CN113772884B - 一种焦化废水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦化废水处理系统及方法，该系统包括净化浓缩分离系统和高效蒸发结晶系统；净化浓缩分离系统包括旋流器，絮凝软化池，缓冲沉淀池，多介质过滤器，超滤装置，纳滤装置以及反渗透装置；高效蒸发结晶系统包括预热器，蒸发结晶塔，离心机，真空泵，压缩机，冷凝器；本发明还公开了一种焦化废水的处理方法，通过该系统及方法将生化处理后的焦化废水中的有机、无机污染物去除，分离出较高纯度氯化钠和硫酸钠，达到水资源的回收利用，实现废水资源回收及“零排放”。

Description

一种焦化废水处理系统及方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种焦化废水处理系统及方法。

背景技术

我国水资源缺乏、水污染严重成为一个不可忽视的问题。与此同时，国内工业上大量的废水处理不当，对水资源造成浪费和严重污染。我国煤炭资源丰富，通过利用煤化工技术提高煤的能源利用率。其中，煤焦化技术是通过高温干馏产生焦炭、煤气、煤焦油并回收其他化工产品的工艺，该工艺需要消耗大量的水同时产生大量废水。另外，我国多数煤化工企业处于水资源匮乏地区。有效的深度处理、回收利用焦化废水，不仅可以减少企业的用水负担，还能响应国家针对煤化工行业的高耗水、高污染现状出台的越来越严格的废水排放标准。因此，落实焦化废水“零排放”，从长远来看利于煤化工行业的可持续发展。

焦化废水是一种含有高浓度的酚类、苯系物、杂环化合物、多环化合物等有机污染物，并且高盐、高氨氮，属于较难处理的工业废水。同时，目前的焦化废水处理方法的相关研究大多集中在对水资源的回收利用上，且处理工艺流程较为复杂。同时对于焦化废水中包含的较高含量的盐组分回收利用方法较少，易造成环境的负担和资源的浪费；现阶段浓缩后的废水盐分回收主要采用蒸发结晶塔，然而现有蒸发结晶塔需要和单独的热蒸发技术等耦合使用，设备占地面积大，投资成本较高，若将加热蒸发和浓缩结晶集成到一个蒸发塔内，现有技术不可避免地造成塔内换热管道或者设备的结构腐蚀，而利用塔内喷雾结晶技术时，烟气与废水喷雾对流换热，虽然可以避免结垢腐蚀问题，提高换热效能，但需要在气流出口布置除尘器等额外设备，同时也不利于结晶回收后的分离，影响结晶的纯度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种焦化废水处理系统及方法，该系统及方法能够实现废水的分盐回收以及水资源的回用，实现废水的零排放。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种焦化废水处理系统，包括沿着废水流向依次连通的絮凝软化池、缓冲沉淀池、多介质过滤器、超滤装置、纳滤装置以及反渗透装置，反渗透装置的浓水出口连通蒸发结晶塔；蒸发结晶塔沿废水流向布置淋洗喷嘴组、回转式换热器、集液斗以及雾化喷嘴组，废水自蒸发结晶塔顶部入口进入，自上而下依次经过淋洗喷嘴组、回转式换热器水侧、集液斗以及雾化喷嘴组；回转式换热器气侧进口设有高压喷头，高压喷头连接压缩机；蒸发结晶塔底部通过管道连接离心机进口，淋洗喷嘴组上方空间连接第一真空泵，集液斗斜面与塔壁面之间空间连接第二真空泵；第一真空泵和第二真空泵出口连接冷凝器入口；离心机的出口连通塔前增压泵的入口。

絮凝软化池的入口连接有旋流器，旋流器的入口设有加药口，旋流器底部出口连接絮凝软化池，絮凝软化池顶部设有加药口，絮凝软化池和缓冲沉淀池的底部均设有污泥外排口。

蒸发结晶塔的入口之前沿介质流向设置预热器和塔前增压泵；回转式换热器气侧出口设有筛网。

旋流器的入口处设置旋流器进水泵，多介质过滤器的入口设置过滤器进水泵，超滤装置的入口设置超滤进水泵，反渗透装置的入口设置反渗透进水泵。

一种焦化废水处理方法，基于本发明所述一种焦化废水处理系统，包括以下步骤：

S1、在加药口添加氧化剂，生化处理后的废水通入旋流器内，废水与氧化剂充分混合、反应，通过二次上旋涡流排出轻质杂质，对生化处理后的焦化废水进行氧化去除COD、BOD、有机物以及氨氮；

