專利名稱：一種煤化工污水的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬煤化工行業(yè)污水處理領(lǐng)域，是煤化工行業(yè)污水處理技術(shù)中的突破，主要是應(yīng)用解決焦化等煤化工污水中大分子物質(zhì)難降解的問題，從而徹底解決了焦化行業(yè)的污水如何處理達(dá)標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用，也為解決煤化工(焦化、化肥、煤制油、甲醇、 煤焦油加工、粗苯加工)行業(yè)的污水處理提供了新的技術(shù)。
背景技術(shù)：
1、焦化廢水的產(chǎn)生
焦化廢水是焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的廢水，其主要來源有
1)剩余氨水，它是煤干餾及煤氣冷卻過程產(chǎn)生的污水；
2)煤氣凈化過程產(chǎn)生的污水，如煤氣終冷水和粗苯分離水等；
3)焦油、粗苯等精制過程及其他場合產(chǎn)生的污水。其中，剩余氨水占總污水量一半以上，也是氨氮主要來源。2、焦化污水的特點(diǎn)
1)水量比較穩(wěn)定，水質(zhì)則因煤質(zhì)不同、產(chǎn)品不同及加工工藝不同而異。
2)成份復(fù)雜，主要含有氨、氰化物、硫氫根等無機(jī)物，還有酚、苯、萘、吡啶、喹啉、蒽和其它芳香與稠環(huán)芳烴化合物以及煤焦油類物質(zhì)，屬于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水；廢水中的苯、三甲苯、萘、蒽、醌及雜環(huán)等物質(zhì)屬于抗生物降解物質(zhì)，這是構(gòu)成廢水中的主要COD物質(zhì)，其中， NH4+-N, PAHs、硫化物、苯類、有機(jī)氮類(吡唆、苯胺、喹啉、咔唑、噴哚等)、萘、蒽等成分危害更大。
3)廢水中COD較高，可生化性差，其BOD5與COD之比，一般為0.2 0. 3左右。4)焦化廢水中含NH3-N、TN(總氮)較高，如不增設(shè)脫氮處理或脫氮工藝運(yùn)行的不理想，難于達(dá)到規(guī)定排放要求。5)廢水毒性大，其中氰化物、芳環(huán)、稠環(huán)、雜環(huán)化合物對(duì)微生物有毒害作用，有些甚至在廢水中的濃度已超過微生物可耐受的極限。6)色度高，如沒有深度處理，色度達(dá)到稀釋倍數(shù)50的排放標(biāo)準(zhǔn)，是不可能。3、焦化污水難處理的原因
惰性有機(jī)污染物(大分子)的形成機(jī)理動(dòng)植物體在地下深埋幾百萬年經(jīng)歷了沒有微生物參與的多種物理化學(xué)過程，其化學(xué)反應(yīng)不同于自然界中有機(jī)物形成與轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程，即煤炭中含有的不降解或難降解的有機(jī)物是生物圈中所沒有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這些物質(zhì)對(duì)微生物表現(xiàn)為惰性。焦化污水是從具有上萬種組分的煤焦油及荒煤氣等煤的干餾產(chǎn)物中分離產(chǎn)生出來的。這眾多組分皆可按不同溶解度轉(zhuǎn)入污水中，其中，不僅含有大量無機(jī)物， 如氨、硫化物、氰化物、氯離子、硫氰離子以及硅、鈣、鐵、硼、鎂、鉀、鈉、鍺元素的化合物，而且所含的有機(jī)物更多。鞍山焦化耐火材料設(shè)計(jì)研究總院進(jìn)行的焦化污水組成分析表明污水中質(zhì)量濃度大于iyg/ L的有機(jī)物就有近千種，其中，不僅含有大量的酚、甲酚、萘酚等酸性有機(jī)物及吡啶、苯胺、喹啉、咔唑、吡啶等堿性含氮有機(jī)物，而且還含有大量芳烴及諸
4如BaP等稠環(huán)芳烴(PAH)。4、現(xiàn)有常規(guī)控制惰性有機(jī)污染物(大分子)的技術(shù)
由于焦化廢水中的污染物濃度大、有毒有害物質(zhì)種類多，故廢水原水直接進(jìn)入生物系統(tǒng)會(huì)對(duì)微生物構(gòu)成嚴(yán)重抑制。為了解決這個(gè)問題，國內(nèi)外較多企業(yè)普遍采用直接稀釋法或處理出水的回流稀釋法。一般在焦化廢水處理工程中沖洗壓濾機(jī)濾帶、配藥、化驗(yàn)室及生活用水不能稱為稀釋水，這部分水量占焦化廢水原水的20% 30%，且隨著焦化廢水處理工程規(guī)模的增大，這部分水所占比例相應(yīng)下降。有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，日本企業(yè)采用海水而美國企業(yè)采用湖水作為稀釋水。稀釋法雖然解決了生物過程的毒性抑制與排水中的局部指標(biāo)超標(biāo)的問題，但卻大幅度增加了污水量，從而增加污水處理系統(tǒng)投資，造成工程投資與運(yùn)行費(fèi)用居高不下。焦化廢水通過生物系統(tǒng)處理后，出水中仍然含有相當(dāng)一部分有機(jī)污染物，被稱為殘余有機(jī)污染物或惰性有機(jī)污染物，一般占焦化廢水有機(jī)物含量的5% 10%。這部分有機(jī)污染物在有限的HRT條件下不能被微生物所降解，在實(shí)際工程中表現(xiàn)為出水COD值超標(biāo)。5、根據(jù)控制的技術(shù)結(jié)合有機(jī)物的特點(diǎn)形成的現(xiàn)有常規(guī)工藝
