采用物化工藝對陜北蘭炭廢水進(jìn)行預(yù)處理的 工程設(shè)計(jì)

謝建鋒，史劍鵬(陜西冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

國內(nèi)蘭炭行業(yè)多集中于陜北、新疆等地區(qū)，蘭炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水量有機(jī)物濃度很高且成份復(fù)雜，含有高濃度石油類、揮發(fā)酚、多元酚、氨氮等成分，需要經(jīng)過預(yù)處理后才能進(jìn)行后續(xù)生化處理。本文以陜北某蘭炭廠污水處理工程設(shè)計(jì)為例進(jìn)行工程分析，可作為后續(xù)污水處理和類似項(xiàng)目的參考。

1 工程概況

1.1 廢水來源

陜北榆林市某地蘭炭廠利用原煤經(jīng)過內(nèi)熱式直立炭化爐干餾后成為蘭炭。在生產(chǎn)過程中煤先經(jīng)過干燥后脫除并收到基水份，后經(jīng)過中高溫干餾(650～750 ℃)產(chǎn)生了大量的熱解水，這些水以水蒸氣形式進(jìn)入荒煤氣，經(jīng)過冷凝后隨著干餾產(chǎn)生的煤焦油、氨等成分最終匯集至焦油氨水分離罐區(qū)[1]。經(jīng)過分離后的剩余氨水作為蘭炭廢水送往廢水處理站，處理達(dá)標(biāo)后送往炭化爐底進(jìn)行熄焦回用。

1.2 廢水水質(zhì)與水量

本工程廢水主要來自焦油氨水分離罐區(qū)剩余氨水罐，廢水量為40 m3/h，其水質(zhì)指標(biāo)具體如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)(mg/L)

1.3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

根據(jù)要求，本工程最終出水指標(biāo)應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171—2012)表2中間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但是物化預(yù)處理只需要將原水處理至后續(xù)生化處理可接受范圍內(nèi)即可，具體如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)(mg/L)

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 物化預(yù)處理

2.1.1 除油塵工序

本工程廢水中的油類污染物質(zhì)，可分為浮上油、分散油、乳化油、溶解油四部分。本工序采用“重力隔油+氣浮除油+陶瓷過濾”的工藝方法。

首先采用平流式重力隔油池，對油滴粒徑大于60 μm的浮上油和部分分散油、懸浮顆粒物進(jìn)行去除，并收集于油罐內(nèi)儲存。其次廢水進(jìn)入溶氣氣浮裝置內(nèi)進(jìn)行氣浮除油。通過在廢水中投加破乳劑和絮凝劑使分散油珠、乳化油珠以及密度接近于水的懸浮狀細(xì)微顆粒凝聚成疏水的絮狀物，并使其與大量細(xì)微氣泡充分接觸后，形成良好的氣泡－絮狀物結(jié)合體，達(dá)到去除分散油、乳化油的目的。最后采用陶瓷過濾裝置，使廢水在外壓作用下，經(jīng)微孔陶瓷膜過濾管滲透到上層過濾區(qū)并經(jīng)出液口排出，同時(shí)將雜質(zhì)截留下來并沉積在沉渣區(qū)，積聚一定量時(shí)由排污口排出。在此工序中，不能有效去除溶解油，需要在后續(xù)除氨脫酚工序中進(jìn)行去除。

2.1.2 除氨脫酚工序

經(jīng)過除油塵工序后，廢水經(jīng)過脫酸塔進(jìn)料預(yù)熱器與脫酸塔塔釜液換熱后進(jìn)入脫酸塔。塔頂氣相作為酸性氣，外送至界區(qū)。脫酸塔塔釜液經(jīng)一系列回收熱量后，進(jìn)脫氨塔。利用泵送入脫酸塔內(nèi)，廢水中酸性氣體(CO2、H2S等)從塔頂排出，送往廠內(nèi)硫磺裝置。塔底中廢水通過pH值調(diào)節(jié)后進(jìn)入脫氨塔內(nèi)。脫氨塔頂氣體通過一級冷凝器，用循環(huán)水進(jìn)行冷凝，冷凝后的氣液混合物依次進(jìn)入三級分離器，其中一部分冷凝液經(jīng)泵回流至脫氨塔，剩余部分進(jìn)入進(jìn)入氨氣凈化塔的底部。氨氣凈化塔塔頂采出氨氣進(jìn)入氨分離器，分離出液相，閃出的氣相進(jìn)入脫硫塔底部。氨氣內(nèi)少量的硫化氫氣體被脫硫塔內(nèi)填充的脫硫劑吸附，塔頂?shù)玫捷^高純度的氨氣，進(jìn)入捕霧器，分離出液相，其氣相進(jìn)入氨吸收塔底部，經(jīng)過水吸收后回收制成濃氨水，送往廠內(nèi)鍋爐裝置，作為脫硫劑使用。