S2、氧化后的废水进行絮凝软化，去除悬浮物、钙镁及重金属离子，再进行缓冲沉淀；

S3、采用多介质过滤器过滤废水中的悬浮物和胶体，同时脱色；然后进行纳滤分盐，在纳滤膜的分盐作用下，溶液中的氯离子通过纳滤，硫酸根离子被截留下来，分别将通过液和截留液通入独立的反渗透膜组中，产水通过管道回收利用，浓水进行下一步蒸发结晶；

S4、浓水进入到蒸发结晶塔，浓水通过喷淋喷嘴组，自上而下喷淋到回转换热器的水侧，吸收积蓄在换热板上的热量，真空泵在喷淋喷嘴组上方空间抽吸蒸发出的水汽和不凝结气体；回转换热器气侧，自下而上通入热空气，加热换热板；浓水由回转换热器出口，在集液斗的收集汇聚之后，进入雾化喷嘴组，真空泵抽吸此空间内的蒸汽和不凝气体，营造真空，促进雾化浓水的结晶过程；含有结晶的浓水汇集在塔底部出口，通过管道联通离心机进行固液分离，分离后的浓水回到塔前增压泵进口，固体结晶作为工业产品回收利用；真空泵抽吸的水汽通过冷凝器回收冷凝水。

所述旋流器入口添加次氯酸钠、过氧化氢、臭氧中的一种或多种作为氧化剂，对生化反应中较难处理的有机物进一步氧化分解。

S2中，利用旋流器出水余速搅拌絮凝软化池内药品与废水，被氧化后的废水进入絮凝软化池，通过絮凝软化加药口，向絮凝软化池中依次投入软化剂、除氟剂和絮凝剂，除去废水中悬浮物、钙镁及重金属离子；将反应后的废水通入相邻的缓冲沉淀池，重力沉淀大颗粒物质，通过污泥外排口排出底泥，底泥压滤后外运，清液通过过滤器进水泵送入多介质过滤器；软化剂采用氢氧化钠、碳酸钠，絮凝剂采用无机聚合物絮凝剂配合有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺使用。

纳滤膜组设有多级；多介质过滤器进一步过滤废水中的悬浮物和胶体，同时具有脱色功能，优选的吸附材料有陶粒、核桃皮、石英砂、活性炭中的一种或多种；多介质过滤器出水依次进入超滤装置。

S4中，预热器对反渗透出口浓水预热，在塔前增压泵的作用下进入蒸发结晶塔，预热器的加热水侧、回转换热器加热空气侧的热源来自工业废热或工业锅炉尾部烟气。

S4中，回转换热器气侧进口设置的高压喷头通过程控对换热板进行高压压缩空气冲洗；回转换热器气侧出口设置筛网，用于捕集热空气从气侧带走的结晶。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明简化了对生化处理后废水处理所需的设备和流程，降低了废水中酚类、COD、氨氮等有机污染物及悬浮物等，通过多介质过滤处理，降低了进入膜过滤、分离以及浓缩的废水中有害物质的含量，进一步提高了膜的效率和使用寿命。

本发明采用纳滤分盐工艺，有效分离单价盐及双价盐，再利用工业余热分别将氯化钠和硫酸钠在蒸发结晶塔内部加热浓缩，同时通过真空泵，降低废水中溶质的溶解度，促进工质结晶，最后分离析出工业级的硫酸钠和氯化钠，实现废水中盐分的资源化利用，产生良好的经济效益。

本发明对反渗透膜产水和蒸发结晶塔冷凝水的回收利用，有助于节约工业生产中的水资源消耗量。

本发明所述蒸发结晶塔，整体采用耐腐蚀性材料，将加热蒸发和结晶整合，结构紧凑，自塔顶到塔底，功能分区界限清晰；加热蒸发区，利用回转换热器水侧加热蒸发废水，第一真空泵抽吸蒸汽和不凝结气体；集液区具有集液汇聚作用，通过集液斗将废水送入雾化喷嘴组；真空结晶区，除集液斗出口和第二真空泵入口以外，内部密封条件完好，在第二真空泵的抽吸下，能有效降低溶质在废水中的溶解度，促进工质结晶。

进一步的，回转换热器气侧进口设置的高压喷头通过程控对换热板进行高压压缩空气冲洗，避免长时间运行带来的换热板结晶；回转换热器气侧出口设置筛网，用于捕集热空气从气侧带走的结晶，提高结晶的收集率。