目前，國內(nèi)外對(duì)焦化廢水的處理主要是以生化法為主，據(jù)專家分析，生化處理法是最經(jīng)濟(jì)和高效的方法。生化處理法具有處理水量大、運(yùn)行費(fèi)用低、去除污染范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)酚、 氰等污染物的處理效果較好。早期的焦化廠大多采用傳統(tǒng)活性污泥法處理焦化廢水，但是， 隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，制定了更為嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)傳統(tǒng)活性污泥法處理后的焦化廢水，已無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。90年代以來，各國在對(duì)焦化廢水的處理技術(shù)上都有所改進(jìn)，都在探討焦化廢水零排放的可能性。研究的重點(diǎn)主要集中在如下三個(gè)方面一是生物處理前的預(yù)處理方法；二是生物處理的強(qiáng)化；三是生化處理后的三級(jí)或深度處理。生物處理前的預(yù)處理方法通常是物理和化學(xué)方法，如氣浮法、吹脫法、混凝沉淀法、折點(diǎn)氯化法等，主要目的是使二級(jí)生化處理工藝的進(jìn)水達(dá)到可生化處理的范圍。在預(yù)處理工藝中，吹脫法主要是用于蒸氨，氣浮法用于除油，預(yù)處理工藝目前研究和應(yīng)用都比較成熟。目前焦化廢水處理的技術(shù)研究重點(diǎn)在生化處理和三級(jí)處理中。生化處理方法很多， 普通活性污泥法、AO法、A20法、MBR法，以及近年來出現(xiàn)的新技術(shù)，如生物強(qiáng)化法、SDN、HSB 等。國內(nèi)焦化廢水處理中AO是主流和主體工藝。A20、生物強(qiáng)化法、SDN、HSB都是在AO基礎(chǔ)上做的變形或改進(jìn)。過去，國內(nèi)外去除焦化廢水中的NH3-N和COD主要依靠活性污泥法，該方法可有效去除焦化廢水中的有毒物質(zhì)(酚、氰等)，但對(duì)于難降解的有機(jī)物和NH3-N的去除率則很低，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。鑒于此，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)焦化廢水中有機(jī)物和NH3-N的去除做了大量的研究和實(shí)踐，以找出切實(shí)可行的處理工藝來提高COD和NH3-N的去除率。 目前，人們對(duì)焦化廢水生物脫氮的研究和應(yīng)用主要集中于厭氧十缺氧/好氧(A2/ 0)和序批式間歇反應(yīng)器(SBR)工藝。其中A2/0工藝成為主要設(shè)計(jì)單位的首選推廣工藝，與普通生化處理工藝相比，A2/0法對(duì)氨氮的處理效果較好，而且對(duì)難降解有機(jī)物的去除能力較兩段式曝氣法有較大的提高，在90年代中期以后應(yīng)用較多。A2/0法的缺點(diǎn)是采用回流對(duì)進(jìn)水中的有毒物質(zhì)稀釋，使構(gòu)筑物體積成倍增加(兩段式曝氣法相比)，進(jìn)而導(dǎo)致投資費(fèi)用大幅增加，運(yùn)行費(fèi)提高。隨著全社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的重視，采用兩段式曝氣法其出水顯然不能符合國家要求。若利用A2/0法盡管COD去除率和氨氮去除率都有較大的提高，但出水仍然無法達(dá)到新廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB189 18-2002)要求，而且A2/0法要求回流，從而導(dǎo)致構(gòu)筑物體積增大數(shù)倍，占地面積增大，如現(xiàn)場面積較小，無空余場地可利用，A2/0法無法實(shí)施。可以說，A2/0法是一種成熟、不達(dá)標(biāo)的且成本高的焦化廢水處理工藝。針對(duì)以上問題，大力研究開發(fā)和推廣新的高效、經(jīng)濟(jì)的焦化廢水處理工藝勢在必行。 6、現(xiàn)有工藝共同的缺點(diǎn)
