公布日：2023.11.14
申請日：2023.10.13
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F5/02(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N
摘要
本發明公開一種煤制氣廢水的中水回用處理工藝，涉及環境保護與污水處理技術領域。本發明公開的煤制氣廢水的中水回用處理工藝包括：將氣化廢水進行部分除硬后，硬度控制在500‑800mg/L，并和生產廢水與生活污水一起進行改進的二級A/O生化處理，達到超低排放水質標準后與脫鹽水站排水和循環水排污水一起，進行徹底除硬，然后依次通過V型濾池、中間清水池、自清洗過濾器、超濾裝置、超濾產水池、保安過濾器、增程反滲透裝置，處理后的產水進入回用水池，達到滿足工廠中水回用水質標準。本發明采取的分質組合和多級處理工藝，可以實現經濟、高效、穩定的煤制氣廢水的中水回用處理目標，節約能量和藥劑的消耗，節約建設成本，最大限度地實現節水的目的。
權利要求書
1.一種煤制氣廢水的中水回用處理工藝，其特征在于，具體包括以下在步驟：S1.將煤制氣廢水送入一級高效軟化沉淀池中，進行部分除硬，將出水濃度控制在500～800mg/L，隨后與合成氨廢水一起送入調節池；所述一級高效軟化沉淀池和二級高效軟化沉淀池中的除硬試劑為氫氧化鈉和碳酸鈉混合試劑；除硬試劑中氫氧化鈉和碳酸鈉的摩爾比為1:1，除硬試劑的添加量為每去除1kg硬度，按鈣離子計算，需要1.8kg除硬劑；S2.將調節池中的廢水送入換熱器中進行冷卻，隨后進入生化處理系統進行處理，然后將生化處理后的出水送入二沉池進行沉淀，沉淀后的上清液送入清水池；所述生化處理系統為二級A/O處理工藝，具體工藝流程為：冷卻后的廢水進入一級缺氧復合反應器，與一級好氧處理后的內回流的硝化液和二沉池污泥回流的污泥混合，進行脫氮反應；隨后進入一級好氧倍增復合反應器，投加堿液，在硝化菌的作用下進行硝化反應；然后將一級好氧處理后的廢水送入二級缺氧復合反應器，進行COD降解和脫氮處理，同時補充少量碳源；經二級缺氧處理的廢水進入二級好氧倍增復合反應器進行好氧處理，獲得低COD濃度出水；所述一級好氧倍增復合反應器和二級好氧倍增復合反應器中的曝氣裝置采用旋流氣升曝氣器；所述一級缺氧復合反應器的進水還包括經格柵除雜后的生活污水和地面沖洗水；S3.將清水池的清水與脫鹽水站的排水、循環冷卻系統的排污水一起，送入中水調節池進行混合，然后泵入二級高效軟化沉淀池中進行徹底除硬；S4.將徹底除硬后的廢水送入V型濾池，濾除廢水中的殘余的懸浮固體，再依次進入中間清水池和自清洗過濾器，濾除逸出的固形物；隨后依次進入超濾裝置、超濾產水池、保安過濾器，逐級過濾微米級、亞微米級顆粒，凈化廢水；S5.保安過濾器的出水經增程反滲透裝置進行脫鹽處理，產水匯入回用清水池進行回用，濃水進入后續零排放處理裝置進行處理。
2.根據權利要求1所述的煤制氣廢水的中水回用處理工藝，其特征在于，所述一級高效軟化沉淀池和二級高效軟化沉淀池除硬產生的污泥進入化學污泥池，經生化污泥脫水系統進行污泥脫水，脫水污泥外送進行處置。
3.根據權利要求1所述的煤制氣廢水的中水回用處理工藝，其特征在于，所述步驟S2中，二沉池中沉淀后得到的部分污泥作為回流污泥回到第一級缺氧復合反應器進行反硝化和污泥補充，剩余污泥送入污泥濃縮池進行收集，然后進入生化污泥脫水系統進行污泥脫水，脫水污泥外送進行處置。