脫氨塔底廢水送往萃取塔，在管線內(nèi)加入98%的濃硫酸，物料與濃硫酸經(jīng)過靜態(tài)混合器混合均勻，利用在線監(jiān)測pH計(jì)去控制物料pH保持在6左右。調(diào)節(jié)好pH后，污水進(jìn)入過濾器，濾除廢水中的絮狀固體，之后進(jìn)入萃取塔頂部，萃取劑從萃取塔的底部進(jìn)入，在塔內(nèi)與萃取溶劑充分接觸。經(jīng)過兩級萃取后，廢水中的揮發(fā)酚、多元酚、溶劑油等成分被萃取變成油相(酚、溶解油、萃取劑)；利用水相和油之間相存在的密度差，使油相上升至萃取塔上部并送往酚塔進(jìn)行分離，使萃取劑循環(huán)使用，同時(shí)總酚和溶解油回收為酚油產(chǎn)品送往廠區(qū)內(nèi)焦油罐區(qū)，水相(萃余相)送往水塔。在水塔內(nèi)廢水中剩余的萃取劑被回收，剩余的廢水被送往生化裝置。具體流程如圖1所示。

圖1 除氨脫酚主要工藝流程圖

2.2 工藝設(shè)計(jì)分析

本工程蘭炭廢水中焦油含量和蘭炭顆粒較多，且焦油與水密度接近，很難分離，因此除油工藝采用了“重力隔油+氣浮除油+陶瓷過濾”三級除油，目的在于確保廢水中焦油去除率達(dá)到90%以上，否則焦油含量過高，則導(dǎo)致后續(xù)塔器設(shè)備堵塞而無法正常運(yùn)行。陶瓷膜過濾管為均勻立體網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)微孔膜，廢水需要先通過重力、氣浮除油后才能進(jìn)入陶瓷膜過濾器，可確保陶瓷膜過濾器穩(wěn)定運(yùn)行。廢水中含由大量CO2、H2S等酸性氣體，需要先經(jīng)過脫酸塔處理，否則容易和氨等形成結(jié)晶鹽堵塞塔器設(shè)備而無法正常運(yùn)行[2]。

廢水中氨氮含量較高，包含游離氨和固定銨鹽，且具一定的回收價(jià)值，固定銨鹽主要包括(NH4)2S O4、NH4CNS、(NH4)2S2O3、NH4CL等不易分解性銨鹽，這些固定銨鹽溶于水后，經(jīng)加熱也仍較難分解，故需加入強(qiáng)堿如NaOH等先將固定銨鹽分解為游離氨后，再進(jìn)行蒸餾才能回收氨產(chǎn)品。

根據(jù)蒸餾設(shè)備操作壓力的不同，氨水蒸餾技術(shù)可分為常壓工藝和真空負(fù)壓工藝；根據(jù)熱源類型為劃分依據(jù)可分為汽提法和爐式加熱法工藝。本工程采用間接蒸氨方式，即用加熱爐(蒸汽盤管)作為熱源對塔底的物料進(jìn)行間接加熱，且蒸汽冷凝液全部回收再利用，回收得到的濃氨水產(chǎn)品(質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%)可送往鍋爐裝置進(jìn)行脫硫脫硝使用。

本工程廢水中總酚含量較高，包含單元酚和多元酚，具有較大的回收價(jià)值，可采用溶劑油萃取方式。主要是利用酚在難溶于水的有機(jī)萃取溶劑和水中的溶解度之差，將酚從廢水中提取而進(jìn)入有機(jī)溶劑中，從而同水有效分離。萃取劑的選取需滿足以下特點(diǎn)：萃取分配系數(shù)高；酚在萃取劑中的溶解度大；在水中溶解度小，且與水的密度差異大，容易分離；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫時(shí)能保持穩(wěn)定的狀態(tài)，不易與被萃取物及水反應(yīng)；回收方便容易。

溶劑油(萃取劑)必須回收徹底，防止溶劑油進(jìn)入廢水中，減少溶劑油損失并保證后續(xù)生化處理進(jìn)水水質(zhì)要求。在除油部分中未能去除的溶解油和廢水中粗酚一起回收為酚油產(chǎn)品，送往焦油罐區(qū)。

設(shè)計(jì)中主要設(shè)備選用如表3所示。

表3 主要工藝設(shè)備參數(shù)表

通過除油塵、除氨脫酚后可回收焦油產(chǎn)品、濃氨水、酚油等產(chǎn)品，產(chǎn)品回收率達(dá)到80%～90%。廢水中CODcr、氨氮等指標(biāo)降低，可送往后續(xù)進(jìn)行生化處理。本工程主要產(chǎn)品及藥劑消耗如表4及表5所示。

表4 產(chǎn)品產(chǎn)量表

表5 主要藥劑及蒸汽消耗表

另外萃取工藝中循環(huán)使用的酮類萃取劑流量約為12 000～18 000 kg/h，各類塔釜換熱器所需循環(huán)水總量約為700 000～1 100 000 kg/h。由于本工程各類動(dòng)力消耗較大，且廢水水量和水質(zhì)變化較大，泵類設(shè)備均需采用變頻調(diào)節(jié)，不僅節(jié)省電能，也能保證足夠的彈性操作區(qū)間，使設(shè)備和各類藥劑消耗與水質(zhì)水量變化相適應(yīng)。

3 結(jié)語

(1)通過采用除油塵、除氨脫酚工藝對蘭炭廢水進(jìn)行物化預(yù)處理，使出水能達(dá)到生化處理進(jìn)水水質(zhì)要求。

(2)物化預(yù)處理工藝能回收蘭炭廢水中的焦油、酚油、濃氨水等產(chǎn)品，產(chǎn)品回收率達(dá)到80%～90%。