1)總是無法滿足日益提高的國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，由于焦化污水中NH3-N及BaP等致癌性芳烴及稠環(huán)芳烴的大量存在，普通的生化處理工藝已不能滿足環(huán)保要求。2)廢水毒性大，其中氰化物、硫氰化物、芳環(huán)、稠環(huán)、雜環(huán)化合物對(duì)微生物有毒害作用，有些甚至在廢水中的濃度已超過微生物可耐受的極限；為降低廢水毒性，均采用大量兌清水稀釋，既浪費(fèi)水資源，又把清水變?yōu)榱宋鬯?，有的兌水量達(dá)到污水量2倍以上，這樣雖然污水濃度降低，但污染物排放總量并沒減少。3)同行業(yè)中污水處理多采用“物化+生化+混凝”，以生化為主；生化采用“厭氧 +好氧”為主，厭氧的目的是使污水中難于生化的物質(zhì)打斷分子鏈或環(huán)狀，變成支鏈或短鏈烴，可事實(shí)上，厭氧的能力有限，惰性難降解的大分子有機(jī)物很難打斷分子鏈，好氧階段也無法去除大分子的有機(jī)物；
4)色度高，無法滿足排放要求；
5)在物化和混凝過程中，添加了許多的金屬離子，所以增加后序深度處理的難度和費(fèi)
用
難實(shí)現(xiàn)污水處理的資源化。6)為實(shí)現(xiàn)污水回用，深度處理多采用納濾和反滲透膜處理技術(shù)，生化加入的無機(jī)
鹽，造
產(chǎn)水率低，膜壽命短，出水含鹽仍然較高。CN101016174公開了一種實(shí)現(xiàn)“零排放”的焦化污水處理方法，包括蒸氨-汽化冷凝-生化處理-污水再利用步驟，該方法將蒸發(fā)后的濃縮液加固化劑固化后，摻入煤中，入焦?fàn)t焚燒，實(shí)現(xiàn)了 “零排放”。但是，該方法要求蒸氨后污水中的氨氮含量低于50mg/L，蒸發(fā)殘留濃縮液的體積不超過原有污水體積的5%，致使蒸發(fā)量過大，一方面是蒸發(fā)能耗偏高； 另一方面，過量蒸發(fā)會(huì)使蒸汽冷凝污水中的難于降解的大分子有機(jī)物含量過高，加大了生物處理的難度，而且，由于氨氮含量低于50mg/L，不利于生化降解，在進(jìn)行生化處理前，還需再增加氮源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在研發(fā)的過程中，分析物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)原理，分子量越大，分子間的力越強(qiáng)，物質(zhì)的沸點(diǎn)越高的基本知識(shí)，采用蒸發(fā)濃縮的技術(shù)，可使焦化污水中的大分子難降解的物質(zhì)和小分子易降解物質(zhì)相對(duì)分離，小分子有機(jī)物質(zhì)(一般指分子量低于150，沸點(diǎn)低于 120°C的有機(jī)物)較多的進(jìn)入冷凝污水中，進(jìn)一步進(jìn)行生化處理，相對(duì)較多的大分子有機(jī)物和鹽留在蒸餾的回流濃縮液中，從而使蒸發(fā)分離出來的冷凝污水的可生化性強(qiáng)，鹽度極低， 經(jīng)生化處理后，很容易達(dá)標(biāo)，所得凈化污水，可直接作為工藝水回收利用?，F(xiàn)有技術(shù)焦化污水的可生化性(B/C) —般在0. 2-0. 3左右，利用蒸發(fā)濃縮工藝后，冷凝污水的可生性(B/C) 可提高到0. 5以上，屬于易生化污水，同時(shí)解決色度和含鹽問題(污水中顯色劑、助色劑等大分子物質(zhì)和鹽一并分離出來)。本發(fā)明所述煤化工污水的處理方法，是一種將焦化污水部分汽化、冷凝、再生化處理的方法，包括焦化污水在蒸發(fā)器進(jìn)行部分蒸發(fā)汽化；所得汽化蒸汽作為熱源返回蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，同時(shí)冷凝為冷凝污水；冷凝污水送生化處理系統(tǒng)進(jìn)行生物降解處理；部分蒸發(fā)后殘留的污水濃縮液，作為回流濃縮液，返回循環(huán)氨水系統(tǒng)，在循環(huán)氨水冷卻焦化煤氣的過程中，回流濃縮液帶入的大分子物質(zhì)溶入煤焦油，之后煤焦油與氨水沉降分離，煤焦油排出外售。本發(fā)明所述煤化工污水處理方法中，所說的焦化污水的蒸發(fā)過程為部分蒸發(fā)汽化過程，所說的焦化污水蒸發(fā)的汽化量(即冷凝后待生化處理的冷凝污水量)控制為進(jìn)入蒸發(fā)器焦化污水總量的65-75%，其余25-35%的殘留液，作為回流濃縮液。本發(fā)明所述煤化工污水處理方法中，所說的蒸汽熱交換后冷凝所得的冷凝污水中的氨氮含量為150-250mg/L。本發(fā)明所述煤化工污水處理方法中，蒸汽熱交換后液化所得的冷凝污水中的有機(jī)物為原焦化污水中有機(jī)物總量的25-35%