4.根據權利要求1所述的煤制氣廢水的中水回用處理工藝，其特征在于，所述步驟S4中，將V型濾池處理后的清水通過反洗泵泵入V型濾池底部而進行反洗，獲得V型濾池的反洗廢水；將超濾產水池中的清水通過反洗泵泵入超濾裝置底部而進行反洗，獲得超濾裝置的反洗廢水；所述V型濾池和超濾裝置的反洗廢水排入中水調節池，而后與廠內脫鹽水站的排水和循環冷卻系統的排污水以及清水池的清水一起進入二級高效軟化沉淀池進行固液分離，沉淀產生的污泥經排泥泵混入化學污泥池，并進行脫水后外運。
5.根據權利要求1所述的煤制氣廢水的中水回用處理工藝，其特征在于，所述步驟S4中，所述保安過濾器的進水中需投加還原劑、阻垢劑和非氧化殺菌劑。
6.根據權利要求1所述的煤制氣廢水的中水回用處理工藝，其特征在于，所述步驟S5中，所述增程反滲透裝置包括回用反滲透裝置和濃水反滲透裝置；所述保安過濾器出水進入回用反滲透裝置，經脫鹽處理后，濃水進入濃水反滲透裝置進一步進行脫鹽處理，產水與回用反滲透裝置的產水一起匯入回用清水池進行回用，濃水進入后續零排放處理裝置進行處理。
發明內容
本發明的目的在于提供一種經濟、高效、穩定的煤氣化廢水的中水回用處理工藝，處理后的廢水能直接用作循環冷卻水的補充。
為了實現本發明的目的，本發明提供了一種煤制氣廢水的中水回用處理工藝，具體包括以下在步驟：
S1.將煤制氣廢水（即氣化廢水）送入一級高效軟化沉淀池中，進行部分除硬，將出水濃度控制在500～800mg/L，隨后與合成氨廢水一起送入調節池。
氣化廢水中主要含有甲醇，可生化性較好，氨氮濃度高。少量從變換裝置、脫氨裝置、以及脫硫脫碳裝置中出來的廢水（即合成氨廢水），其B/C較低，可生化性較差，將這些B/C較低的廢水混入氣化廢水中一起經過二級A/O生化處理工藝進行處理。
氣化廢水雖然可生化性較好，但含有較高濃度的硬度，硬度可達到1500甚至2000mg/L以上，會對后續處理產生不良影響，因此在混入其它廢水進行處理之前先進行除硬。氣化廢水中還存在大量分散劑，徹底除硬時將需要大量的除硬藥劑。本發明首先對氣化廢水進行部分除硬，將硬度控制在500～800mg/L以內，以不影響生化處理為準。這樣一方面可以減少因除硬造成的可生化COD的損失，因為大量的除硬污泥必然會造成一部分有機性懸浮固體一起沉淀，從而增加化學污泥量和化學污泥的處理難度；盡量讓有機物保留在廢水中，通過生化法進行處理，整體上可以降低廢水處理的成本。另一方面可大大減少除硬藥劑的投加量，并減少引入廢水中離子濃度，減輕后續中水回用段的處理壓力。
S2.將調節池中的廢水送入換熱器中進行冷卻，降溫至35℃以下，隨后進入生化處理系統進行處理，然后將生化處理后的出水送入二沉池進行沉淀，沉淀后的上清液送入清水池。
S3.因廠內脫鹽水站的排水和循環冷卻系統的排污水的COD濃度比較低，則將其與清水池的清水（即達標排放處理的處理水）一起，送入中水調節池進行混合，然后通過潛水泵提升至二級高效軟化沉淀池中進行徹底除硬。
廠內脫鹽水站的排水（即過濾裝置的反洗水和反滲透裝置的濃鹽水）和循環冷卻系統的排污水，這些廢水所含的成分以無機鹽類為主，鈣和鎂所組成的硬度仍然比較高，容易造成管道和后續過濾單元的結垢，所以首先設置高效軟化沉淀池進行徹底除硬，除硬處理雖然不會有效降低廢水的總固體含量，但是用鈉離子替換掉鈣鎂離子，可以促進后續各類過濾和反滲透裝置的運行效率。
