焦化廢水深度處理中凈水劑的應用
1、引言
焦化廢水是煉焦、煤氣凈化和焦化產(chǎn)品回收等過(guò)程中產(chǎn)生的有機工業(yè)廢水,主要特征污染物有COD、氰化物、氨氮、酚類(lèi)等,是一種典型的高濃度難降解有機工業(yè)廢水,具有顯著(zhù)的毒性和致癌性?,F階段,焦化廢水的處理主要包括預處理和生化處理。經(jīng)二級生化處理后,焦化廢水中部分有機污染物得到有效去除,但對于某些難生物降解的有機污染物去除效果較差,不能滿(mǎn)足《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》的要求。據統計,我國每年焦化廢水的排放量近3億噸,若任意排放,將對水環(huán)境和人體健康造成嚴重危害。如何深度處理焦化廢水使之達標排放以降低其對環(huán)境的影響,一直是國內外環(huán)保人士廣泛關(guān)注的一個(gè)難點(diǎn)。
2012年10月,環(huán)保部新起草的《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(GB16171-2012)》正式頒布并實(shí)施。焦化廢水的排放標準較原先的污水綜合排放標準更加嚴格,CODcr、氰化物等污染物的限值分別改為80mg/L和0.2mg/L。因此,無(wú)論是基于社會(huì )責任,還是出于國家的法律約束,企業(yè)都必須對現有處理工藝進(jìn)行必要的完善補充,添加深度處理工藝,確保外排水水質(zhì)達標。據調研,目前國內焦化廢水處理企業(yè)的運行管理普遍出現兩種情況。
其一采用生化處理工藝和混凝?C沉淀?C過(guò)濾的深度處理工藝,通過(guò)投加絮凝劑和混凝劑處理焦化廢水,但效果普遍不理想,尤其對于氰化物的去除效果十分有限。焦化廢水處理常用的藥劑主要為有機高分子絮凝劑、無(wú)機鹽類(lèi)絮凝劑和無(wú)機高分子絮凝劑三類(lèi)。對于細顆粒含量多、粘土含量高、難降解的有機污染物的焦化廢水,需將無(wú)機絮凝劑與有機高分子絮凝劑配合使用。投加無(wú)機絮凝劑的作用是增加溶液中正離子濃度和擴散層中反離子濃度,降低難降解有機污染物物表面負電位荷,壓縮顆粒雙電層,降低ζ電位,破壞焦化水膠體穩定性,促進(jìn)顆粒絮凝沉淀。投加有機高分子絮凝劑的作用是通過(guò)吸附架橋將多個(gè)顆粒聯(lián)合起來(lái)形成絮團而沉降。常用的無(wú)機鹽類(lèi)絮凝劑主要有鋁鹽、鐵鹽等;無(wú)機高分子絮凝劑主要有聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚硅硫酸鹽、聚合氯化鋁鐵等(聚合硫酸鐵是硫酸鐵水解產(chǎn)物,其中有各種核羥基絡(luò )合物,如()4+23FeOH,()5+34FeOH,()6+46FeOH);有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺或其衍生物的高聚物或共聚物,具體可分為非離子型、陰離子型和陽(yáng)離子型。
其二采用生物法疊加高級氧化(芬頓)、多級過(guò)濾、膜分離等深度處理技術(shù),其出水水質(zhì)基本能得到保證,但運行管理復雜,設備投資及構筑物改造等工程投資巨大,甚至超出部分企業(yè)在環(huán)保治理方面的經(jīng)濟承受能力,因此該技術(shù)工藝也很難推廣。焦化廢水處理行業(yè)迫切需要一種技術(shù)上可靠、經(jīng)濟上可行、運行管理便捷的技術(shù)方案,以期緩解新形勢下的焦化廢水處理壓力。針對焦化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)以及焦化行業(yè)的運行管理現狀,本研究擬通過(guò)耦合混凝、吸附、絡(luò )合等多種技術(shù),制備新型復合混凝劑,提出一種基于常規水處理工藝及設施設備的“新型焦化酚氰廢水凈水劑強化混凝深度處理技術(shù)”,在中國專(zhuān)利網(wǎng)獲取專(zhuān)利。通過(guò)山西某焦化廠(chǎng)實(shí)際應用案例,以期為焦化廢水的深度處理提供一種新的方法。
2、焦化廠(chǎng)污水處理工藝概況
2.1 焦化廠(chǎng)污水廠(chǎng)簡(jiǎn)介
處理污水以煉焦廢水為主,同時(shí)接收和處理廠(chǎng)區生活污水,設計規模為150m3/h,現階段進(jìn)水量為100m3/h,經(jīng)處理后的水作為熄焦水回用。
2.2 水廠(chǎng)水質(zhì)
焦化污水處理廠(chǎng)進(jìn)出水指標,如表1所示。
2.3 工藝簡(jiǎn)介
工藝采用“預處理+A2/O+深度處理”,深度處理為混凝沉淀池,數量2座。其中混凝沉淀池分為攪拌混凝區、沉淀區,水力停留時(shí)間1h。本藥劑選擇焦化廠(chǎng)的生物接觸氧化池(簡(jiǎn)稱(chēng)接觸氧化池)出水也即混凝沉淀池進(jìn)水進(jìn)行試樣驗,實(shí)際應用在深度處理工藝上。工藝流程圖如圖1所示。