本發(fā)明所述煤化工污水處理方法的具體流程和工藝參數(shù)如下 將在蒸氨塔底部排出的污水，送入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器壓力88-108KPa ，溫度 96-102 °C的條件下，進(jìn)行蒸發(fā)，控制進(jìn)入蒸發(fā)器污水量的65-75%作為蒸汽蒸出，其余 25-35%作為回流濃縮液，返回循環(huán)氨水中，在循環(huán)氨水冷卻焦化煤氣的過程中，回流濃縮液帶入的大分子物質(zhì)溶入煤焦油，之后煤焦油與氨水沉降分離，煤焦油排出外售。由蒸發(fā)器蒸出的蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)加壓至101_125KPa 使其溫度達(dá)到100_106°C 后，再作為熱源，通入蒸發(fā)器的加熱管，經(jīng)熱交換后冷凝所得的冷凝水，即是本發(fā)明所需要生化處理的冷凝污水，將其送入公知的運(yùn)行穩(wěn)定成熟的具有脫氨、脫硝功能的AO工藝設(shè)備中進(jìn)行生化處理，處理達(dá)標(biāo)的出水，經(jīng)過濾后，作為補(bǔ)充循環(huán)水，再返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用。上述所得冷凝污水中氨氮含量為150_250mg/L 有機(jī)物只占原污水中有機(jī)物含量的25-35%
系統(tǒng)處理污水量Q=20-30m7h 原污水進(jìn)水指標(biāo)PH=9-11 C0Dcr=3200-4500 mg/1 NH3-N=150-300 mg/1 BOD5= 960-1350mg/l 無機(jī)鹽=1200-1400 mg/1 出水指標(biāo)(除PH外，單位mg/l)
權(quán)利要求
1.一種煤化工污水的處理方法，其特征在于根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)形成原理，分子量大小與物質(zhì)沸點(diǎn)的直接關(guān)系，利用蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)，把焦化污水不能生化的惰性大分子物質(zhì)分離出來，提高污水的可生化性。
2.如權(quán)利要求1所述煤化工污水的處理方法，其特征在于根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)形成原理，分子量大小與物質(zhì)沸點(diǎn)的直接關(guān)系，利用蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)，把焦化污水中的色度包括染色劑、助色劑，與可生化的物質(zhì)分離。
3.如權(quán)利要求1所述煤化工污水的處理方法，其特征在于根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)形成原理，分子量大小與物質(zhì)沸點(diǎn)的直接關(guān)系，利用蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)，把焦化污水中鹽度降低，實(shí)現(xiàn)污水處理后回用于生產(chǎn)等各工段，真正意義上的污水資源化利用。
4.如權(quán)利要求1所述煤化工污水的處理方法，其特征在于根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)形成原理，分子量大小與物質(zhì)沸點(diǎn)的直接關(guān)系，利用蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)，處理煤化工行業(yè)任何一種因分子量不同引起的可生化差異的污水處理，為污水處理提供一種新的技術(shù)和思路。
5.如權(quán)利要求1所述煤化工污水的處理方法，其特征在于根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)形成原理，分子量大小與物質(zhì)沸點(diǎn)的直接關(guān)系，利用蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)，進(jìn)行物質(zhì)回收和分離技術(shù)，應(yīng)用于污水治理行業(yè)，實(shí)現(xiàn)廢水中有用物質(zhì)的回收和提純。
6.如權(quán)利要求1所述煤化工污水的處理方法，是一種將焦化污水部分汽化、冷凝、再生化處理的方法，其特征在于包括焦化污水在蒸發(fā)器進(jìn)行部分蒸發(fā)汽化；所得汽化蒸汽作為熱源返回蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，同時(shí)冷凝為冷凝污水；冷凝污水送生化處理系統(tǒng)進(jìn)行生物降解處理；部分蒸發(fā)后殘留的污水濃縮液，作為回流濃縮液，返回循環(huán)氨水系統(tǒng)，在循環(huán)氨水冷卻焦化煤氣的過程中，回流濃縮液帶入的大分子物質(zhì)溶入煤焦油，之后煤焦油與氨水沉降分離，煤焦油排出外售。