S4.將徹底除硬后的廢水送入V型濾池，濾除廢水中的殘余的懸浮固體，再依次進入中間清水池和自清洗過濾器，濾除逸出的固形物；隨后依次進入超濾裝置、超濾產水池、保安過濾器，逐級過濾微米級、亞微米級顆粒，凈化廢水。
V型濾池用于濾除廢水中殘余的懸浮固體，采用V型濾池比常規的多介質快濾池有更長的過濾周期，反清洗也更加徹底，尤其適用于水量大，含懸浮固體濃度高的廢水的處理，占地面積也相對小。
自清洗過濾器起到保障作用，將V型濾池出水中逃逸的細砂、沉淀物等固形物過濾掉。
超濾裝置進一步過濾細菌、病毒、大分子有機物等亞微米級的顆粒物。
保安過濾器（又稱作精密過濾器），筒體外殼一般采用不銹鋼材質制造，內部采用熔噴、線燒、折疊、鈦濾芯、活性炭濾芯等管狀濾芯作為過濾元件，根據不同的過濾介質及設計工藝選擇不同的過濾元件，以達到出水水質的要求。按材質不同有不同的濾芯，如聚四氟乙烯膜(PTFE)濾芯、聚硐膜(HE)濾芯、聚丙烯膜(PP)濾芯、醋酸纖維膜(CN-CA)濾芯等，過濾精度從0.1～20μm，能有效過濾0.01微米以上顆粒。由于保安過濾器設計比較精巧，濾芯的價格也比較便宜，在本發明中用作對增程反滲透裝置的保護，防止因超濾膜的破損所帶來的少量顆粒物泄漏和微生物進入反滲透裝置，確保反滲透膜的正常運行。
S5.保安過濾器的出水經增程反滲透裝置進行脫鹽處理，產水匯入回用清水池，并送入各回用水使用點進行回用，濃水進入后續零排放處理裝置進行處理。
增程反滲透裝置截留納米級甚至亞納米級的顆粒，反滲透膜的孔徑只有數納米，因此只有水等小分子的成分能透過反滲透膜，而分子大小大于0.1納米的物質被截留在膜的一側，得到濃縮，反滲透系統能有效地除去水體中絕大部分可溶性鹽分、有機物、細菌、膠體及大分子量的有機物，其脫鹽率達到99%以上。反滲透運行過程中除清洗時使用少量藥劑外，運行過程基本不產生酸堿廢水，且出水水質穩定可靠，運行費用低。
進一步的，所述一級高效軟化沉淀池和二級高效軟化沉淀池中的除硬試劑為氫氧化鈉和碳酸鈉混合試劑。
優選的，除硬試劑中氫氧化鈉和碳酸鈉的摩爾比為1:1，除硬試劑的添加量為每去除1kg硬度（按鈣離子計算）大致需要1.8kg除硬劑。具體添加量需要根據試驗決定，即根據除硬程度或出水濃度進行測定。
傳統的除硬藥劑主要采用石灰Ca(OH)2、碳酸鈉、或者氫氧化鈉，石灰除硬由于氫氧化鈣微溶于水，并且能和水中的碳酸根和碳酸氫根反應，必然需要添加更多的藥劑，產生的污泥量也比較多；采用碳酸鈉由于生成碳酸鹽，污泥量也較多；而加入氫氧化鈉則除鈣的效果略差，因為生成的氫氧化鈣在水里是微溶的，需要利用水中的碳酸氫根才能脫除鈣離子硬度，當水中碳酸氫根不足時，去除效果差。本發明在除硬處理中，采用氫氧化鈉和碳酸鈉兩種試劑，氫氧化鈉主要用于鎂離子的去除，并且利用水中的碳酸氫根去除鈣離子，碳酸鈉作為補充除硬劑，在碳酸氫根不足時用于除去鈣離子。這樣既可以更有效地脫除硬度，又使得生成的污泥量相對較少。
進一步的，所述一級高效軟化沉淀池和二級高效軟化沉淀池除硬產生的沉淀污泥，主要含有鈣鎂的氫氧化物或碳酸鹽等難溶性固體成分，將這些污泥送入化學污泥池，經生化污泥脫水系統進行污泥脫水，脫水污泥外送進行處置。
進一步的，所述步驟S2中，所述生化處理系統為二級A/O處理工藝，具體工藝流程為：
