公布日：2023.11.14
申请日：2023.10.13
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F5/02(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N
摘要
本发明公开一种煤制气废水的中水回用处理工艺，涉及环境保护与污水处理技术领域。本发明公开的煤制气废水的中水回用处理工艺包括：将气化废水进行部分除硬后，硬度控制在500‑800mg/L，并和生产废水与生活污水一起进行改进的二级A/O生化处理，达到超低排放水质标准后与脱盐水站排水和循环水排污水一起，进行彻底除硬，然后依次通过V型滤池、中间清水池、自清洗过滤器、超滤装置、超滤产水池、保安过滤器、增程反渗透装置，处理后的产水进入回用水池，达到满足工厂中水回用水质标准。本发明采取的分质组合和多级处理工艺，可以实现经济、高效、稳定的煤制气废水的中水回用处理目标，节约能量和药剂的消耗，节约建设成本，最大限度地实现节水的目的。
权利要求书
1.一种煤制气废水的中水回用处理工艺，其特征在于，具体包括以下在步骤：S1.将煤制气废水送入一级高效软化沉淀池中，进行部分除硬，将出水浓度控制在500～800mg/L，随后与合成氨废水一起送入调节池；所述一级高效软化沉淀池和二级高效软化沉淀池中的除硬试剂为氢氧化钠和碳酸钠混合试剂；除硬试剂中氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比为1:1，除硬试剂的添加量为每去除1kg硬度，按钙离子计算，需要1.8kg除硬剂；S2.将调节池中的废水送入换热器中进行冷却，随后进入生化处理系统进行处理，然后将生化处理后的出水送入二沉池进行沉淀，沉淀后的上清液送入清水池；所述生化处理系统为二级A/O处理工艺，具体工艺流程为：冷却后的废水进入一级缺氧复合反应器，与一级好氧处理后的内回流的硝化液和二沉池污泥回流的污泥混合，进行脱氮反应；随后进入一级好氧倍增复合反应器，投加碱液，在硝化菌的作用下进行硝化反应；然后将一级好氧处理后的废水送入二级缺氧复合反应器，进行COD降解和脱氮处理，同时补充少量碳源；经二级缺氧处理的废水进入二级好氧倍增复合反应器进行好氧处理，获得低COD浓度出水；所述一级好氧倍增复合反应器和二级好氧倍增复合反应器中的曝气装置采用旋流气升曝气器；所述一级缺氧复合反应器的进水还包括经格栅除杂后的生活污水和地面冲洗水；S3.将清水池的清水与脱盐水站的排水、循环冷却系统的排污水一起，送入中水调节池进行混合，然后泵入二级高效软化沉淀池中进行彻底除硬；S4.将彻底除硬后的废水送入V型滤池，滤除废水中的残余的悬浮固体，再依次进入中间清水池和自清洗过滤器，滤除逸出的固形物；随后依次进入超滤装置、超滤产水池、保安过滤器，逐级过滤微米级、亚微米级颗粒，净化废水；S5.保安过滤器的出水经增程反渗透装置进行脱盐处理，产水汇入回用清水池进行回用，浓水进入后续零排放处理装置进行处理。
2.根据权利要求1所述的煤制气废水的中水回用处理工艺，其特征在于，所述一级高效软化沉淀池和二级高效软化沉淀池除硬产生的污泥进入化学污泥池，经生化污泥脱水系统进行污泥脱水，脱水污泥外送进行处置。
3.根据权利要求1所述的煤制气废水的中水回用处理工艺，其特征在于，所述步骤S2中，二沉池中沉淀后得到的部分污泥作为回流污泥回到第一级缺氧复合反应器进行反硝化和污泥补充，剩余污泥送入污泥浓缩池进行收集，然后进入生化污泥脱水系统进行污泥脱水，脱水污泥外送进行处置。
