公布日：2023.04.18
申请日：2022.12.15
分类号：C02F9/00(2023.01)I;B01D53/18(2006.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F5/00(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/20(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F101
/16(2006.01)N;C02F5/08(2023.01)N
摘要
本发明涉及一种煤气化废水的处理方法，调节煤气化废水的pH值为10.0～12.0，向煤气化废水中投加药剂，使煤气化废水中的钙、镁、硅离子转变为沉淀；上清液进入到软化脱氨塔，在脱除氨气的同时，通过塔底的超滤膜装置将软化生成的污泥颗粒过滤去除，得到软化脱氨后的废水及纯净的氨水或者硫酸铵溶液。软化脱氨后的废水部分回用至灰水系统进行气化炉的锁斗冲洗或渣池冲洗，或软化脱氨后的废水进入后续生化系统进行深度处理。软化脱氨后的废水回用时可以避免设备的污堵。煤气化废水经本发明方法处理后，再对其进行生化处理时，可以大大减少后续生化系统脱氮所需额外投加的碳源。
权利要求书
1.一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)控制或调节煤气化废水的pH值为10.0～12.0，在加药反应箱(2)中向煤气化废水中投加软化药剂及絮凝剂，使用搅拌器(1)混合均匀，使煤气化废水中的钙、镁、硅离子转变为固体或胶体颗粒；(2)经过步骤(1)处理后的上清液经过混合液进料泵(3)进入到软化脱氨塔，在对上清液脱除氨气的同时，通过塔底的超滤膜装置将软化生成的污泥颗粒过滤去除，得到软化脱氨后的废水；使用氨气吸收罐将氨气进行净化吸收，得到纯净的氨水溶液或硫酸铵溶液；(3)软化脱氨后的废水部分回用至灰水系统进行气化炉的锁斗冲洗或渣池冲洗，或软化脱氨后的废水根据设计要求，输送至污水处理系统进行进一步生化处理。
2.根据权利要求1所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，步骤(1)中，在pH值为10.0～12.0的碱性条件下，向煤气化废水中投加软化药剂及絮凝剂，去除废水中的钙、镁离子及包括二氧化硅在内的结垢污染物质，软化后生成的污泥，部分沉降在加药反应箱(2)底部，排至污泥处理系统；而加药反应箱(2)上清液则进入软化脱氨塔进一步进行固液分离和氨氮脱除；所述软化药剂包括碳酸钠、氢氧化钠，所述絮凝剂包括铝盐、铁盐，煤气化废水中软化药剂的投加量根据废水的硬度及系统的结垢倾向进行调节，为100-500ppm。
3.根据权利要求1所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述软化脱氨塔由塔体(4)、塔板(5)、膜组件(6)、曝气装置(10)、氨气吸收罐(9)、产水系统(7)组成；所述软化脱氨塔的塔体(4)底部放置膜组件(6)，同时膜组件(6)底部布置曝气装置(10)，塔体(4)的上部交错安装塔板(5)，塔板(5)设置挡水并均布布水孔，增加气相与液相的接触面积，同时能够提高两相之间的传质效率；所述的塔体(4)上部采用轻质材料，下部采用不锈钢材质，下部安装膜组件(6)；塔体(4)上、下部分采用法兰密封连接；所述塔板(5)采用有机复合材料；所述膜组件(6)采用超滤膜；所述产水系统(7)从膜组件(6)引出；所述曝气装置(10)用于对软化脱氨塔的塔体(4)内废水进行曝气处理，所述氨气吸收罐(9)与塔体(4)顶部引出的管道相连，氨气在氨气吸收罐(9)内被充分吸收。
4.根据权利要求3所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述软化脱氨塔还包括膜组件(6)的反洗系统与清洗系统，用于对底部的膜组件(6)进行反洗或清洗。
