煤氣發(fā)生爐污水處理方法的研究

張福旺 ,陳偉峰 ,李瑞敏

(河南省新密市環(huán)境保護(hù)局 ,河南鄭州 452370)

煤氣發(fā)生爐污水處理方法的研究

張福旺 ,陳偉峰 ,李瑞敏

(河南省新密市環(huán)境保護(hù)局 ,河南鄭州 452370)

介紹了處理焦油廢水的物理、化學(xué)方法研究,采用一種全新的物理方法處理工藝,對(duì)焦油廢水中的酚類(lèi)化合物去除率達(dá) 100%,沒(méi)有二次污染。該處理工藝具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可行、余熱利用效率高、降低污水處理成本、處理效果明顯等特點(diǎn),為處理焦油廢水提供了一套簡(jiǎn)單而行之有效的方法。

焦油廢水 ;酚類(lèi)化合物 ;去除效果

隨著工業(yè)企業(yè)的飛速發(fā)展,煤氣發(fā)生爐作為一種清潔能源的基礎(chǔ)設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃、耐火等各個(gè)行業(yè)。煤氣發(fā)生爐具有清潔、熱效率高、大氣污染物排放量小等特點(diǎn),同時(shí)它所產(chǎn)生的煤氣與同熱值的天然氣、石油液化氣相比價(jià)格最低。所以煤氣發(fā)生爐在近幾年的工業(yè)企業(yè)中使用量有顯著增加。但是,煤氣發(fā)生爐在產(chǎn)生煤氣的同時(shí),也產(chǎn)生了焦油和焦油廢水。焦油廢水因含有的成分非常復(fù)雜,用常規(guī)的方法無(wú)法得到有效的處理,所以該廢水成為困擾企業(yè)環(huán)保的重要問(wèn)題。新密市環(huán)保局與上海恒濟(jì)石油技術(shù)開(kāi)發(fā)公司通過(guò)一年多時(shí)間的研究,摸索出了適合處理煤氣發(fā)生爐焦油廢水的特有方法,該方法經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用效果非常顯著,值得推廣應(yīng)用。

1 焦油廢水的來(lái)源及成分

焦油廢水中的水主要來(lái)源于兩個(gè)方面,一方面是煤中的水分;另一方面是過(guò)量的汽化劑凝結(jié)而成。焦油廢水中有害成分主要來(lái)源于焦油,焦油是一種成分非常復(fù)雜的化合物,含有 100多種成分。所以水和焦油接觸,焦油中的部分物質(zhì)就溶解到水中,成為污水的主要成分。污水中主要危害成分有焦油、酚類(lèi)物質(zhì)、氨氮化合物、氰化物等。其中焦油含量1%～3%左右,酚類(lèi)物質(zhì)含量在 10 000 mg/L左右,其它化合物質(zhì)含量低一些,危害最大的是焦油和酚類(lèi)化合物,酚類(lèi)化合物是一種原型質(zhì)毒物,主要是甲基苯酚,是造成動(dòng)植物死亡的主要物質(zhì)。該物質(zhì)常溫下易揮發(fā),有刺激性氣味,水溶液無(wú)色,氧化后呈紅色,所以焦油污水處理主要是處理焦油和酚類(lèi)物質(zhì)。

2 常用處理方法的種類(lèi)分析

含酚廢水的研究已經(jīng)有多年歷史,形成很多種方法,但到現(xiàn)在也沒(méi)有一種方法是通用的、成熟可行的,所以現(xiàn)在很多機(jī)構(gòu)仍然處在研究之中。以往的方法主要分為化學(xué)方法和物理方法兩種?；瘜W(xué)方法主要有堿反應(yīng)法和氧化法,物理方法主要有過(guò)濾、萃取、焚燒等。

化學(xué)方法主要存在問(wèn)題是處理不徹底,工藝太復(fù)雜,投資大。以堿反應(yīng)方法為例,苯酚與堿反應(yīng)生產(chǎn)苯酚鈉,主要是通過(guò)苯酚蒸氣與堿液反應(yīng),利用高溫蒸汽加熱含酚污水,使污水中的苯酚隨蒸汽蒸發(fā);然后通入堿液生成苯酚鈉,從而達(dá)到脫酚的目的。該方法優(yōu)點(diǎn)是投資少,方法簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是需要大量的蒸汽,能耗太高,成本也高,脫酚效果不夠理想。同時(shí),工藝比較復(fù)雜,生產(chǎn)的苯酚鈉含量低,沒(méi)有回收利用價(jià)值。