附图说明

图1所示为一种焦化废水处理工艺流程图。

图2所示为蒸发结晶塔示意图。

图3所示为回转式换热器主体结构示意图。

图中：1-旋流器进水泵，2-旋流器，3-絮凝软化池，4-缓冲沉淀池，5-过滤器进水泵，6-多介质过滤器，7-超滤进水泵，8-超滤装置，9-纳滤装置，10-反渗透进水泵，11-反渗透装置，12-预热器，13-塔前增压泵，14-压缩机，15-淋洗喷嘴组，16-回转式换热器，17-集液斗，18-雾化喷嘴组，19-筛网，20-高压喷头，21-固定支架，22-第一真空泵，23-第二真空泵，24-冷凝器，25-离心机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明专利的内容做进一步详细说明。

实施例：

一种焦化废水处理系统及方法，通过该系统及方法将一种焦化废水中的有机物、无机物等污染物去除，加热蒸发、结晶分离出氯化钠和硫酸钠，并回收一部分水资源，实现焦化废水的资源利用。

参考图1和图2一种焦化废水处理系统，包括净化浓缩分离系统和高效蒸发结晶系统，所述净化浓缩分离系统包括旋流器2、絮凝软化池3、缓冲沉淀池4、多介质过滤器6、超滤装置8、纳滤9以及反渗透装置11；旋流器进水泵1连接旋流器2进口，在两者之间设有加药口，优选的添加次氯酸钠、过氧化氢、臭氧等氧化剂，对生化反应中较难处理的有机物进一步氧化分解。旋流器2底部出口连接絮凝软化池3，絮凝软化池3顶部设有加药口，底部设有污泥外排口，絮凝软化池3与缓冲沉淀池4相连，缓冲沉淀池4底部设有污泥外排口，缓冲沉淀池4出口通过过滤器进水泵5与多介质过滤器6入口相连，多介质过滤器6出口通过超滤进水泵7连接超滤装置8入口，纳滤装置9出口通过反渗透进水泵10连接反渗透装置11入口。

所述高效蒸发结晶系统包括预热器12、蒸发结晶塔、离心机25、第一真空泵22、第二真空泵23，压缩机14以及冷凝器24，反渗透浓水出口连接预热器12废水侧入口，通过塔前增压泵13，将预热器12废水侧出口与蒸发结晶塔入口连接，蒸发结晶塔底部出口连接离心机25入口，蒸发结晶塔侧面分别连接第一真空泵22，第二真空泵23，第一真空泵22和第二真空泵23出口连接冷凝器24入口。

所述蒸发结晶塔采用耐腐蚀材料制成；塔体外型为倒F型，包括淋洗喷嘴组15、回转式换热器16、集液斗17、高压喷头20、雾化喷嘴组18以及固定支架21；废水自蒸发结晶塔顶部入口进入，自上而下依次经过淋洗喷嘴组15、回转式换热器16水侧、集液斗17、雾化喷嘴组18；回转式换热器16气侧采用固定支架21支撑，其进口设有高压喷头20，高压喷头20连接压缩机14，回转式换热器16气侧出口设有筛网19；蒸发结晶塔底部为漏斗型，蒸发结晶塔底部通过管道连接离心机25进口，淋洗喷嘴组15上方空间连通第一真空泵22，集液斗17斜面与塔壁面之间空间连通第二真空泵23，回转式换热器16参考图3。

一种焦化废水处理方法包括以下步骤：

S1、在加药口添加氧化剂，通过旋流器进水泵将生化处理后的废水通入旋流器内，废水与氧化剂充分混合、反应，通过二次上旋涡流排出轻质杂质，整个氧化反应降低生化处理后废水中COD、BOD等难生化处理的其他有机物、氨氮等；

S2、被氧化后的废水进入絮凝软化池，通过絮凝软化加药口，向絮凝软化池中依次投入软化剂，优选的投加氢氧化钠、碳酸钠，加入除氟剂和絮凝剂，优选的PAC、PAM或碳基活性絮凝剂等，利用旋流器出口的余速，充分搅拌废水和药剂，除去废水中悬浮物、钙镁及重金属离子；将反应后的废水通入相邻的缓冲沉淀池，重力沉淀大颗粒物质，同时具备缓冲功能，避免废水流量的变化对后续膜的冲击，最后通过污泥外排口排出底泥，底泥压滤后外运，清液通过过滤器进水泵送入多介质过滤器；