5.根据权利要求3所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，在氨气吸收罐(9)底部设置吸收分布器，并控制正常运行液位为2-3m，便于提高氨气的吸收效率；氨气吸收罐(9)内的吸收剂为纯水或者稀硫酸，控制吸收终点的pH，以便及时补充吸收剂。
6.根据权利要求5所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，所述氨气吸收罐(9)辅助设置循环泵(8)，保证氨气吸收罐(9)内的溶液混合均匀，并达到一定的回用浓度；当所述的氨气吸收罐(9)以稀硫酸为吸收剂时，吸收终点pH为3.5-5.5，优选pH为4-5；当所述的氨气吸收罐(9)以水为吸收剂时，得到的氨水的浓度为1-20％。
7.根据权利要求1所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，通过软化脱氨工艺去除废水中的沉淀悬浮物，同步对氨氮进行净化吸收，得到软化脱氨氮后的废水及纯净的氨水溶液或者硫酸铵溶液。
8.根据权利要求1所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，当上清液的水温在60-70℃、pH在10-12范围内时，软化脱氨塔的气水比选择为50-2:1，优选20-5:1。
9.根据权利要求1所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，软化脱氨塔中超滤膜的反洗频率为每2h反洗1min，在线清洗周期为30天，离线清洗周期为6个月。
10.根据权利要求1所述的一种煤气化废水的处理方法，其特征在于，软化脱氨塔的出水总硬度≤1mmol/L，硅的去除率≥80％，氨氮去除率≥80％。
发明内容
气化灰水系统运行都面临高硬度、高悬浮物造成的换热器、洗涤塔、管道等的堵塞现象；同时，气化灰水内循环时在沉降槽进水投加絮凝剂沉淀悬浮物，而沉降槽出水又不得不投加分散剂防止设备及管路的堵塞，两种药剂作用完全相反，很难找到合适的调节点，导致气化灰水系统运行不稳定；气化废水排至污水处理厂又给污水系统带来结垢、高氨氮等一系列问题。
本发明提供一种煤气化废水的处理方法，煤气化废水经本发明方法处理后，可以回用到灰水系统进行气化炉的锁斗冲洗或渣池冲洗，避免设备的污堵，同时，煤气化废水经本发明方法处理后，再对其进行生化处理时，可以大大减少后续生化系统脱氮所需额外投加的碳源。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种煤气化废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)控制或调节煤气化废水的pH值为10.0～12.0，在加药反应箱(2)中向煤气化废水中投加软化药剂及絮凝剂，使用搅拌器(1)混合均匀，使煤气化废水中的钙、镁、硅离子转变为固体或胶体颗粒；
(2)经过步骤(1)处理后的上清液经过混合液进料泵(3)进入到软化脱氨塔，在脱除氨气的同时，通过塔底的超滤膜装置将软化生成的污泥颗粒过滤去除，得到软化脱氨的废水，使用氨气吸收罐将氨气进行净化吸收，得到纯净的氨水溶液或硫酸铵溶液；
(3)软化脱氨后的废水部分回用至灰水系统进行气化炉的锁斗冲洗或渣池冲洗，或软化脱氨后的废水根据设计要求，输送至污水处理系统进行进一步生化处理。在本发明的一个实施方式中，所述煤气化废水具有高硬度、高氨氮、高SiO2、高盐的特点。相比较高盐废水，煤气化废水含有的杂质成分较多且复杂，直接投加药剂对于硬度的去除效果较差。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中控制或调节煤气化废水的pH值为10.0～12.0的方法为向煤气化废水添加常规pH调节剂，调节煤气化废水的pH值为10.0～12.0的目的在于提高软化脱氨工艺环节的软化和氨氮脱除效果。