煤氣化灰水處理回用技術應用總結

王玉陳

(安徽昊源化工集團有限公司，安徽阜陽 236056)

安徽昊源化工集團有限公司(以下簡稱昊源化工)有2套航天爐系統，航天爐粉煤加壓氣化裝置運行時會產生大量的灰水，為滿足循環系統中水質的要求，避免水中的堿度、硬度和含鹽量持續升高，需從灰水系統外排水近130 m3/h；外排后，采用脫鹽水來補充循環系統，外排的水因堿度、硬度和含鹽量較高，對灰水系統的外排水進行處理后再回用于系統中，以回用水質指標要求來決定所需處理的水量，處理后的水回用到系統，并與系統未處理過的水進行混合，以滿足循環用灰水的水質要求。該灰水的特點是“三高”水質，即高溫、高硬度、高含鹽量。在煤化工行業，此種灰水處理難度比較大，具有較大的挑戰性，到目前為止，尚沒有非常成功的工程案例。

本著節水降耗的原則，減少脫鹽水的補充量和外排水量，降低污水處理設施的負荷，昊源化工實施煤氣化灰水處理回用技術的研究項目，在確保灰水系統的水質對系統不結垢、不腐蝕、具有軟化功能的前提下，一是可以達到節水降耗減少排水量；二是要提高氣化爐的換熱效率，保持灰水的溫度最低限度的降低，確保氣化爐的穩定運行和系統的節能降耗；三是通過灰水的回用處理后，設備產水代替脫鹽水作為工藝補水，同時減少外排水量，節約運行成本和生產成本[1-2]。

1 項目主要內容

(1) 混合絮凝反應池采用旋流絮凝技術，作為電凝聚絮凝反應池。

(2) 沉淀部分采用斜管斜板沉淀池，設有分格排泥斗、排泥管及排泥閥門，產生的污泥沉降性好，有利于后段懸浮物的去除。

(3) 將該套水處理裝置由原先的低溫水系統創新性地運用到了溫度較高的灰水系統，達到了灰水系統的除硬要求。

2 主要工藝流程

圖1 主要工藝流程

主要工藝流程如圖1所示。氣化灰水從沉降槽溢流入灰水處理設備，設備為鋼結構一體化形式，分為電絮凝反應池、斜板沉淀池兩部分。在電絮凝反應池內放置電絮凝反應器并對其進行加電，在電場作用下，產生高活性吸附基團，吸附水中的膠體顆粒、懸浮物、非溶解性有機物、重金屬離子、SiO2等雜質，形成較大的絮凝體結構從水中析出。在整個處理過程中始終存在電場作用、絮凝作用、吸附架橋作用和網捕卷掃作用等。同時，利用調節反應池的pH，使水中的鈣、鎂結垢性離子以不溶態化合物析出，再被電解析出的高效吸附基團吸附，形成較大的絮體團，從而與水分離去除[3]。

經電絮凝反應池處理后的水進入一體化設置的高效斜管沉淀池中，沉淀池利用淺層沉淀原理設計采用高效斜板沉淀池的形式，反應形成的絮凝體經沉淀池沉淀下來。在灰水處理一體化設備正下方設一污泥池，反應池和沉淀池下設排泥斗，定時排放泥斗內污水至污泥池，污泥池中的上清液進行污泥回流，由污泥泵送至過濾機。

依據水處理的工藝過程，由PLC控制系統對各個工藝單元進行協調、管理、控制。系統監視包括：水池液位、泵啟停、反應池排污、沉淀池排污、加藥控制系統，所有泵和氣動閥的手、自動操作，現場參數的實時顯示、記錄以及整個系統運行狀況。

3 解決的關鍵問題及創新點

(1) 混合絮凝反應池采用旋流絮凝技術，作為電凝聚絮凝反應池。電絮凝反應是工藝的技術關鍵，與普通混合絮凝反應不同的是系統綜合了加電、曝氣、調節pH、電場等多個凈化過程，是灰水處理技術的核心部分。

電絮凝池第1格和第2格設電極板加電，在電場作用下，產生高活性吸附基團，吸附水中的膠體顆粒、懸浮物、非溶解性有機物(COD)、重金屬離子、SiO2等雜質，形成較大的絮凝體結構從水中析出，從而去除水中部分硬度，通過絮凝起到一定的除硬、除濁功效。

(2) 利用旋流理論與電化學在線原位產生高活性絮凝核相結合，使得絮凝核均勻分布，起到對碳酸鈣和氫氧化鎂較強的吸附作用，提高軟化效率。

(3) 反應池第3格設計為中桶結構，加堿調節pH，加曝氣攪拌、氧化，既增強混合效果，又不影響絮凝作用。其主要作用有：①去除水中的濁度；②去除有機物質，如COD等；③去除水中重金屬離子；④去除水中的懸浮物。

(4) 沉淀部分采用斜管斜板沉淀池，設有分格排泥斗、排泥管及排泥閥門，其處理能力是平流式沉淀池的3～5倍，是加速澄清池和脈沖澄清池的2～3倍。其產生的污泥沉降性好，有利于后段懸浮物的去除。

(5) 電化學反應區采用穿孔旋流反應器，加快反應速度，有利于沉淀的生成。

(6) 分離沉降區通過設計上升流速和沉降流速，通過排污控制懸泥層，形成的懸泥層可提高凈化效果。

(7) 排污采用多斗形式，有利于污泥的沉降和實現自動排泥，在工程上可連續穩定運行。

(8) 設有系統監控，監控對象由反應池控制單元、沉淀池控制單元和回用水池pH控制單元組成。

反應池控制單元：①原水進入一體化的流量計，經流量計輸出的流量信號，由設在反應池內的pH計檢測出pH，然后送入控制器，自動調整加堿泵流量，使反應池內pH達到設定要求，操作方便。②池內設有電極，由電源柜提供高頻脈沖電源，根據工藝要求可改變其電流大小及電壓幅值，并由PLC柜控制其正負極定時倒極、過流或短路等故障報警，安全性高。③反應池下部設有3個排污氣動閥，根據工藝要求由PLC控制定時開閉，并有開閉狀態反饋和故障報警。

沉淀池控制單元：在沉淀池下部設有8個排污氣動閥，根據工藝要求由PLC控制定時排放，并有開閉狀態反饋和故障報警。

回用水池pH控制單元：在一體化過濾出水處加酸，經混合后由回用水池pH計檢測出水的pH，后送入控制器，根據設定值和出水pH自動調整加酸泵的流量，使pH合格的水進入回用水池。

4 效益分析

該煤氣化灰水處理回用項目自2016年6月建成投運以來，運行穩定，項目實施前、后的工藝參數對比見表1。

表1 項目實施前、后的工藝參數對比

由表1數據可知：本項目可節約大量脫鹽水(外排水量減少40 m3/h)，又節約了大量的能量。該裝置每年可減少向污水處理站排放污水320 kt，同時減少向循環水系統補充脫鹽水320 kt，節約了大量的水資源，減輕了環保壓力，每年節約成本440.01萬元，具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益。

參考文獻

[1] 李海曙.SBR法處理煤氣化灰水[J].工業水處理，2007，27(1)：69- 72.

[2] 王建軍，張國連，叢玉梅.國內幾種氣化灰水(黑水)系統的運行評價[J].化肥工業，2007，34(2)：37- 40.

[3] 臧立彬.水煤漿加壓氣化黑灰水系統專用分散劑NKC- 920A的應用及研究[J].工業水處理，2006，26(8)：87- 89.