S3、多介质过滤器进一步过滤废水中的悬浮物和胶体，同时具有脱色功能，优选的吸附材料有陶粒、核桃皮、石英砂、活性炭等；多介质过滤器出水依次进入超滤装置，纳滤和反渗透，通过设置不同泵的工作压力满足超滤装置、纳滤装置和反渗透装置的工作压力；在纳滤膜的分盐作用下，溶液中的氯离子通过纳滤，硫酸根离子被截留下来，分别将通过液和截留液通入独立的反渗透膜组中，产水通过管道回收利用，浓水进入到各自独立的高效蒸发结晶系统；

S4、预热器对反渗透出口浓水预热，在塔前增压泵的作用下，反渗透浓水进入到蒸发结晶塔，浓水通过喷淋喷嘴组，自上而下喷淋到回转换热器水侧，吸收积蓄在换热板上的热量，回转换热器气侧进口设置的高压喷头通过程控对换热板进行高压压缩空气冲洗，避免长时间运行带来的换热板结晶，影响废水于热空气之间的换热效率；回转换热器气侧出口设置筛网，用于捕集热空气掠过换热板带走的部分结晶，以及收集高压压缩空气冲洗后的结晶，提高结晶的收集率。真空泵在喷淋喷嘴组上方空间抽吸蒸发出的水汽和不凝结气体；回转换热器气侧，自下而上通入热空气，加热换热板；浓水由回转换热器出口，在集液斗的收集汇聚之后，进入雾化喷嘴组，雾化提高废水的接触面积，真空泵抽吸此空间内的蒸汽和不凝气体，营造真空，降低雾化废水中工质的溶解度，雾化和真空共同促进废水的结晶过程；含有结晶的浓水汇集在塔底部出口，通过管道联通离心机进行固液分离，分离后的浓水回到塔前增压泵进口，固体结晶作为工业产品回收利用；真空泵抽吸的水汽通过冷凝器回收冷凝水。

需要特别说明的是，本实施例的废水处理系统和方法同样适合于其它具备和焦化废水成分类似的工业废水处理的零排放工艺。

Claims (7)

1.一种焦化废水处理系统，其特征在于，包括沿着废水流向依次连通的絮凝软化池（3）、缓冲沉淀池（4）、多介质过滤器（6）、超滤装置（8）、纳滤装置（9）以及反渗透装置（11），反渗透装置（11）的浓水出口连通蒸发结晶塔；蒸发结晶塔沿废水流向布置淋洗喷嘴组（15）、回转式换热器（16）、集液斗（17）以及雾化喷嘴组（18），废水自蒸发结晶塔顶部入口进入，自上而下依次经过淋洗喷嘴组（15）、回转式换热器（16）水侧、集液斗（17）以及雾化喷嘴组（18）；回转式换热器（16）气侧进口设有高压喷头（20），高压喷头（20）连接压缩机（14）；蒸发结晶塔底部通过管道连接离心机（25）进口，淋洗喷嘴组（15）上方空间连接第一真空泵（22），集液斗（17）斜面与塔壁面之间空间连接第二真空泵（23）；第一真空泵（22）和第二真空泵（23）出口连接冷凝器（24）入口；离心机（25）的出口连通塔前增压泵（13）的入口；

其处理方法包括如下步骤：

S1、在加药口添加氧化剂，生化处理后的废水通入旋流器（2）内，废水与氧化剂充分混合、反应，通过二次上旋涡流排出轻质杂质，对生化处理后的焦化废水进行氧化去除COD、BOD、有机物以及氨氮；

S2、氧化后的废水进行絮凝软化，去除悬浮物、钙镁及重金属离子，再进行缓冲沉淀；

S3、采用多介质过滤器（6）过滤废水中的悬浮物和胶体，同时脱色；然后进行纳滤分盐，在纳滤膜的分盐作用下，溶液中的氯离子通过纳滤，硫酸根离子被截留下来，分别将通过液和截留液通入独立的反渗透膜组中，产水通过管道回收利用，浓水进行下一步蒸发结晶；

