申请日2013.07.01
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供一种煤气化废水零排放的处理方法、处理系统及其应用，本发明通过生化处理单元、除盐单元和浓盐水处理单元分别将煤气化废水进行生化处理、除盐和浓盐水处理，各步骤中产生的净水可以回用，产生的高盐浓水进入下一步处理，最后通过蒸发单元进行蒸发，经蒸发后产生的净水可以用作锅炉补给水，产生的浓水可以用于冲灰冲渣。本发明的处理系统实现废水零排放处理，从而达到节约水资源的目的。
权利要求书
1.一种煤气化废水零排放的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)将煤气化废水进行生化处理，得到生化处理后的废水;
(2)将步骤(1)中得到的废水进行除盐，得到除盐后的浓盐水 和净水;
(3)将步骤(2)中得到的浓盐水进行浓盐水处理，得到浓盐水 处理后的高盐浓水和净水，所述浓盐水处理是在浓盐水处理单元中进 行的，所述浓盐水处理单元包括依次连通的石灰澄清池、多介质过滤 器、第一超滤系统、纳滤系统和第一反渗透系统;
(4)将步骤(3)中得到的高盐浓水进行蒸发，得到蒸发处理后 的浓水和净水;
其中，
步骤(1)中所述的生化处理是在生化处理单元中进行的，所述 生化处理单元包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所 述厌氧池中的水力停留时间为18～24小时，所述缺氧池中的水力停 留时间为12～24小时，所述好氧池中的水力停留时间为40～72小时， 所述沉淀池中的水力停留时间为4～8小时;所述好氧池中的污泥浓 度为3～4g/L，所述好氧池中的溶氧浓度为2～3mg/L，所述好氧池中 的硝化液回流比为50～100%，所述好氧池中的污泥回流比为100～ 200%;
步骤(2)中所述的除盐是在除盐单元中进行的，所述除盐单元 包括依次连通的投加有混凝剂的混凝沉淀池、投加有臭氧的臭氧氧化 反应器、曝气生物滤池、第二超滤系统和第二反渗透系统，所述混凝 剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁和硫酸铝中的一种或几种，所述混凝剂 的投加量为350～400mg/L，所述臭氧的投加量为80～120mg/L，所 述曝气生物滤池中的滤料为陶粒滤料;所述第二超滤系统为浸没式超 滤系统，所述第二超滤系统包括自清洗过滤器，所述第二超滤系统的 过滤通量为10～50L/m2·h;所述第二反渗透系统中的反渗透膜为 抗污型反渗透膜，所述第二反渗透系统的回收率为65～75%;
在步骤(3)中，所述石灰澄清池中投加有投加量为100～300mg/L 的聚合硫酸铁和投加量为150～250mg/L的生石灰，所述多介质过滤 器的滤速为8～15m/h;所述第一超滤系统的过滤通量为15～45L/ m2·h，所述第一反渗透系统的回收率为70～80%，所述第一反渗透 系统的进水的pH值为9～10，所述纳滤系统的回收率为70～80%;
步骤(4)中所述的蒸发是在蒸发单元中进行的，所述蒸发单元 包括蒸发器，所述蒸发的回收率大于90%;
所述方法在步骤(1)之前还可以包括步骤(1’)：对煤气化废水 进行预处理，所述预处理是在预处理单元中进行的，所述预处理单元 包括调节池，所述调节池中设置有搅拌装置，所述调节池中的水力停 留时间为12～24h。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述第二超 滤系统的过滤通量为20～40L/m2·h。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述混凝沉 淀池中的水力停留时间为3.5～6小时，所述臭氧氧化反应器中的水 力停留时间为1～2小时，所述曝气生物滤池中的空床停留时间为6～ 8小时。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的处理方法，其特征在于， 所述第一超滤系统的过滤通量为25～30L/m2·h。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的处理方法，其特征在于， 所述浓盐水处理单元还包括锰砂过滤器，所述锰砂过滤器连通于所述 多介质过滤器和第一超滤系统之间，所述锰砂过滤器的滤速为8～ 10m/h。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的处理方法在处理煤 气化废水中的应用。
