二氧化碳為工業污水處理增添活力

文/梅塞爾集團中國總部

二氧化碳為工業污水處理增添活力

文/梅塞爾集團中國總部

工業堿性污水的處理現在已悄然從強酸中和向更安全、更環保、更省錢的二氧化碳中和發展。在歐洲，二氧化碳中和工業污水技術已被廣泛應用了數十年。德國梅塞爾集團憑籍100多年的氣體專有技術，研發出一整套二氧化碳中和工業污水的精細工藝，在歐洲水處理市場廣受推崇。印染行業大多是堿性污水。作為企業管理者或技術人員，您是否為污水處理操作人員使用強酸安全的可控性而感到擔憂？您是否在花大量人力、物力去解決污水中含鹽量的問題？您是否正在想辦法提高硫酸根造成的厭氧處理低效率和硫化氫惡臭？您是否在想解決以上問題的同時還不增加企業的運行成本？如今這樣的技術已來到中國，為改革中的中國傳統企業帶來的新活力。

1 二氧化碳中和的原理及優點

許多工業在生產過程中都會產生堿性污水。為了避免對下水管道系統和污水處理廠造成損害，堿性污水必須進行中和。傳統工藝使用鹽酸或硫酸等無機酸作為中和劑。但是，隨著人們對環保、安全的日漸重視和經濟上的考慮，使用二氧化碳進行堿性污水的中和已經越來越受到關注。

二氧化碳（CO2）常溫下是一種無色無味、不助燃、不可燃的氣體，密度比空氣大，略溶于水，易溶于堿液，與水反應生成碳酸（H2CO3）。碳酸是一種弱酸，在水中電離出H+、H和，從而起到酸堿中和的作用。

1.1 CO2相比強酸的用量更少

當環境pH值越高時，碳酸電離出的H+越多。在pH＞10.3的情況下，碳酸的兩個H+完全電離，此時CO2具有和硫酸相同的中和能力。在pH=8.3的情況下，碳酸電離出一個H+，此時CO2具有和鹽酸相同的中和能力。由于CO2的分子量為44，僅為硫酸（分子量為98）的一半不到，且濃度為100%，因此，可以大幅減少酸的用量。CO2的用量可以根據現有的用酸量或污水堿度進行精確計算。下圖可見中和1kg NaOH所需的CO2、硫酸和鹽酸重量的比較。將污水中和至pH=10.5時，CO2的需求量為硫酸的47%；中和至pH=8.3時，CO2的需求量為硫酸的約90%。因此，待中和污水的初始和目標pH值越高，使用二氧化碳中和的優勢就越明顯。隨著國內人工成本及強酸價格的的增加，二氧化碳在成本上有較強的競爭力。

1.2 平緩的中和曲線

由于碳酸的弱酸特性，其電離出H+的量是由污水的pH值決定的。因此，二氧化碳具有平緩的中和曲線。尤其在pH=6-8的中性階段，pH值仍然緩慢變化，不會造成使用無機酸經常出現的pH值突變和酸化過度的問題，能實現準確的pH值控制。另外，使用二氧化碳進行中和是有pH下限的，通常適用于目標pH＞7.0的情況。

1.3 更加安全與環保

使用硫酸或鹽酸時會對周圍設備造成腐蝕，對人員存在安全隱患。而二氧化碳是一種性質穩定的氣體，便可以避免此類問題。

使用二氧化碳進行中和不會增加污水中的無機鹽的處理負擔，無論使用鹽酸或硫酸都無法避免水的鹽化，鹽酸鹽、硫酸鹽在污水中無法直接排放，為達到排放標準不可避免地要進行二次處理，而二氧化碳產生的碳酸鹽則沒有這個問題。因此，使用二氧化碳在提高污水排放通行標準和降低基于無機鹽濃度的排放費用方面有著絕對優勢。

另外，二氧化碳是造成的溫室效應的主要氣體之一，但其實，二氧化碳還是一種寶貴的碳資源。通過使用二氧化碳進行堿性污水中和的過程，能夠將二氧化碳以碳酸鹽的形式固化，將其回收、利用，真正做到“減排”，對可持續發展起到促進作用。

2 工藝原理

污水中和工藝中使用的二氧化碳來源于工廠尾氣，如氣井、合成氨、酒精發酵等。經凈化后，純度達99.5%以上，再經液化，便于運輸和儲存。二氧化碳中和污水工藝中所使用的二氧化碳即是由液態二氧化碳槽車定期送至低溫儲槽中儲存，通過氣化器轉化為常溫氣態二氧化碳，經壓力和流量調節裝置送往中和系統。

根據用量和現場條件，二氧化碳的投加有多種方式。客戶現場可以利用一些現有的設施，如污水管道水池或水泵井等，根據污水特性和現場條件，選擇最合適的技術方案，并使用相應的監測及投加設備。這些設備會十分緊湊、經濟。

3 梅塞爾二氧化碳中和成功案例介紹

目前，在中國和歐洲已經有大量成功案例。使用梅塞爾二氧化碳技術的公司來自各個行業，用氣量從幾克每小時到兩千公斤每小時不等，包括：食品、飲料和奶制品、化學和制藥、建筑、采礦和混凝土工業、煉鋼及金屬化工、電廠、飲用水生產、廢物管理及回收、玻璃制造、紙漿及造紙、紡織及皮革、洗衣店、及其他各個行業。