4.根据权利要求1所述的煤制气废水的中水回用处理工艺，其特征在于，所述步骤S4中，将V型滤池处理后的清水通过反洗泵泵入V型滤池底部而进行反洗，获得V型滤池的反洗废水；将超滤产水池中的清水通过反洗泵泵入超滤装置底部而进行反洗，获得超滤装置的反洗废水；所述V型滤池和超滤装置的反洗废水排入中水调节池，而后与厂内脱盐水站的排水和循环冷却系统的排污水以及清水池的清水一起进入二级高效软化沉淀池进行固液分离，沉淀产生的污泥经排泥泵混入化学污泥池，并进行脱水后外运。
5.根据权利要求1所述的煤制气废水的中水回用处理工艺，其特征在于，所述步骤S4中，所述保安过滤器的进水中需投加还原剂、阻垢剂和非氧化杀菌剂。
6.根据权利要求1所述的煤制气废水的中水回用处理工艺，其特征在于，所述步骤S5中，所述增程反渗透装置包括回用反渗透装置和浓水反渗透装置；所述保安过滤器出水进入回用反渗透装置，经脱盐处理后，浓水进入浓水反渗透装置进一步进行脱盐处理，产水与回用反渗透装置的产水一起汇入回用清水池进行回用，浓水进入后续零排放处理装置进行处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济、高效、稳定的煤气化废水的中水回用处理工艺，处理后的废水能直接用作循环冷却水的补充。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种煤制气废水的中水回用处理工艺，具体包括以下在步骤：
S1.将煤制气废水（即气化废水）送入一级高效软化沉淀池中，进行部分除硬，将出水浓度控制在500～800mg/L，随后与合成氨废水一起送入调节池。
气化废水中主要含有甲醇，可生化性较好，氨氮浓度高。少量从变换装置、脱氨装置、以及脱硫脱碳装置中出来的废水（即合成氨废水），其B/C较低，可生化性较差，将这些B/C较低的废水混入气化废水中一起经过二级A/O生化处理工艺进行处理。
气化废水虽然可生化性较好，但含有较高浓度的硬度，硬度可达到1500甚至2000mg/L以上，会对后续处理产生不良影响，因此在混入其它废水进行处理之前先进行除硬。气化废水中还存在大量分散剂，彻底除硬时将需要大量的除硬药剂。本发明首先对气化废水进行部分除硬，将硬度控制在500～800mg/L以内，以不影响生化处理为准。这样一方面可以减少因除硬造成的可生化COD的损失，因为大量的除硬污泥必然会造成一部分有机性悬浮固体一起沉淀，从而增加化学污泥量和化学污泥的处理难度；尽量让有机物保留在废水中，通过生化法进行处理，整体上可以降低废水处理的成本。另一方面可大大减少除硬药剂的投加量，并减少引入废水中离子浓度，减轻后续中水回用段的处理压力。
S2.将调节池中的废水送入换热器中进行冷却，降温至35℃以下，随后进入生化处理系统进行处理，然后将生化处理后的出水送入二沉池进行沉淀，沉淀后的上清液送入清水池。
S3.因厂内脱盐水站的排水和循环冷却系统的排污水的COD浓度比较低，则将其与清水池的清水（即达标排放处理的处理水）一起，送入中水调节池进行混合，然后通过潜水泵提升至二级高效软化沉淀池中进行彻底除硬。