说明书
一种煤气化废水零排放的处理方法及其应用
技术领域
本发明属于污水处理技术领域。具体地，本发明涉及一种煤气化废水处理技术，特别涉及一种煤气化废水零排放的处理方法、处理系统及其应用。
背景技术
煤气化技术过程中产生的废水中含有大量的氨氮、酚类物质、单环芳烃和多环芳烃以及含氮、硫、氧的杂环化合物，还有部分油类及氰化物，CODcr(即采用重铬酸钾(K2Cr2O7)作为氧化剂测定出的化学耗氧量)浓度很高。煤气化废水具有废水排放量大、难降解有机污染物浓度高、处理难度大等特点，是公认的难处理工业废水之一。
对于目前煤气化废水的处理，通常分为一级处理、二级处理和深度处理。一级处理即预处理，重视有价物质的回收，包括吸附、沉淀、萃取、汽提等单元;二级处理主要是生化处理，生化处理工艺是整个煤气化废水处理的核心，生化处理工艺主要有活性污泥法、缺氧/好氧法(即Anacrobic/Oxic，简称AO法)、序批式活性污泥法(即Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，简称SBR法)及其组合工艺等;深度处理的普遍方法是芬顿试剂法、臭氧氧化法、絮凝沉淀法、膜处理工艺等。但是采用上述生化处理工艺进行生化处理，由于水中含有大量的苯环及杂环类等难降解物质，会导致生化出水CODCr浓度很高。并且生化处理之后，采用活性炭过滤法、臭氧氧化法、絮凝沉淀法等上述工艺进行深度处理，由于水中的悬浮物、胶体及有机物浓度仍然很高，从而使得运行成本高，并且出水水质仍然很高。因此，针对该类废水的处理主要以达标排放为主，不能实现废水的循环回用。
目前，能够实现回用的煤气化废水处理技术已有报道。例如，中国专利CN101857331B公开了一种煤化工废水零排放处理方法及系统，其主要利用了活性焦过滤床，通过活性焦吸附，吸附降解大部分有机物，降低了后续进入膜处理工艺膜污染风险。但是活性焦的吸附能力有限，不仅造成了反洗频率高，而且还产生大量的废焦成为新的二次污染物。该发明也没有考虑煤气 废水具有水量大的特点，采用膜分离后产生的废水水量仍然很大，只能有部分废水去脱硫系统，还有很大一部分没有处理，同时也造成了生产工艺的运行成本高，并且运行不稳定的缺陷。中国专利CN101560045A公开了一种煤化工废水处理工艺，该工艺的主要是在生化处理前采用芬顿试剂和臭氧催化剂，利用芬顿试剂和臭氧催化剂的氧化还原作用，将废水中的酚类、多环芳烃物质氧化降解去除，但是由于经过气浮预处理后的出水具有高有机物、高色度、高悬浮物特点，并且水中的有机物既含有酚类、多环芳烃等大分子难降解有机物，还含有大量的小分子易降解有机物。因此，受高色度、高悬浮物、小分子有机物干扰，采用在预处理前使用芬顿试剂和臭氧催化剂，并不能起到很好的去除难降解有机物效果，并且添加大量的芬顿试剂会增加大量的盐类物质，尤其是水中的硫酸根含量增加，会直接影响后续膜处理工艺运行。并且，由于臭氧具有杀菌作用，臭氧处理后的出水由于含有残余的臭氧会直接杀死后续的活性污泥曝气池中的微生物，从而也限制了生物处理能力。同时，该发明同样存在没有考虑煤气化废水产水量大的缺点，致使将反渗透废水直接采用蒸发结晶处理会导致投资成本大，运行成本也高，限制了工艺的广泛推广。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的一个目的是提供一种煤气化废水零排放处理方法，本发明的另一个目的是提供一种煤气化废水零排放处理系统，本发明的再一个目的是提供一种上述处理方法和处理系统的用途。本发明的处理方法和处理系统充分考虑了煤气化废水排放量大的问题，采用了水量逐级递减的思路，达到节约水资源的目的。
除非另有说明，在本发明中术语“除盐”是指将煤气化废水中的溶解固形物去除的处理。
除非另有说明，在本发明中术语“浓盐水”是指通过除盐处理将煤气化废水中溶解的固形物浓缩后产生的废水。
除非另有说明，在本发明中术语“高盐浓水”是指通过浓盐水处理将浓盐水中的溶解固形物进一步浓缩后产生的废水。
除非另有说明，在本发明中术语“反洗水”是指第二超滤系统、曝气生物滤池、多介质过滤器、锰砂过滤器和第一超滤系统运行过程中定期反洗时产生的废水。