P1.冷卻后的廢水進入一級缺氧復合反應器，與一級好氧處理后的內回流的硝化液和二沉池污泥回流的污泥混合，反硝化菌利用進水中的碳源，將進水和回流液中含有的硝酸鹽、亞硝酸鹽等轉化為N2，從而將氮去除。
P2.一級缺氧處理后的出水進入一級好氧倍增復合反應器，投加堿液，以補充硝化反應所需的堿度，同時，廢水中的氨氮在硝化菌的作用下進行硝化反應，可以將絕大部分的氨氮轉化成硝酸鹽和亞硝酸鹽氮。一級好氧倍增復合反應器設置內回流，末端的硝化液通過內回流回到一級缺氧復合反應器中，為一級缺氧復合反應器的反硝化作用提供硝酸和亞硝酸鹽氮。
P3.然后將一級好氧處理后的廢水送入二級缺氧復合反應器，繼續進行COD降解和脫氮處理，水中殘余的硝態氮在反硝化菌的作用下得以進一步去除。為保證二級缺氧復合反應器反硝化作用的正常進行，需補充少量碳源，補充碳源可以使得第二級A/O系統進水的B/C比提高，有助于廢水中剩余的難降解有機物的去除，降低出水中的COD，同時為反硝化細菌提供碳源，還有助于消耗水中的溶解氧，有利于反硝化菌的生長。
P4.經二級缺氧處理的廢水進入二級好氧倍增復合反應器進行好氧處理，二級缺氧復合反應器中剩余的碳源在二級好氧倍增復合反應器內被異養微生物利用而去除，微生物利用碳源的同時，也會附帶吸附和利用一些難生物降解的有機物，從而獲得更低的COD濃度出水。
進一步的，所述一級缺氧復合反應器的進水還包括經格柵除雜處理后的工廠內產生的生活污水和地面沖洗水，用于補充一級缺氧段廢水中的碳源和磷源，合理利用廠內資源，并可同時處理廠內的其它廢水，節約能源，降低成本。
進一步的，所述一級好氧倍增復合反應器和二級好氧倍增復合反應器中的曝氣裝置采用旋流氣升曝氣器。
旋流氣升曝氣器設有垂直進氣管段，內部設置有葉片，使得通入垂直進氣管段的空氣產生向上運動的旋流，液體從垂直管段的底部吸入，垂直管內劇烈的旋流使得空氣被切割成很小的氣泡（一次切割），氣水混合物從垂直管段頂部出來，并與布置在出口外的倒傘楔型切割柱接觸碰撞，進行二次切割，產生更細的氣泡，并進行擴散，這樣的曝氣裝置沒有很小的膜孔通道，避免了使用微孔曝氣頭所容易造成的結垢和堵塞問題，使得生化處理系統可以耐受更高的硬度。正是由于使用了旋流氣升曝氣器，本發明生化處理段可以耐受500～800mg/L的硬度，且不結垢。
進一步的，所述步驟S2中，二沉池中沉淀后得到的部分污泥作為回流污泥回到一級缺氧復合反應器作為微生物的接種和部分硝化液的回流，進行反硝化和污泥補充；剩余污泥送入污泥濃縮池進行濃縮，然后進入生化污泥脫水系統進行污泥脫水，脫水污泥外送進行處置。
進一步的，所述步驟S4中，將V型濾池處理后的清水通過反洗泵泵入V型濾池底部而進行反洗，獲得V型濾池的反洗廢水；
將超濾產水池中的清水通過反洗泵泵入超濾裝置底部而進行反洗，獲得超濾裝置的反洗廢水；
所述V型濾池和超濾裝置的反洗廢水也排入中水調節池，而后與廠內脫鹽水站的排水和循環冷卻系統的排污水以及清水池的清水一起進入二級高效軟化沉淀池，進行固液分離，沉淀產生的污泥經排泥泵混入化學污泥池，并進行脫水后外運。
進一步的，所述步驟S4中，經所述超濾產水池處理后得到的廢水進入所述保安過濾器時，需往該廢水中投加還原劑、阻垢劑和非氧化殺菌劑。
進一步的，所述步驟S5中，所述增程反滲透裝置包括回用反滲透裝置和濃水反滲透裝置；