厂内脱盐水站的排水（即过滤装置的反洗水和反渗透装置的浓盐水）和循环冷却系统的排污水，这些废水所含的成分以无机盐类为主，钙和镁所组成的硬度仍然比较高，容易造成管道和后续过滤单元的结垢，所以首先设置高效软化沉淀池进行彻底除硬，除硬处理虽然不会有效降低废水的总固体含量，但是用钠离子替换掉钙镁离子，可以促进后续各类过滤和反渗透装置的运行效率。
S4.将彻底除硬后的废水送入V型滤池，滤除废水中的残余的悬浮固体，再依次进入中间清水池和自清洗过滤器，滤除逸出的固形物；随后依次进入超滤装置、超滤产水池、保安过滤器，逐级过滤微米级、亚微米级颗粒，净化废水。
V型滤池用于滤除废水中残余的悬浮固体，采用V型滤池比常规的多介质快滤池有更长的过滤周期，反清洗也更加彻底，尤其适用于水量大，含悬浮固体浓度高的废水的处理，占地面积也相对小。
自清洗过滤器起到保障作用，将V型滤池出水中逃逸的细砂、沉淀物等固形物过滤掉。
超滤装置进一步过滤细菌、病毒、大分子有机物等亚微米级的颗粒物。
保安过滤器（又称作精密过滤器），筒体外壳一般采用不锈钢材质制造，内部采用熔喷、线烧、折叠、钛滤芯、活性炭滤芯等管状滤芯作为过滤元件，根据不同的过滤介质及设计工艺选择不同的过滤元件，以达到出水水质的要求。按材质不同有不同的滤芯，如聚四氟乙烯膜(PTFE)滤芯、聚硐膜(HE)滤芯、聚丙烯膜(PP)滤芯、醋酸纤维膜(CN-CA)滤芯等，过滤精度从0.1～20μm，能有效过滤0.01微米以上颗粒。由于保安过滤器设计比较精巧，滤芯的价格也比较便宜，在本发明中用作对增程反渗透装置的保护，防止因超滤膜的破损所带来的少量颗粒物泄漏和微生物进入反渗透装置，确保反渗透膜的正常运行。
S5.保安过滤器的出水经增程反渗透装置进行脱盐处理，产水汇入回用清水池，并送入各回用水使用点进行回用，浓水进入后续零排放处理装置进行处理。
增程反渗透装置截留纳米级甚至亚纳米级的颗粒，反渗透膜的孔径只有数纳米，因此只有水等小分子的成分能透过反渗透膜，而分子大小大于0.1纳米的物质被截留在膜的一侧，得到浓缩，反渗透系统能有效地除去水体中绝大部分可溶性盐分、有机物、细菌、胶体及大分子量的有机物，其脱盐率达到99%以上。反渗透运行过程中除清洗时使用少量药剂外，运行过程基本不产生酸碱废水，且出水水质稳定可靠，运行费用低。
进一步的，所述一级高效软化沉淀池和二级高效软化沉淀池中的除硬试剂为氢氧化钠和碳酸钠混合试剂。
优选的，除硬试剂中氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比为1:1，除硬试剂的添加量为每去除1kg硬度（按钙离子计算）大致需要1.8kg除硬剂。具体添加量需要根据试验决定，即根据除硬程度或出水浓度进行测定。
传统的除硬药剂主要采用石灰Ca(OH)2、碳酸钠、或者氢氧化钠，石灰除硬由于氢氧化钙微溶于水，并且能和水中的碳酸根和碳酸氢根反应，必然需要添加更多的药剂，产生的污泥量也比较多；采用碳酸钠由于生成碳酸盐，污泥量也较多；而加入氢氧化钠则除钙的效果略差，因为生成的氢氧化钙在水里是微溶的，需要利用水中的碳酸氢根才能脱除钙离子硬度，当水中碳酸氢根不足时，去除效果差。本发明在除硬处理中，采用氢氧化钠和碳酸钠两种试剂，氢氧化钠主要用于镁离子的去除，并且利用水中的碳酸氢根去除钙离子，碳酸钠作为补充除硬剂，在碳酸氢根不足时用于除去钙离子。这样既可以更有效地脱除硬度，又使得生成的污泥量相对较少。
进一步的，所述一级高效软化沉淀池和二级高效软化沉淀池除硬产生的沉淀污泥，主要含有钙镁的氢氧化物或碳酸盐等难溶性固体成分，将这些污泥送入化学污泥池，经生化污泥脱水系统进行污泥脱水，脱水污泥外送进行处置。