S4、浓水进入到蒸发结晶塔，浓水通过淋洗喷嘴组（15），自上而下喷淋到回转式换热器（16）的水侧，吸收积蓄在换热板上的热量，第一真空泵在淋洗喷嘴组上方空间抽吸蒸发出的水汽和不凝结气体；回转式换热器气侧，自下而上通入热空气，加热换热板；浓水由回转式换热器出口，在集液斗的收集汇聚之后，进入雾化喷嘴组，第二真空泵抽吸此空间内的蒸汽和不凝气体，营造真空，促进雾化浓水的结晶过程；含有结晶的浓水汇集在蒸发结晶塔底部出口，通过管道联通离心机进行固液分离，分离后的浓水回到塔前增压泵进口，固体结晶作为工业产品回收利用；第一真空泵和第二真空泵抽吸的水汽通过冷凝器回收冷凝水；

蒸发结晶塔的入口之前沿介质流向设置预热器（12）和塔前增压泵（13）；回转式换热器（16）气侧出口设有筛网（19）。

2.如权利要求1所述的焦化废水处理系统，其特征在于，絮凝软化池（3）的入口连接有旋流器（2），旋流器（2）的入口设有加药口，旋流器（2）底部出口连接絮凝软化池（3），絮凝软化池（3）顶部设有加药口，絮凝软化池（3）和缓冲沉淀池（4）的底部均设有污泥外排口。

3.如权利要求1所述的焦化废水处理系统，其特征在于，旋流器（2）的入口处设置旋流器进水泵（1），多介质过滤器（6）的入口设置过滤器进水泵（5），超滤装置（8）的入口设置超滤进水泵（7），反渗透装置（11）的入口设置反渗透进水泵（10）。

4.一种焦化废水处理方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述一种焦化废水处理系统，包括以下步骤：

S1、在加药口添加氧化剂，生化处理后的废水通入旋流器（2）内，废水与氧化剂充分混合、反应，通过二次上旋涡流排出轻质杂质，对生化处理后的焦化废水进行氧化去除COD、BOD、有机物以及氨氮；

S2、氧化后的废水进行絮凝软化，去除悬浮物、钙镁及重金属离子，再进行缓冲沉淀；

S3、采用多介质过滤器（6）过滤废水中的悬浮物和胶体，同时脱色；然后进行纳滤分盐，在纳滤膜的分盐作用下，溶液中的氯离子通过纳滤，硫酸根离子被截留下来，分别将通过液和截留液通入独立的反渗透膜组中，产水通过管道回收利用，浓水进行下一步蒸发结晶；

S4、浓水进入到蒸发结晶塔，浓水通过淋洗喷嘴组（15），自上而下喷淋到回转式换热器（16）的水侧，吸收积蓄在换热板上的热量，第一真空泵在淋洗喷嘴组上方空间抽吸蒸发出的水汽和不凝结气体；回转式换热器气侧，自下而上通入热空气，加热换热板；浓水由回转式换热器出口，在集液斗的收集汇聚之后，进入雾化喷嘴组，第二真空泵抽吸此空间内的蒸汽和不凝气体，营造真空，促进雾化浓水的结晶过程；含有结晶的浓水汇集在蒸发结晶塔底部出口，通过管道联通离心机进行固液分离，分离后的浓水回到塔前增压泵进口，固体结晶作为工业产品回收利用；第一真空泵和第二真空泵抽吸的水汽通过冷凝器回收冷凝水。

5.如权利要求4所述的焦化废水处理方法，其特征在于，所述旋流器（2）入口添加次氯酸钠、过氧化氢、臭氧中的一种或多种作为氧化剂，对生化反应中较难处理的有机物进一步氧化分解。

6.如权利要求4所述的焦化废水处理方法，其特征在于，S2中，利用旋流器出水余速搅拌絮凝软化池内药品与废水，被氧化后的废水进入絮凝软化池，通过絮凝软化池加药口，向絮凝软化池中依次投入软化剂、除氟剂和絮凝剂，除去废水中悬浮物、钙镁及重金属离子；将反应后的废水通入相邻的缓冲沉淀池，重力沉淀大颗粒物质，通过污泥外排口排出底泥，底泥压滤后外运，清液通过过滤器进水泵送入多介质过滤器；软化剂采用氢氧化钠、碳酸钠，絮凝剂采用无机聚合物絮凝剂配合有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺使用。

7.如权利要求4所述的焦化废水处理方法，其特征在于，S4中，预热器对反渗透出口浓水预热，在塔前增压泵的作用下进入蒸发结晶塔，预热器的加热水侧、回转式换热器加热空气侧的热源来自工业废热或工业锅炉尾部烟气。

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