面积和管理费用，提高化工生产装置可靠性和稳定性，有一定的工程示范意义及显著的直接经济效益、社会效益和环保效益。
预处理罐主要去除固体、悬浮物、胶体等，可以由多个多功能高效过滤器及配套管线仪表阀门等组成撬装产品，在运行中不投加药剂、不增加离子成分，预处理出水水质稳定，实现装置标准化。预处理罐无需设置反洗专用设施，其过滤器可通过自身工艺进行水擦洗、气水擦洗，实现性能恢复，同时实现冲洗废水回收利用，不产生废水废液，冲洗水量一般为50-150m3/h。所述预处理罐可为多介质过滤器、砂滤器、离心机、纤维过滤器、陶瓷膜等，
吸附罐主要采用吸附填料对煤气化炉灰水进行处理，该填料可在15℃-120℃条件下运行，并可耐受高COD、高浊度、高NH3-N等恶劣条件，可通过自身工艺实现体外擦洗、气水擦洗，实现吸附性能恢复，保证填料纯净度，且冲洗废水回收利用，吸附器出水指标一般在0-100mg/L。吸附罐可以由多个工作罐及配套管线仪表阀门等组成撬装产品；吸附剂可采用工业盐水进行解析。
解析罐可对吸附剂进行解析，使吸附剂的解析能力恢复，保证吸附罐稳定运行，解析液浓度一般8-12％，解析废液综合出水硬度在0.8-1g/L,最高硬度在3g/L左右。解析废液可采用二氧化碳和碱液进行处理，实现解析液回收利用，解析液排放量每次8-50m3。
生产过程中采用陶瓷膜对所生成的纳米碳酸钙结晶进行分离和浓缩，浓缩液进入压滤机，从而增加分离效率。离子膜组件采用0～100nm。
本装置可以以煤化工废水离子交换除硬的高硬废水为原料，原料水中的钙镁离子浓度高，可提高生产效率，且来料稳定，无需成本。使用喷射泵用于物料混合，使物料混合更均匀，更有利于化学反应，同时搅拌形式为气体搅拌，可节省大量电耗。
本工艺采用“预处理+吸附+解析+回收+资源化利用”，可有效解决煤化工废水系统结垢问题，降低废水排放量，减少原有药剂投加量，缓解污水处理难度，实现气化炉上周期稳定运行。节水节能，减低系统维护检修成本，资源化利用具有显著的经济效益和环保效益，具有一定的推广价值与工程示范意义。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造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创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，包括：
煤化工废水沉降槽内的废水由原水泵送入预处理罐中，经预处理后，其产水进入吸附罐，经吸附处理后，产水回用于煤化工生产系统，循环使用；
吸附罐内的吸附器吸附饱和后，自动切离系统，由解析罐对其进行解析，使其工作性能得到恢复；
解析罐对吸附器解析后产生的解析废液经Ⅰ级换热器、Ⅱ级换热器送入钙回收装置进行处理，通过分散剂产生纳米级碳酸钙，在沉钙陶瓷膜及钙压滤机分离固化产出纳米碳酸钙产品；
经过II级陶瓷膜分离后的清液进入镁回收装置，经过沉镁陶瓷膜及镁压滤机分离后产出镁产品，清液回收作为解析液再利用，实现废液零排放与资源化。
2.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，在钙回收装置中实现的工艺流程为：
废液进入I级钙反应罐中，所述I级钙反应罐中的液体进行体外循环，并通过微处理器a处理；
在I级沉钙过程中，提升泵a的入口加入Na2CO3，生成的物料经过提升泵a叶轮打散后再经过安装在泵出口的喷射器a进行二次混合和打散，反应形成纳米碳酸钙沉淀；
I级钙反应罐中的反应溶液PH值到达设定值时，反应溶液进入I级陶瓷膜，经I级陶瓷膜浓缩，浓液进入沉钙罐，清液进入II级钙反应罐，所述II级钙反应罐中的液体进行体外循环，并通过微处理器b处理；
在II级沉钙过程中，提升泵b的入口加入Na2CO3，生成的物料经过提升泵b叶轮打散后再经过安装在泵出口的喷射器b进行二次混合和打散，反应形成纳米碳酸钙沉淀；
II级钙反应罐中的反应溶液PH值到达设定值时，反应溶液进入II级陶瓷膜，然后浓液放入镁反应器，清液进入沉钙罐；
沉钙罐中的物料通过沉钙提升泵通过体外循环进行沉化，PH稳定一段时间后，将溶液打入沉钙陶瓷膜，经沉钙陶瓷膜分离，浓液返回沉钙罐继续清洗，清液经反渗透膜a制得的纯水返回沉钙罐清洗钙产品，浓液进入镁反应器进行沉镁反应；
待沉钙罐中的液体电导率达到设定值时，将此部分溶液打入沉钙压滤机，经沉钙压滤机分离得到碳酸钙滤饼。
3.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，在镁回收装置中实现的工艺流程为：镁反应器中加入氢氧化钠溶液，形成氢氧化镁，当镁反应器中溶液PH值达到设定值时，放入沉镁槽，在沉镁槽中经提升泵c、微反应器c进行体外循环，溶液经沉镁陶瓷膜浓缩，浓液返回沉镁槽，清液进入反渗透膜b，通过反渗透膜b分离，浓液进入后处理调整罐，清液返回沉镁槽清洗镁产品，待沉镁槽的溶液电导率达到一定数值时，将溶液打入镁压滤机分离得氢氧化镁滤饼。
4.根据权利要求3所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，进入后处理调整罐的溶液经通入二氧化碳调整PH后经电渗析槽处理，纯水返回配制碱溶液，浓水返回热交换器冷却进料溶液。
5.根据权利要求2或3所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，在微反应器a、b、c中实现的工艺流程为：废水经喷射器进入高盐废水传输管路中送入碱化反应器，经碱化处理产生纳米颗粒晶核，出水靠余压进入碳化反应器，实现二氧化碳、碱液与废水的微反应，产生纳米颗粒，然后进入旋流沉化器，产生纳米颗粒产品，出水进入陶瓷膜中实现固液分离后进入下一级。
6.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，所述I级钙反应罐中加入碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、二氧化碳中的一种或几种，按与Ca2+摩尔数比为0.5～2，在0～50℃下反应生成纳米碳酸钙。
7.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，从所述电渗析槽出来的纯水加入晶型分散剂，其中分散剂选用聚丙烯酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵、无机酸、无机盐、醇类、聚合物的一种或几种，按与碳酸钙摩尔比为0.01～5加入。
8.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，吸附罐采用吸附填料对煤气化炉灰水进行处理，该填料在15℃-120℃条件下运行，通过自身工艺实现体外擦洗、气水擦洗，实现吸附性能恢复，保证填料纯净度，吸附器出水指标在0-100mg/L。
9.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，解析罐对吸附剂进行解析，使吸附剂的解析能力恢复，保证吸附罐稳定运行，解析液浓度一般8-12％，解析废液综合出水硬度在0.8-1g/L,最高硬度在3g/L左右。
10.根据权利要求1所述一种煤化工高盐废水零排放工艺，其特征在于，解析废液采用二氧化碳和碱液进行处理，实现解析液回收利用，解析液排放量每次8-50m3。
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