四川綿陽佳聯佳禧印染

佳聯佳禧印染位于四川省綿陽市三臺縣，是中國西南規模最大的專業軍用迷彩生產企業。自2014年7月起，佳聯佳禧印染開始使用二氧化碳進行污水和回用中水的中和。污水以退漿廢水為主，水量為 3000m3/d，pH值在10.5-11.0之間。梅塞爾采用了文丘里管旁路注入的方式，在初

1.4 有利于生化處理

污水中和中最常用的試劑是硫酸。加入硫酸后，水中會含有大量硫酸根離子。在后續的生化處理過程中，硫酸根會抑制厭氧處理池（或水解酸化池）微生物的活性，影響厭氧處理的效果。并且，在厭氧環境中，硫酸根會轉化為硫化氫（H2S）氣體，產生惡臭和泡沫。

改用二氧化碳進行中和后，硫酸根大幅減少，厭氧處理池或水解酸化池的微生物活性可以得到提高，增加處理系統的整體效率。工藝示意圖見下圖。沉池與水解酸化池之間的管路中引出一股廢水，通過文丘里管注入二氧化碳氣體，充分混合后送回管路，將污水pH值降至7.0左右，CO2用量為1.3 ton/d。改為使用CO2中和后，pH值的控制非常穩定，同時由于加入的硫酸根減少，水解酸化池的微生物活性得到了很大的提高，異味和腐蝕問題也有極大改善。

回用的中水主要由鍋爐冷凝水和回用軟水組成，水量1300m3/d ，pH=8.5左右，水溫約45°C，需要調節至pH=5.0-6.0，回用至生產車間。之前用硫酸進行調節，無法精確控制，水質經常不能滿足生產車間的要求，需要加入大量藥劑，并且還影響產品質量。改用二氧化碳調節后，使用噴嘴和靜態混合器加入氣態二氧化碳并充分混合，降低中水pH值至5.5左右，CO2用量約為400 kg/d。處理后水質穩定，無需其他處理可直接用于生產，極大的節約了生產成本。

法國羅賽洛明膠

位于法國L'Isle-sur-la-Sorgue的羅塞洛公司，主要生產食品用和照片業用的明膠。該公司使用二氧化碳代替鹽酸進行污水中和及鈣離子去除已有數年時間。產生污水300 m3/h (7000 m3/day)，緩沖水1000 m3。液態的二氧化碳直接注入緩沖池與沉淀池之間的帶壓管路中，經過一個錐型容器混合均勻。進水pH為12.4左右，中和后pH值為10.5-11。污水中和所用二氧化碳的量為850 噸/年。

愛沙尼亞Balti發電廠

Balti發電廠位于愛沙尼亞第三大城納爾瓦。油頁巖燃燒后產生的灰通過水力除灰的方式除去，因此產生堿性廢水。廢水平均堿度為79 mmol/L，需要加入大量鹽酸，不僅成本高，還會造成廢水中的氯鹽含量升高 2800 mg/L，而當地氯鹽的排放標準為200 mg/L。同時還有儲存和投加量控制方面的問題。

梅塞爾采用了液態CO2從旁路注入的方式，為500 m3/h的廢水高效的提供2000 kg CO2/h的大用量。用CO2代替鹽酸進行中和后，降低了運行成本，同時由于不會增加水中的含鹽量，大大減少了對生態的影響，也避免了排放氯鹽帶來的費用。

4.梅塞爾公司介紹

梅塞爾集團是世界領先的工業氣體集團之一，公司總部坐落在德國法蘭克福附近的巴佐登。公司從1898 年開始運作，以氣體應用技術開發和發展、增加客戶的利益為目的，主要從事工業氣體、特種氣體、稀有氣體等氣體產品的生產、銷售、運輸和應用技術推廣，能根據客戶的需求提供各種各樣的氣體供應解決方案。梅塞爾集團在世界各地建有300多處生產裝置，并在36個國家建立了分公司。梅塞爾集團在氣體生產和高質工業氣體的市場營銷等方面在世界上享有很高聲譽，并同時提供生產設備和滿足用戶需求的應用技術專業解決方案，業務覆蓋汽車、建筑行業、生產和制造業、食品和飲料、冶金、鋼鐵、醫療、焊接、化學和水處理等領域。梅塞爾在水處理行業擁有多項專利技術。所提供的全面氣體管理模式包含了供氣、工藝設計、設備、操作和服務等方面的內容。

梅塞爾集團于1995年進駐中國市場，總部設在上海。迄今為止，梅塞爾集團在中國立了10家獨資企業和15家合資企業，其成功的運作豐富了公司在中國的經驗。公司在中國總投資額近10億美元，空氣分離設備數達31套，有2000多名員工，公司業務主要覆蓋西南、華南和華東地區。梅塞爾在中國的二氧化碳公司，四川美豐梅塞爾氣體產品有限公司產能達到10萬噸，梅塞爾氣體產品（南京）有限公司產能15萬噸，云南云天化梅塞爾氣體產品有限公司一期產能5萬噸。梅塞爾對中國市場的長期承諾和員工的不懈努力，使其完全有能力為客戶度身定制出各種解決方案。中國已日趨成為梅塞爾集團最重要也是發展最快的地區之一。梅塞爾將不斷加強對中國市場的關注，并努力將其世界級的專業技能和科學技術有效地應用到中國，梅塞爾中國團隊將繼續追求卓越運營，將最優質的產品和服務呈現給廣大客戶。

（如果您對以上內容感興趣，歡迎聯系梅塞爾集團中國總部高潔julia.gao@messer.com.cn ;季承cheng.ji@ messer.com.cn，聯系方式：021-23126666轉5043）