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碎煤氣化廢水深度處理工藝

  煤制天然氣是新型煤化工發(fā)展的戰(zhàn)略重點之一,氣化是其龍頭技術。煤制天然氣的氣化技術目前主要采用碎煤氣化工藝,其產(chǎn)生的廢水中含有大量懸浮物、油、氨、氰化物和酚類(苯酚、甲基苯酚、二元酚、多元酚等)等物質,屬高濃度有毒難降解廢水。生化處理及水回收利用,特別是在無外排接納水體情況下高濃鹽水的處理與利用是現(xiàn)階段煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重大環(huán)保課題。目前生化處理大多采用A/O工藝,出水CODcr一般可達350mg/L,經(jīng)過酚、氨回收,預處理及生化處理后的碎煤氣化廢水,其中大部分污染物得到去除,但某些主要污染指標仍不能達到排放標準。為了滿足下游回用處理要求,需設置深度處理系統(tǒng)。

  1、中試試驗

  某大型企業(yè)在內蒙某煤制天然氣廠建設了一套碎煤氣化廢水全流程處理裝置,包括生化、中水回用、膜濃縮、蒸發(fā)結晶四個單元,最終產(chǎn)出合格的氯化鈉和硫酸鈉產(chǎn)品。生化單元工藝流程為“調節(jié)池+水解酸化+兩級A/O+臭氧氧化+曝氣生物濾池/PMBR”;中水回用單元工藝流程為“混凝沉淀+多介質過濾+超濾+反滲透”;膜濃縮單元工藝流程為“軟化澄清池+多介質過濾+離子交換樹脂+超濾+海水反滲透+電解氧化+納濾+納濾產(chǎn)水反滲透”;蒸發(fā)結晶單元工藝流程為“氯化鈉MVR蒸發(fā)結晶+硫酸鈉MVR蒸發(fā)-冷凍結晶”。工藝流程如圖1所示。

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  中試裝置從2018年2月開始調試運行,4月打通全流程,5月產(chǎn)出了合格的氯化鈉、硫酸鈉單質結晶鹽,8月完成了性能考核。

  2、深度處理工藝

  在調試運行過程中,試驗了兩種生化深度處理工藝,在2018年4月至6月采用“二沉池出水+溶氣氣浮+臭氧催化氧化+BAF工藝”(以下簡稱BAF工藝),工藝流程如圖2所示。2018年7月采用“二沉池出水+混凝沉淀+臭氧催化氧化+PMBR工藝”(以下簡稱PMBR工藝),工藝流程如圖2所示。同時對中水回用單元流程也進行了相應調整,BAF工藝對應的中水回用流程為BAF出水+高密+超濾+反滲透;PMBR工藝對應的中水回用流程為PMBR出水+超濾+反滲透。

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  3、分析與討論

  3.1 出水水質

  兩種深度處理工藝各運行了一段時間,對主要水質指標CODCr、NH4-N、總氮、總酚進行了檢測分析,將BAF工藝和PMBR工藝二沉池出水水質和最終出水水質進行比較,結果如圖3所示。

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  圖3表明,PMBR工藝在二沉池出水CODCr波動較大情況下,最終出水水質優(yōu)于BAF工藝。二者對CODCr的去除較穩(wěn)定。圖4表明,兩種深度處理工藝對NH4-N的去除效果顯著,最終出水NH4-N都達到設計要求(<5mg/L),PMBR出水NH4-N幾乎檢測不到,去除效果更優(yōu)。圖5表明,兩種深度處理工藝對TN的去除不是很理想,這是由于在深度處理段沒有去除硝態(tài)氮的手段,NH4-N轉化為NO3-,NO3-增加造成。圖6表明,兩種深度處理工藝對總酚都有一定的去除效果,且PMBR工藝總酚去除效果較好,分析原因是活性炭吸附加強了去除效果。

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  對運行階段水質數(shù)據(jù)取平均值,分析各裝置污染物的去除率,采用BAF工藝二沉池出水及深度處理出水指標如表1所示。

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  溶氣氣浮添加絮凝藥劑,較多的浮泥和膠體物質被去除,其對CODCr的去除有一定貢獻。臭氧接觸塔水中臭氧含量達到50~80mg/l,色度去除效果明顯,對總酚的去除效果顯著,提高了廢水可生化性。曝氣生物濾池(BAF)對氨氮、總氮和總酚的去除效果相對明顯,但去除CODcr的效果有限。這是因為魯奇酚氨污水中含有比酚更難降解的有機物,可考慮采用物理方法進一步去除,如膜過濾法等。

  采用PMBR工藝二沉池出水及深度處理出水指標如表2所示。

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  高密池的主要作用是去除硬度、硅等,池內投加混凝劑和絮凝劑,對浮泥和膠體物質也有一定的去除效果,臭氧接觸氧化塔和PMBR反應器實現(xiàn)深度去除污水殘留的難降解有機物。臭氧接觸氧化塔有效降低污水色度。PMBR反應器進一步吸附、過濾、截留、去除污水殘留污染物,CODCr和總酚去除率分別達到66.6%和87.2%,出水指標平均值CODCr67.4mg/L,SS5.5mg/L,NH4-N<0.025mg/L,總氮14.2mg/L。

  通過比較發(fā)現(xiàn),PMBR工藝對CODCr、NH4-N、總酚的去除率要優(yōu)于BAF工藝,特別是CODCr的去除,PMBR反應器由于添加了活性炭粉,有效吸附了難降解的CODCr。對總氮的去除效果雖不顯著,但也可達到設計出水要求(<15mg/L)。而BAF工藝中CODCr、總酚的出水指標較高,其對魯奇廢水中難降解的有機物去除有一定的局限性。

  3.2 操作運行

  試驗運行期間發(fā)現(xiàn),溶氣氣浮裝置勞動強度較大且控制不易,需經(jīng)常進行操作調整(以控制好氣水比),出水指標波動較大,如控制不好,出水含懸浮物較多,堵塞后續(xù)臭氧塔,需對臭氧塔頻繁反洗,影響裝置出水能力和穩(wěn)定性運行;高密裝置操作控制相對較易,僅對加藥控制好就可保證出水指標相對平穩(wěn);PMBR處理能力強,在進水指標波動范圍大的情況下,出水指標波動相對較小,其耐沖擊負荷能力較高,但需投加活性炭粉,其藥劑消耗約為1.59元/噸水,其運行成本高于BAF工藝。且PMBR膜污堵風險較高,需經(jīng)程序設定定時進行反洗,也提高了運行成本。考慮后續(xù)中水回用單元,由于PMBR出水水質較好,可直接進超濾裝置,對比BAF出水還需進高密除硬、除硅,其在中水回用單元的運行成本要低。綜合比較,兩種深度處理工藝在運行費用方面差距不大。

  4、結語

  BAF和PMBR兩種深度處理工藝對生化二沉池出水的CODCr、NH4-N、TN、總酚均有一定的去除效果,PMBR工藝對難降解有機污染物的去除效果較顯著,其對CODCr和總酚去除率分別達到66.6%和87.2%,遠高于BAF工藝對CODCr(9.5%)和總酚(32.7%)的去除率,但通過操作運行發(fā)現(xiàn)其在活性炭粉投加效率和循環(huán)利用方面還有提升空間,需考慮降低運行成本。BAF工藝是傳統(tǒng)的污水深度處理工藝,關鍵在前端廢水可生化性的提高,臭氧催化氧化可有效提高廢水B/C,利于后續(xù)工藝的可靠運行。( >

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