物理方法投資大,能耗高,處理成本高。以萃取法為例,利用一種特種溶劑,將溶解在水中的苯酚吸附出來(lái),該方法適合集中處理和污水量大于 30 t/d。通過(guò)吸附可以將苯酚含量降低到幾百毫克每升,吸附后的水可以循環(huán)利用;但仍達(dá)不到排放要求,需要進(jìn)一步經(jīng)過(guò)生化處理才能排放。優(yōu)點(diǎn)是處理量大,成本相對(duì)較小;缺點(diǎn)是投資大,兩步處理才能排放,還需要萃取設(shè)備和專(zhuān)用的萃取液,相當(dāng)于建立一個(gè)小型化工廠,且處理后的水質(zhì)仍達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn),還需要生化處理。焚燒方法能耗太高,處理一噸水消耗半噸煤,含酚污水通入焚燒爐,使酚類(lèi)有機(jī)物質(zhì)在1 100℃高溫下燃燒分解,此方法操作簡(jiǎn)單,但成本太高,據(jù)測(cè)算,每焚燒 1 t污水需要幾百元,所以效果不十分滿意。

3 本方案的原理及工藝過(guò)程

經(jīng)過(guò)一年的探索與研究,我們新采用的處理工藝是一種全新的工藝。

基本原理：將廢水經(jīng)過(guò)油水分離,過(guò)濾機(jī)械雜質(zhì),再經(jīng)過(guò)霧化,利用余熱空氣對(duì)污水進(jìn)行加熱,產(chǎn)生的蒸汽作為汽化劑代替部分汽包產(chǎn)生的水蒸氣使用。廢水中的各種有機(jī)物在煤氣發(fā)生爐中經(jīng)過(guò)2 000℃以上的高溫處理,能夠完全燃燒掉,因此不存在二次污染問(wèn)題。

處理過(guò)程：廢水從焦油池抽出進(jìn)入油水分離罐,經(jīng)過(guò)二次油水分離,過(guò)濾后,將污水送到酚水蒸發(fā)器;酚水蒸發(fā)器經(jīng)過(guò)和余熱空氣熱交換,污水溫度可以達(dá)到 80～120℃,產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)過(guò)汽水分離后進(jìn)入煤氣爐底部,作為汽化劑使用。

3.1 該方案的理論基礎(chǔ)

水量的控制：煤氣發(fā)生爐每燃燒 1 t煤需要 300 kg左右的水產(chǎn)生的蒸汽。而每噸煤產(chǎn)生的廢水只有 30～50 kg;因此理論上這些廢水完全可以轉(zhuǎn)化成蒸汽作為汽化劑使用。另一方面隨著水蒸發(fā)的苯酚在煤氣發(fā)生爐中燃燒完全分解形成水和 CO2。這里說(shuō)明一下煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)：在煤氣發(fā)生爐內(nèi)部大致分四個(gè)區(qū)域,從下到上分別是煤渣層、氧化層(燃燒層)、還原層、干餾層 (煤層)。煤從上向下移動(dòng),水蒸氣和空氣從底部向上部運(yùn)動(dòng),在燃燒層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

CO2向上運(yùn)動(dòng)在還原層與底部上來(lái)的水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)：

同樣在氧化燃燒層苯酚也發(fā)生氧化反應(yīng)：

所以從理論上說(shuō)苯酚經(jīng)氧化層以后就被燃燒成二氧化碳和水,不存在污染問(wèn)題。沒(méi)有被蒸餾出來(lái)的苯酚存留在污水的底部,這一部分還送到煤焦油中。

3.2 余熱蒸發(fā)的可行性

無(wú)論是耐火廠、玻璃廠、陶瓷廠都存在大量的余熱,這些熱量隨著煙囪都排入大氣。余熱的溫度從幾十度到幾百度不等,余熱氣體在每分鐘 8 000～1 5000m3不等,總熱量每天大約有2.10×107～4.19×107kJ熱量相當(dāng)巨大,這樣就為污水加溫提供了保障。1 t水從0℃完全蒸發(fā)需要的熱量為2.68×106kJ,余熱的能量足以能夠保障污水蒸發(fā)。利用余熱蒸發(fā)不僅節(jié)約了能源而且使污水處理成本極大地降低,成為整個(gè)本方案成功的關(guān)鍵。

4 試驗(yàn)效果

我們?cè)谛旅苣衬突饛S進(jìn)行了試驗(yàn),具體情況為：該耐火廠有直徑 3.2 m煤氣發(fā)生爐,每天燃煤 18 t,產(chǎn)生污水夏天 1 t左右,冬天 2 t左右,余熱每分鐘12 000 m3左右,余熱溫度 280℃左右。設(shè)計(jì)方案為酚水蒸發(fā)器換熱面積為 100 m2,容積為 3 m3,引風(fēng)機(jī)功率為 7.5 kW,油水分離器為 8 m3,二級(jí)分離;設(shè)計(jì)每小時(shí)蒸發(fā)量為 2 t。

經(jīng)過(guò)一個(gè)月的試運(yùn)行完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,每小時(shí)處理污水 2.3 t,平均處理成本為 25元/t。沒(méi)有任何二次污染和危害氣體排放,方法是合理的,方案也是可行的,具有很高的使用和推廣價(jià)值。

X703

：A

：1003-3467(2010)14-0031-02

2010-06-01

張福旺(1968-),男,工程師,主要從事環(huán)保固體廢物管理工作,通訊聯(lián)系人：陳偉峰：E-mail：weijifeng2007@126.com。