一方面，本发明提供了一种煤气化废水零排放的处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)将煤气化废水进行生化处理，得到生化处理后的废水;
(2)将步骤(1)中得到的废水进行除盐，得到除盐处理后的浓盐水和净水;
(3)将步骤(2)中得到的浓盐水进行浓盐水处理，得到浓盐水处理后的高盐浓水和净水;优选地，所述浓盐水处理是在浓盐水处理单元中进行的，更优选地，所述浓盐水处理单元包括依次连通的石灰澄清池、多介质过滤器、第一超滤系统、纳滤系统和第一反渗透系统;
(4)将步骤(3)中得到的高盐浓水进行蒸发，得到蒸发处理后的浓水和净水。
根据本发明所述的方法，步骤(1)中所述的生化处理优选是在生化处理单元中进行的，更优选地，所述生化处理单元包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池;进一步优选地，所述厌氧池中的水力停留时间为18～24小时，更优选地，所述缺氧池中的水力停留时间为12～24小时，再优选地，所述好氧池中的水力停留时间为40～72小时，最优选地，所述沉淀池中的水力停留时间为4～8小时;进一步优选地，所述好氧池中的污泥浓度为3～4g/L，更优选地，所述好氧池中的溶氧浓度为2～3mg/L，再优选地，所述好氧池中的硝化液回流比为50～100%，最优选地，所述沉淀池中的污泥回流比为100～200%。
根据本发明所述的方法，步骤(2)中所述的除盐优选是在除盐单元中进行的，更优选地，所述除盐单元包括依次连通的投加有混凝剂的混凝沉淀池、投加有臭氧的臭氧氧化反应器、曝气生物滤池、第二超滤系统和第二反渗透系统，再优选地，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁和硫酸铝中的一种或几种，最优选地，所述混凝剂为聚合氯化铝;进一步优选地，所述混凝剂的投加量为350～400mg/L，更优选地，所述臭氧的投加量为80～120mg/L，最优选地，所述曝气生物滤池中的滤料为陶粒滤料;更进一步优选地，所述第二超滤系统为浸没式超滤系统，更优选地，所述第二超滤系统包括自清洗过滤器，再优选地，所述第二超滤系统的过滤通量为10～50L/m2·h，最优选地，所述第二超滤系统的过滤通量为20～40L/m2·h;又进一步优选地，所述第二反渗透系统中的反渗透膜为抗污染型反渗透膜，更优选地，所述第二反渗透系统的回收率为65～75%;再进一步优选地，所述混 凝沉淀池中的水力停留时间为3.5～6小时，更优选地，所述臭氧氧化反应器中的水力停留时间为1～2小时，最优选地，所述曝气生物滤池中的空床停留时间为6～8小时。
根据本发明所述的方法，在步骤(3)中，优选地，所述石灰澄清池中投加有投加量为100～300mg/L的聚合硫酸铁和投加量为150～250mg/L的生石灰，更优选地，所述多介质过滤器的滤速为8～15m/h;进一步优选地，所述第一超滤系统的过滤通量为15～45L/m2·h，优选为25～30L/m2·h，更优选地，所述第一反渗透系统的回收率为70～80%，再优选地，所述反渗透系统的进水的pH值为9～10，最优选地，所述纳滤系统的回收率为70～80%。
在本发明所述方法的一个优选实施方案中，所述浓盐水处理单元还包括锰砂过滤器，优选地，所述锰砂过滤器连通于所述多介质过滤器和第一超滤系统之间，更优选地，所述锰砂过滤器的滤速为8～10m/h。
根据本发明所述的方法，步骤(4)中所述的蒸发是在蒸发器中进行的，优选地，所述蒸发的回收率大于90%。
在本发明所述方法的另一个优选实施方案中，所述方法在步骤(1)之前还可以包括步骤(1’)：对煤气化废水进行预处理，优选地，所述预处理是在预处理单元中进行的，更优选地，所述预处理单元包括调节池，再优选地，所述调节池中设置有搅拌装置，最优选地，所述调节池中的水力停留时间为12～24小时。
在上述优选实施方案中，可以先将煤气化废水通入调节池，调节池内设有搅动装置，通过机械搅动，保证进入生化处理单元的水质均匀、稳定，所述调节池中的出水通过管道进入生化处理单元的厌氧池后再通过管道依次进入缺氧池、好氧池，好氧池中的出水按照一定的硝化液回流比回流至缺氧池，其余部分进入沉淀池，通过生物反应将废水中的绝大部分有机污染物通过微生物作用吸附降解去除。