进一步的，所述步骤S2中，所述生化处理系统为二级A/O处理工艺，具体工艺流程为：
P1.冷却后的废水进入一级缺氧复合反应器，与一级好氧处理后的内回流的硝化液和二沉池污泥回流的污泥混合，反硝化菌利用进水中的碳源，将进水和回流液中含有的硝酸盐、亚硝酸盐等转化为N2，从而将氮去除。
P2.一级缺氧处理后的出水进入一级好氧倍增复合反应器，投加碱液，以补充硝化反应所需的碱度，同时，废水中的氨氮在硝化菌的作用下进行硝化反应，可以将绝大部分的氨氮转化成硝酸盐和亚硝酸盐氮。一级好氧倍增复合反应器设置内回流，末端的硝化液通过内回流回到一级缺氧复合反应器中，为一级缺氧复合反应器的反硝化作用提供硝酸和亚硝酸盐氮。
P3.然后将一级好氧处理后的废水送入二级缺氧复合反应器，继续进行COD降解和脱氮处理，水中残余的硝态氮在反硝化菌的作用下得以进一步去除。为保证二级缺氧复合反应器反硝化作用的正常进行，需补充少量碳源，补充碳源可以使得第二级A/O系统进水的B/C比提高，有助于废水中剩余的难降解有机物的去除，降低出水中的COD，同时为反硝化细菌提供碳源，还有助于消耗水中的溶解氧，有利于反硝化菌的生长。
P4.经二级缺氧处理的废水进入二级好氧倍增复合反应器进行好氧处理，二级缺氧复合反应器中剩余的碳源在二级好氧倍增复合反应器内被异养微生物利用而去除，微生物利用碳源的同时，也会附带吸附和利用一些难生物降解的有机物，从而获得更低的COD浓度出水。
进一步的，所述一级缺氧复合反应器的进水还包括经格栅除杂处理后的工厂内产生的生活污水和地面冲洗水，用于补充一级缺氧段废水中的碳源和磷源，合理利用厂内资源，并可同时处理厂内的其它废水，节约能源，降低成本。
进一步的，所述一级好氧倍增复合反应器和二级好氧倍增复合反应器中的曝气装置采用旋流气升曝气器。
旋流气升曝气器设有垂直进气管段，内部设置有叶片，使得通入垂直进气管段的空气产生向上运动的旋流，液体从垂直管段的底部吸入，垂直管内剧烈的旋流使得空气被切割成很小的气泡（一次切割），气水混合物从垂直管段顶部出来，并与布置在出口外的倒伞楔型切割柱接触碰撞，进行二次切割，产生更细的气泡，并进行扩散，这样的曝气装置没有很小的膜孔通道，避免了使用微孔曝气头所容易造成的结垢和堵塞问题，使得生化处理系统可以耐受更高的硬度。正是由于使用了旋流气升曝气器，本发明生化处理段可以耐受500～800mg/L的硬度，且不结垢。
进一步的，所述步骤S2中，二沉池中沉淀后得到的部分污泥作为回流污泥回到一级缺氧复合反应器作为微生物的接种和部分硝化液的回流，进行反硝化和污泥补充；剩余污泥送入污泥浓缩池进行浓缩，然后进入生化污泥脱水系统进行污泥脱水，脱水污泥外送进行处置。
进一步的，所述步骤S4中，将V型滤池处理后的清水通过反洗泵泵入V型滤池底部而进行反洗，获得V型滤池的反洗废水；
将超滤产水池中的清水通过反洗泵泵入超滤装置底部而进行反洗，获得超滤装置的反洗废水；
所述V型滤池和超滤装置的反洗废水也排入中水调节池，而后与厂内脱盐水站的排水和循环冷却系统的排污水以及清水池的清水一起进入二级高效软化沉淀池，进行固液分离，沉淀产生的污泥经排泥泵混入化学污泥池，并进行脱水后外运。
进一步的，所述步骤S4中，经所述超滤产水池处理后得到的废水进入所述保安过滤器时，需往该废水中投加还原剂、阻垢剂和非氧化杀菌剂。
进一步的，所述步骤S5中，所述增程反渗透装置包括回用反渗透装置和浓水反渗透装置；