7.如權(quán)利要求1或6所述煤化工污水的處理方法，其特征在于所說的焦化污水的蒸發(fā)汽化量為進(jìn)入蒸發(fā)器焦化污水總量的65-75%。
8.如權(quán)利要求1或6所述煤化工污水的處理方法，其特征在于所說的經(jīng)蒸發(fā)器熱交換后冷凝所得的冷凝污水中的氨氮含量為150-250mg/L。
9.如權(quán)利要求1或6所述煤化工污水的處理方法，其特征在于所說的焦化污水處理方法的具體流程和工藝參數(shù)如下將蒸氨塔底部的外排焦化污水送入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器壓力88-108KPa，溫度 96-102 °C的條件下，進(jìn)行蒸發(fā)，控制進(jìn)入蒸發(fā)器污水量的65-75%作為蒸汽蒸出，其余 25-35%作為回流濃縮液，返回循環(huán)氨水系統(tǒng)，在循環(huán)氨水冷卻焦化煤氣的過程中，回流濃縮液帶入的大分子物質(zhì)溶入煤焦油，之后煤焦油與氨水沉降分離，煤焦油排出外售；由蒸發(fā)器蒸出的100°C蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)加壓至101-125KPa使其溫度達(dá)到100_106°C 后，再作為熱源，通入蒸發(fā)器的加熱管，經(jīng)熱交換后冷凝所得的冷凝水，即需要生化處理的冷凝污水，將其送入具有脫氨、脫硝功能的AO工藝設(shè)備中進(jìn)行生化處理，處理達(dá)標(biāo)的出水， 經(jīng)過濾后，作為補(bǔ)充循環(huán)水，再返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用。
10.如權(quán)利要求1或6所述煤化工污水的處理方法，其特征在于所說的焦化污水處理方法的具體流程和工藝參數(shù)如下將蒸氨塔塔底排出污水送入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器壓力IOlKPa,溫度100°C的條件下，進(jìn)行蒸發(fā)，控制進(jìn)入蒸發(fā)器污水量的70%作為蒸汽蒸出，其余30%作為回流濃縮液，返回循環(huán)氨水系統(tǒng)，在循環(huán)氨水冷卻焦化煤氣的過程中，回流濃縮液帶入的大分子物質(zhì)溶入煤焦油， 之后煤焦油與氨水沉降分離，煤焦油排出外售；由蒸發(fā)器蒸出的100°c蒸汽一經(jīng)壓縮機(jī)加壓至116KPa 使其溫度達(dá)到104°C后，再作為熱源，通入蒸發(fā)器的加熱管，經(jīng)熱交換后冷凝所得的冷凝水，即需要生化處理的冷凝污水，送入具有脫氨、脫硝功能的AO工藝設(shè)備中進(jìn)行生化處理，處理達(dá)標(biāo)的出水，經(jīng)過濾后， 作為補(bǔ)充循環(huán)水，再返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用。
全文摘要
本發(fā)明為一種煤化工污水的處理方法，是焦化行業(yè)污水處理的突破，主要解決焦化污水中大分子物質(zhì)難降解的問題。本發(fā)明在研發(fā)的過程中，分析物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)，分子量越大，分子間的力越強(qiáng)，物質(zhì)的沸點(diǎn)越高的基本原理，利用難降解物質(zhì)與易降解物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，采用蒸發(fā)濃縮的技術(shù)路線，分離出焦化污水中的難降解的物質(zhì)，而蒸發(fā)分離出來的含有小分子物質(zhì)的冷凝污水，可生化性強(qiáng)，鹽度低，將其進(jìn)行生化污水處理，易于達(dá)標(biāo)，可直接作為循環(huán)水補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)污水的資源化。本技術(shù)主要應(yīng)用于高濃度焦化污水處理行業(yè)，也可延伸到含有難降解物質(zhì)的煤化工行業(yè)的污水治理。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102351262SQ20111026899
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者楊保永, 范安林 申請(qǐng)人:金能科技有限責(zé)任公司