pH在10-12范围内，氨氮往往以游离氨的形式存在，且与pH正向相关，pH值较低，软化和氨氮去除效果不好，达不到处理效果；pH值过高会导致加药量大，提高成本，所以本申请基于煤气化废水的特殊组成，将控制或调节煤气化废水的pH值为10.0～12.0，优选为10.0～11.0。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，根据煤气化废水的成分，添加合适的软化药剂用量，以使煤气化废水中的钙、镁、硅离子转变为沉淀。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，向煤气化废水中投加软化药剂及絮凝剂剂，使煤气化废水中的钙离子转变为碳酸钙，使煤气化废水中的镁离子转变为氢氧化镁，煤气化废水中的硅离子转变为硅酸盐沉淀。
所述软化药剂包括碳酸钠、氢氧化钠，所述絮凝剂包括铝盐、铁盐等药剂，
所述的絮凝剂的主要作用为通过络合机理取代钙镁离子与分散剂结合，从而保证煤气化废水中投加碳酸钠药剂能够很好的按照理论近似数据进行化学反应，进而生成有效的固体或胶体颗粒物，通过膜过滤的方式去除钙镁硬度；
软化药剂投加量100-500ppm，煤气化废水中软化药剂的投加量根据废水的硬度及系统的结垢倾向进行调节。
絮凝剂的投加量1-100ppm，优选20-50ppm。
步骤(1)的加药反应箱，圆形锥底结构，配置搅拌装置，保证液体和所加的药剂完全混合，均匀反应，反应完全后底部的沉淀通过重力排出，送至污泥处理系统进行处理，上清液送至软化脱氨塔。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述软化脱氨塔由塔体、塔板、膜组件、曝气装置、氨气吸收罐、产水系统组成，
所述软化脱氨塔的塔体底部放置膜组件，同时膜组件底部布置曝气装置，塔体的上部交错安装塔板，塔板设置挡水并均布布水孔，增加气相与液相的接触面积，同时能够提高两相之间的传质效率；此外，废液进塔温度为60-70℃，能够较好的维持氨气的逃逸速度，提高氨氮的脱除率。
所述的塔体上部采用轻质材料，可以选用玻璃钢或者其他耐腐蚀材质；下部采用不锈钢材质，下部安装膜组件；塔体上、下部分采用法兰密封连接，塔体分为上下两部分，对于拆装膜组件更加方便。
所述塔板采用CPVC或ABS、PP等耐腐蚀，或者强度较高的有机复合材料。同时，塔板底部辅助以不锈钢的加强筋及骨架。
所述塔板设置挡水并均布布水孔，增加气相与液相的接触面积，同时能够提高两相之间的传质效率。
所述产水系统从膜组件引出。
所述曝气装置用于对软化脱氨塔的塔体内废水进行曝气处理，曝气使得塔体内的液体混合均匀，并冲刷膜的表面，减缓膜的污染。废液进塔温度为60-70℃，pH在10-12之间，氨氮往往以游离氨的形式存在，曝气装置同时提高了氨氮的脱除率。在碱性条件下，60-70℃时，由于设置有曝气装置，很容易将氨气从液相中带出，经过多级塔板的分布，增大气液接触界面，进一步提高脱氨的效率。
所述氨气吸收罐与塔体顶部引出的玻璃钢管道相连，氨气在氨气吸收罐内被充分吸收。氨气吸收罐中利用稀硫酸或者水吸收塔顶收集的氨气，并配合设置循环泵在吸收罐内保持一定的循环比例，以便更好的均匀吸收液，提高吸收效率。
当所述的氨气吸收罐以稀硫酸为吸收剂时，吸收终点pH一般为3.5-5.5，优选pH为4-5。
当所述的氨气吸收罐以水为吸收剂时，得到的氨水的浓度一般为1-20％，氨水浓度范围可以根据回用需求确定。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述软化脱氨塔还包括反洗系统与清洗系统，所述反洗系统与清洗系统与软化脱氨塔的膜组件相连，用于对膜进行反洗或清洗。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述软化脱氨塔的产水系统包括从膜组件引出的产水管线，以及产水管线上设置的产水泵。