所述保安过滤器的出水进入回用反渗透装置，经脱盐处理后，浓水进入浓水反渗透装置，再进一步进行脱盐处理，产水与回用反渗透装置的产水一起汇入回用清水池进行回用，浓水进入后续零排放处理装置进行处理。
回用反渗透装置产生的浓水还含有较多的水和压力，浓水中的总固体含量在1%左右。本发明采用增程反渗透装置，即在回用反渗透装置（即一级反渗透装置）后再设置浓水反渗透装置（即二级反渗透装置），两级反渗透之间不设高压泵和浓水池，一级浓水直接进入二级反渗透装置继续进行过滤，这种设置实质上增加了反渗透膜的过水面积，而不增加能量的消耗，起到增程的作用。通过本发明的增程反渗透装置，可以将总固体含量增加到2～2.5%。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明的处理工艺是将煤制气废水经部分除硬后和合成氨等废水混合，经改进的二级A/O生化处理系统处理后，和循环冷却水排污水和脱盐水站的排水这三股性质比较接近的废水混合起来进行过滤和除盐处理，达到满足工厂中水回用水质标准，采取这种废水的分质组合和多级处理工艺，可以实现经济、高效、稳定的煤制气废水的中水回用处理目标，并节约能量和药剂的消耗，实现节约建设成本，最大限度地实现节水的目的。
2、本发明采用氢氧化钠和碳酸钠两种药剂混合进行除硬，氢氧化钠和碳酸钠的配合使用，既可以起到减少污泥量，又保证除硬的效果。在生化处理阶段的前段采用部分除硬，在回用调节水池调节后采用彻底除硬，优化了在整个处理流程中的硬度分配，降低了整体的处理成本。
生化处理阶段的前段采用部分除硬，是因为本发明的生化处理系统采用了旋流气升曝气器，对硬度的耐受性较好，这样也可以减少这一处理阶段因除硬所造成的有机物进入污泥的弊端；再加上通过后续生化段降解废水中的分散剂后再进行彻底除硬，可显著消除分散剂对药剂除硬的影响，既可大大减少药剂投加量，也可减少废水中的离子引入量，减轻后续中水回用系统脱盐压力。
在中水回用处理阶段的彻底除硬，改变了废水中阳离子和阴离子的组成，可以使得钙镁离子的浓度降低到0.5～1mmol/L，这样对后续的包括V型滤池过滤、自清洗过滤、超滤、和保安过滤中，废水可以更好地通过滤层，防止钙镁离子的沉淀和结垢，保证过滤持续高效地进行；对于反渗透也使其更容易进行，因为钠离子更不容易污染反渗透膜。
本发明的生化处理系统采用改进的二级A/O系统（二沉池污泥回流至第一级A/O缺氧段的前端，第二级A/O不设内回流），针对煤制气废水的氨氮浓度高和总磷相对较低的特点，可以保证废水的氨氮和总氮的脱除效果，同时在一级好氧和二级缺氧阶段适当补充碱源和碳源，可以保证脱氮效果和COD的去除。
4、本发明V型滤池的设置可以去除微米级的絮体和沉淀物，超滤的设置可以去除水中亚微米大小微生物和颗粒物以及大分子有机物，反渗透可以去除纳米甚至亚纳米级别的无机盐类，每一种较粗的过滤都起到后一级更精细过滤的预处理和保护的作用，这样使得整个系统能够高效和持续地进行。自清洗过滤和保安过滤则起到保证作用，防止因前一级过滤装置滤层破坏或失效造成对后一级过滤的影响。
5、本发明增程反渗透代替常规二级反渗透，可以充分利用一级反渗透浓水的压力，增加一级反渗透装置，进一步浓缩浓盐水，减少浓水的排放，提高反渗透装置的产水效率，同时不增加高压泵和浓水池，精简流程并降低建设和运行成本。
（发明人：赵宁华;王程飞;朱生辉;樊天泽;罗学辉;樊鑫;朱宣屹;朱核光;周泽婷;鲍磊;刘霞）