另一方面，本发明还提供一种煤气化废水零排放的处理系统，该系统包括：生化处理单元、除盐单元、浓盐水处理单元和蒸发单元，优选地，所述生化处理单元包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，更优选地，所述除盐单元包括依次连通的混凝沉淀池、臭氧氧化反应器、曝气生物滤池、第二超滤系统和第二反渗透系统，最优选地，所述浓盐水处理单元包括依次连通的石灰澄清池、多介质过滤器、第一超滤系统、纳滤系统和第一反渗透系统;进一步优选地，所述第二超滤系统为浸没式超滤系统，更优选地，所 述第二超滤系统包括自清洗过滤器，最优选地，所述蒸发单元包括蒸发器。
在本发明所述系统的一个优选实施方案中，所述系统还包括预处理单元，优选地，所述预处理单元与生化处理单元连通，更优选地，所述预处理单元包括调节池，最优选地，所述调节池中设置有搅拌装置。
在本发明所述处理系统的另一个优选实施方案中，所述浓盐水处理单元还包括锰砂过滤器，所述锰砂过滤器连通于多介质过滤器和第一超滤系统之间。
再一方面，本发明还提供本发明所述的处理方法和处理系统在处理煤气化废水中的应用。
下面通过本发明的一个优选实施方案对本发明做出进一步详细说明：
将煤气化废水通入内部设置有搅拌装置的调节池中进行预处理，通过搅拌装置的机械搅动，使得水质均匀、稳定;
然后调节池中的出水通过管道依次输送进入生化处理单元的厌氧池、缺氧池、好氧池，好氧池中的出水按一定的硝化液回流比回流至缺氧池，其余部分进入沉淀池，在生化处理单元中通过生物反应将废水中的绝大部分有机污染物通过微生物作用吸附降解去除;沉淀池中的出水按一定的污泥回流比回流至缺氧池，其余部分进入除盐单元;
除盐单元用于将所述生化处理后的废水中的无机盐类物质分离出来，产生的净水可回用，收集产生的浓盐水，用于下一处理单元;在除盐单元的混凝沉淀池中，通过混凝作用去除水中的悬浮物及部分有机物;混凝沉淀池中的出水通过管道输送进入臭氧氧化反应器，将废水中的难降解有机物在氧化剂作用下，被完全氧化或转变为易生物降解的小分子有机物;臭氧氧化反应器中的出水进入曝气生物滤池中，利用臭氧催化剂强氧化性特点，将生化处理工艺后水中的难降解物质氧化为易降解的物质，利用曝气生物滤池的过滤和微生物作用，进一步将废水中的有机物进行降解去除，较大限度地降低了进入膜系统中有机物负荷;曝气生物滤池中出水通过管道输送进入第二超滤系统，第二超滤系统包括自清洗过滤器，用于处理进水中的大颗粒物质，预防对超滤膜造成破坏，超滤的作用是截留废水中的细菌、胶体、悬浮物等物质，超滤产水可回用，也可以直接进入第二反渗透系统进行除盐，第二反渗透系统产生的净水可以回用，还可以将第二超滤系统的反洗水和曝气生物滤池的反洗水返回混凝沉淀池进行重新处理;
再将第二反渗透系统产生的浓盐水通过管道输送进入浓盐水处理单元， 用于将所述除盐单元中的浓盐水进一步处理，处理后得到的净水可回用，收集产生的高盐浓水，用于下一处理单元;浓盐水首先进入石灰澄清池，通过添加的生石灰、絮凝剂(如聚硫酸铁)、助凝剂(如聚丙烯酰胺)共同作用下，不仅能去除水中的硬度、碱度和有机物、悬浮物，还能起到杀菌作用;石灰澄清池中的出水进入到多介质过滤器中，进一步去除水中的悬浮物及部分重金属等物质;多介质过滤器中的出水进入到锰砂过滤器中或直接进入到第一超滤系统、纳滤系统和第一反渗透系统中，采用锰砂过滤器是为了除去废水中的铁，第一反渗透系统产生的净水可回用;还可以将多介质过滤器、锰砂过滤器和/或第一超滤系统的反洗水返回石灰澄清池进行重新处理，将纳滤系统产生的高盐浓水通入蒸发单元;
最后将浓盐水处理单元中的出水(即高盐浓水)输送进入蒸发单元，通过蒸发器将高盐浓水中的盐类、有机物等物质进一步浓缩，蒸发后的净水可以用作锅炉补给水，蒸发得到的浓水可以用于冲灰冲渣。
与现有技术相比，本发明至少存在以下有益效果：
(1)本发明所述的处理方法不仅避免了使用芬顿试剂和臭氧催化剂以及活性焦过滤床所产生的二次污染物，还能够实现了煤气化废水的零排放，从而达到节约水资源的目的;
(3)本发明通过对煤气化废水逐级处理，减少了进入蒸发处理的水量，进而降低了蒸发处理的投资成本和运行成本;特别是在本发明中，有效地降低了进入第一反渗透系统的废水中的钙、镁等结垢性二价离子，为后续的反渗透处理系统降低了无机盐结垢风险，并且在反渗透进水系统中调节进水pH值至9～10，使其在碱性环境中运行，降低了水中有机物对反渗透膜的污染风险，大大提高了反渗透系统的运行稳定性，同时显著提高了反渗透系统的回收率，回收率可达70～80%(该回收率甚至意想不到地可以高于第二反渗透系统的回收率)，显著地减少了进入蒸发处理的水量;
(3)本发明工艺操作简单，管理方便，运行成本低。
