采用物化工藝對陜北蘭炭廢水進行預處理的 工程設計

謝建鋒，史劍鵬(陜西冶金設計研究院有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

國內蘭炭行業多集中于陜北、新疆等地區，蘭炭生產過程中產生的廢水量有機物濃度很高且成份復雜，含有高濃度石油類、揮發酚、多元酚、氨氮等成分，需要經過預處理后才能進行后續生化處理。本文以陜北某蘭炭廠污水處理工程設計為例進行工程分析，可作為后續污水處理和類似項目的參考。

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過內熱式直立炭化爐干餾后成為蘭炭。在生產過程中煤先經過干燥后脫除并收到基水份，后經過中高溫干餾(650～750 ℃)產生了大量的熱解水，這些水以水蒸氣形式進入荒煤氣，經過冷凝后隨著干餾產生的煤焦油、氨等成分最終匯集至焦油氨水分離罐區[1]。經過分離后的剩余氨水作為蘭炭廢水送往廢水處理站，處理達標后送往炭化爐底進行熄焦回用。

1.2 廢水水質與水量

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

表1 設計進水水質(mg/L)

1.3 設計出水水質

根據要求，本工程最終出水指標應滿足國家標準《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB 16171—2012)表2中間接排放標準要求，但是物化預處理只需要將原水處理至后續生化處理可接受范圍內即可，具體如表2所示。

表2 設計出水水質(mg/L)

2 工程設計

2.1 物化預處理

2.1.1 除油塵工序

本工程廢水中的油類污染物質，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、懸浮顆粒物進行去除，并收集于油罐內儲存。其次廢水進入溶氣氣浮裝置內進行氣浮除油。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微顆粒凝聚成疏水的絮狀物，并使其與大量細微氣泡充分接觸后，形成良好的氣泡－絮狀物結合體，達到去除分散油、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，經微孔陶瓷膜過濾管滲透到上層過濾區并經出液口排出，同時將雜質截留下來并沉積在沉渣區，積聚一定量時由排污口排出。在此工序中，不能有效去除溶解油，需要在后續除氨脫酚工序中進行去除。

2.1.2 除氨脫酚工序

經過除油塵工序后，廢水經過脫酸塔進料預熱器與脫酸塔塔釜液換熱后進入脫酸塔。塔頂氣相作為酸性氣，外送至界區。脫酸塔塔釜液經一系列回收熱量后，進脫氨塔。利用泵送入脫酸塔內，廢水中酸性氣體(CO2、H2S等)從塔頂排出，送往廠內硫磺裝置。塔底中廢水通過pH值調節后進入脫氨塔內。脫氨塔頂氣體通過一級冷凝器，用循環水進行冷凝，冷凝后的氣液混合物依次進入三級分離器，其中一部分冷凝液經泵回流至脫氨塔，剩余部分進入進入氨氣凈化塔的底部。氨氣凈化塔塔頂采出氨氣進入氨分離器，分離出液相，閃出的氣相進入脫硫塔底部。氨氣內少量的硫化氫氣體被脫硫塔內填充的脫硫劑吸附，塔頂得到較高純度的氨氣，進入捕霧器，分離出液相，其氣相進入氨吸收塔底部，經過水吸收后回收制成濃氨水，送往廠內鍋爐裝置，作為脫硫劑使用。

脫氨塔底廢水送往萃取塔，在管線內加入98%的濃硫酸，物料與濃硫酸經過靜態混合器混合均勻，利用在線監測pH計去控制物料pH保持在6左右。調節好pH后，污水進入過濾器，濾除廢水中的絮狀固體，之后進入萃取塔頂部，萃取劑從萃取塔的底部進入，在塔內與萃取溶劑充分接觸。經過兩級萃取后，廢水中的揮發酚、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行分離，使萃取劑循環使用，同時總酚和溶解油回收為酚油產品送往廠區內焦油罐區，水相(萃余相)送往水塔。在水塔內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 工藝設計分析

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到90%以上，否則焦油含量過高，則導致后續塔器設備堵塞而無法正常運行。陶瓷膜過濾管為均勻立體網孔結構微孔膜，廢水需要先通過重力、氣浮除油后才能進入陶瓷膜過濾器，可確保陶瓷膜過濾器穩定運行。廢水中含由大量CO2、H2S等酸性氣體，需要先經過脫酸塔處理，否則容易和氨等形成結晶鹽堵塞塔器設備而無法正常運行[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，經加熱也仍較難分解，故需加入強堿如NaOH等先將固定銨鹽分解為游離氨后，再進行蒸餾才能回收氨產品。

根據蒸餾設備操作壓力的不同，氨水蒸餾技術可分為常壓工藝和真空負壓工藝；根據熱源類型為劃分依據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品(質量分數20%)可送往鍋爐裝置進行脫硫脫硝使用。

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萃取溶劑和水中的溶解度之差，將酚從廢水中提取而進入有機溶劑中，從而同水有效分離。萃取劑的選取需滿足以下特點：萃取分配系數高；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；化學性質穩定，在高溫時能保持穩定的狀態，不易與被萃取物及水反應；回收方便容易。

溶劑油(萃取劑)必須回收徹底，防止溶劑油進入廢水中，減少溶劑油損失并保證后續生化處理進水水質要求。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品，送往焦油罐區。

設計中主要設備選用如表3所示。

表3 主要工藝設備參數表

通過除油塵、除氨脫酚后可回收焦油產品、濃氨水、酚油等產品，產品回收率達到80%～90%。廢水中CODcr、氨氮等指標降低，可送往后續進行生化處理。本工程主要產品及藥劑消耗如表4及表5所示。

表4 產品產量表

表5 主要藥劑及蒸汽消耗表

另外萃取工藝中循環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水總量約為700 000～1 100 000 kg/h。由于本工程各類動力消耗較大，且廢水水量和水質變化較大，泵類設備均需采用變頻調節，不僅節省電能，也能保證足夠的彈性操作區間，使設備和各類藥劑消耗與水質水量變化相適應。

3 結語

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

(2)物化預處理工藝能回收蘭炭廢水中的焦油、酚油、濃氨水等產品，產品回收率達到80%～90%。