所述保安過濾器的出水進入回用反滲透裝置，經脫鹽處理后，濃水進入濃水反滲透裝置，再進一步進行脫鹽處理，產水與回用反滲透裝置的產水一起匯入回用清水池進行回用，濃水進入后續零排放處理裝置進行處理。
回用反滲透裝置產生的濃水還含有較多的水和壓力，濃水中的總固體含量在1%左右。本發明采用增程反滲透裝置，即在回用反滲透裝置（即一級反滲透裝置）后再設置濃水反滲透裝置（即二級反滲透裝置），兩級反滲透之間不設高壓泵和濃水池，一級濃水直接進入二級反滲透裝置繼續進行過濾，這種設置實質上增加了反滲透膜的過水面積，而不增加能量的消耗，起到增程的作用。通過本發明的增程反滲透裝置，可以將總固體含量增加到2～2.5%。
本發明取得了以下有益效果：
1、本發明的處理工藝是將煤制氣廢水經部分除硬后和合成氨等廢水混合，經改進的二級A/O生化處理系統處理后，和循環冷卻水排污水和脫鹽水站的排水這三股性質比較接近的廢水混合起來進行過濾和除鹽處理，達到滿足工廠中水回用水質標準，采取這種廢水的分質組合和多級處理工藝，可以實現經濟、高效、穩定的煤制氣廢水的中水回用處理目標，并節約能量和藥劑的消耗，實現節約建設成本，最大限度地實現節水的目的。
2、本發明采用氫氧化鈉和碳酸鈉兩種藥劑混合進行除硬，氫氧化鈉和碳酸鈉的配合使用，既可以起到減少污泥量，又保證除硬的效果。在生化處理階段的前段采用部分除硬，在回用調節水池調節后采用徹底除硬，優化了在整個處理流程中的硬度分配，降低了整體的處理成本。
生化處理階段的前段采用部分除硬，是因為本發明的生化處理系統采用了旋流氣升曝氣器，對硬度的耐受性較好，這樣也可以減少這一處理階段因除硬所造成的有機物進入污泥的弊端；再加上通過后續生化段降解廢水中的分散劑后再進行徹底除硬，可顯著消除分散劑對藥劑除硬的影響，既可大大減少藥劑投加量，也可減少廢水中的離子引入量，減輕后續中水回用系統脫鹽壓力。
在中水回用處理階段的徹底除硬，改變了廢水中陽離子和陰離子的組成，可以使得鈣鎂離子的濃度降低到0.5～1mmol/L，這樣對后續的包括V型濾池過濾、自清洗過濾、超濾、和保安過濾中，廢水可以更好地通過濾層，防止鈣鎂離子的沉淀和結垢，保證過濾持續高效地進行；對于反滲透也使其更容易進行，因為鈉離子更不容易污染反滲透膜。
本發明的生化處理系統采用改進的二級A/O系統（二沉池污泥回流至第一級A/O缺氧段的前端，第二級A/O不設內回流），針對煤制氣廢水的氨氮濃度高和總磷相對較低的特點，可以保證廢水的氨氮和總氮的脫除效果，同時在一級好氧和二級缺氧階段適當補充堿源和碳源，可以保證脫氮效果和COD的去除。
4、本發明V型濾池的設置可以去除微米級的絮體和沉淀物，超濾的設置可以去除水中亞微米大小微生物和顆粒物以及大分子有機物，反滲透可以去除納米甚至亞納米級別的無機鹽類，每一種較粗的過濾都起到后一級更精細過濾的預處理和保護的作用，這樣使得整個系統能夠高效和持續地進行。自清洗過濾和保安過濾則起到保證作用，防止因前一級過濾裝置濾層破壞或失效造成對后一級過濾的影響。
5、本發明增程反滲透代替常規二級反滲透，可以充分利用一級反滲透濃水的壓力，增加一級反滲透裝置，進一步濃縮濃鹽水，減少濃水的排放，提高反滲透裝置的產水效率，同時不增加高壓泵和濃水池，精簡流程并降低建設和運行成本。
（發明人：趙寧華;王程飛;朱生輝;樊天澤;羅學輝;樊鑫;朱宣屹;朱核光;周澤婷;鮑磊;劉霞）