在本发明的其中一个优选实施方式中，在所述产水管线上设置反洗系统与清洗系统，所述反洗系统包括反洗水箱以及反洗水箱与产水管线之间的反洗管线。所述反洗水箱中的反洗水经过反洗泵进入到膜分离装置对膜进行清洗，以保证膜的分离效率。根据需要，反洗水箱中的水可以是产水或者定期配制一定酸、碱和次氯酸钠溶液等进行反洗。
在本发明的一个实施方式中，所述膜组件的材质为高分子材料，具有很好的耐酸性和耐碱性，可以耐受pH为1-14的范围长期运行，对氯离子浓度无要求，不存在氯离子腐蚀问题。
在本发明的其中一个优选实施方式中，所述膜组件孔径为0.05-0.1μm，根据需求选择不同的孔径范围，可以满足多种不同颗粒物粒径的使用要求。利用筛分过滤的原理，直接将反应生成的固体或胶体颗粒物截留在膜丝外侧，不需要考虑传统软化工艺(反应-沉淀-过滤-超滤)中沉淀分离的沉降时间及水质波动对沉淀颗粒的影响。
在本发明的其中一个优选实施方式中，在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，在氨气吸收罐底部设置吸收分布器，并控制正常运行液位2-3m左右，便于提高氨气的吸收效率；吸收剂为纯水或者稀硫酸，控制吸收终点的pH，以便及时补充吸收剂。氨气吸收罐辅助设置循环泵，保证氨气吸收罐内的溶液混合均匀，并达到一定的回用浓度，被水或者稀硫酸吸收转化为最高20％浓度的氨水或者硫酸铵溶液。
通过软化脱氨工艺去除废水中的沉淀悬浮物，同步进行软化脱氨，得到软化脱氨后的废水及纯净的氨水或者硫酸铵溶液。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，软化脱氨塔的气水比与废水中的氨氮含量，及水温、pH直接相关；水温在60-70℃、pH在10-12范围内时，一般软化脱氨塔的气水比50-2:1，优选20-5:1。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，优选地，软化脱氨塔反洗频率为每2h反洗1min，在线清洗周期为7天，离线清洗周期为6个月。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，软化脱氨后的废水大部分回用至灰水系统进行气化炉的锁斗冲洗或渣池冲洗，可以回收氨水或者硫酸铵溶液。
步骤(3)中，软化脱氨后的废水根据设计要求，输送至污水处理系统进行进一步生化处理时，与原气化废水相比，产水中氨氮大大降低，可大大降低的生化系统的处理成本(电耗节省40-50％，延长生化曝气器的使用寿命，防止钙镁颗粒污堵曝气孔)。
基于本发明方法得到的氨水或者硫酸铵溶液纯度较高，可用于再生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面：
1)将软化和脱氨氮集中到了一个设备当中，同步实现软化和脱氨氮的效果；
2)向煤气化废水中只投加软化药剂达不到去除硬度的效果，本技术同时投加絮凝剂才可以处理传统软化法难以处理的络合状态钙镁离子；
3)软化脱氨塔出水总硬度≤1mmol/L，硅的去除率≥80％，氨氮去除率≥80％，水处理效果稳定，软化脱氨塔出水返回气化炉的锁斗冲洗或渣池冲洗，保证系统稳定运行；
4)软化脱氨塔出水总硬度降低后，出水进入后续生化系统，避免了生化系统曝气设备的污堵，保证了生化系统的稳定性；
5)软化脱氨出水氨氮浓度降低，大大减少后续生化系统脱氮所需额外投加的碳源，节省了生化系统的运行成本；
6)软化脱氨出水氨氮浓度降低，降低了生化系统的池容，进一步节约了成本；
7)软化脱氨塔底部设置曝气装置，减缓了底部膜组件的污染。同时，在碱性条件下，60-70℃时，曝气很容易将氨气从液相中带出，提高了脱氨效率；软化脱氨塔设置多级塔板的分布，增大气液接触界面，进一步提高了脱氨的效率；
8)软化脱氨塔顶设置集气管路连接氨气吸收罐，罐底部设置吸收分布器，氨气吸收罐中利用稀硫酸或者水吸收塔顶收集的氨气，并配合设置循环泵在吸收罐内保持一定的循环比例，以便更好的均匀吸收液，提高吸收效率。
（发明人：张承慈;程新燕;王淑影）