3、絮凝原理
新型焦化酚氰廢水凈水劑(簡(jiǎn)稱(chēng)SM凈水劑),以凹凸棒土、膨潤土、粉煤灰、沸石粉、硅烷偶聯(lián)劑、二甲基二烯丙基氯化銨、過(guò)硫酸鉀、羧甲基纖維素鈉、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁鐵、硫酸亞鐵、七水合硫酸鎂、磷酸三鈉、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡絡(luò )烷酮和氫氧化鈣為原料復配而成,通過(guò)采用硅烷偶聯(lián)劑與聚合物對凹凸棒土的雙層改性,能夠在凹凸棒土層間發(fā)生化學(xué)鍵合與聚合反應,改變了凹凸棒土的表面吸水特性,同時(shí)增大了凹凸棒土的層間距,從而大大提高了凹凸棒土的吸附絮凝效果;進(jìn)一步將此改性凹凸棒土聯(lián)臺復臺粘土及有機無(wú)機高分子絮凝劑,使得各組分之間發(fā)揮協(xié)同增效作用,制得所述復合型凈水劑兼具無(wú)機絮凝劑和有機絮凝劑的優(yōu)點(diǎn),能快速吸附、捕獲、絮凝、卷掃焦化廢水中的各種有機及無(wú)機質(zhì),對焦化廢水的COD、色度、濁度均具有較高的聯(lián)臺去除效果,具有加藥量低、絮凝沉淀快的優(yōu)勢,針對焦化廢水的COD去除率可達70%以上,對色度的去除率在90%以上,在除油、去除濁度、重金屬、以及部分氨氮效果上也較為顯著(zhù),且該凈水劑環(huán)保無(wú)毒、穩定性高,具有較好的市場(chǎng)應用前景。
4、藥劑投加試驗方案
4.1 運行條件
生產(chǎn)性試驗期間,SM凈水劑投加利用原廠(chǎng)加藥系統,并進(jìn)行如下改造:由試驗前的貯存同一種藥劑同時(shí)向兩組混凝沉淀池投加同種藥劑,改造為SM凈水劑與廠(chǎng)內原有投加藥劑(PFS、PAM、脫色劑)兩套藥劑分別單獨貯存,通過(guò)增加加藥泵與管路開(kāi)關(guān)的切換,實(shí)現分別向1,2兩系列混凝池投加的切換(改造由神美科技完成)。
采用平行試驗的方式進(jìn)行對比,即在其中的1系列混凝池中投加SM凈水劑,2系列混凝池投加原有藥劑參照對比。兩個(gè)系列的操作條件完全一致,通過(guò)研究出水水質(zhì),比較COD、色度、濁度、氨氮的去除效果。
4.2 操作條件
1)控制1、2兩系列混凝池進(jìn)水量一致,排泥量一致;
2)1系列單獨投加SM凈水劑,2系列投加現場(chǎng)藥劑即脫色劑+PFS+PAM;
3)1、2系列混凝池出水取樣時(shí)間一致,接觸氧化池出水取樣時(shí)間提前1個(gè)小時(shí)。
4.3 評價(jià)方法
主要評價(jià)指標為COD、色度、濁度,氨氮。參考評價(jià)指標為耐負荷沖擊度。
4.4 試驗目的
通過(guò)對比1,2兩個(gè)系列的出水指標,對比出水處理效果及使用經(jīng)濟性,驗證SM凈水劑的實(shí)際意義。
4.5 檢測依據
GB11914-1989《水質(zhì)-COD的測定重鉻酸鉀法》
GB11903-1989《標準目測比色法》
HJ535-2009《水質(zhì)氨氮的測定納氏試劑分光光度法》
HJ1075-2019《水質(zhì)濁度的測定濁度計法》
4.6 數據測定周期
數據測定周期,如表2所示。
4.7 試驗時(shí)間
2020年8月9日至2020年8月20日。
4.8 試驗要求
生產(chǎn)試驗期間,水廠(chǎng)總出水達到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》一級排放標準(GB16171-2012),即出水標準:COD<80mg/L,NH3-N<10mg/L。
4.9 神美新型焦化酚氰廢水凈水劑與現場(chǎng)藥劑小試
4.9.1 小試試驗方法
1)取生物接觸氧化池出水作為實(shí)驗水樣,分別取1000mL水樣于三個(gè)1000mL燒杯中,并編號①②③,其中①為接觸氧化池出水當做原水,②投加SM凈水劑,③投加現場(chǎng)藥劑(脫色劑+PFS+PAM);
2)SM凈水劑使用過(guò)程中控制SM凈水劑單獨投加且投加量與現場(chǎng)PFS投加量相同,現場(chǎng)藥劑使用過(guò)程中先投加脫色劑,再投加PFS,最后輔以PAM助凝;
3)試驗采用六聯(lián)磁力攪拌器,藥劑投加過(guò)程中,先快速攪拌(按200r/min)3min,后慢速攪拌(按60r/min)7min(現場(chǎng)PAM助凝劑使用過(guò)程中在慢速攪拌開(kāi)啟后加入);
4)攪拌完成后,靜置沉淀30min,取上清液,測量COD、NH3-N、色度、濁度。
小試示意圖,如圖2所示。
4.9.2 小試試驗數據
取接觸氧化池出水進(jìn)行燒杯試驗,控制SM凈水劑與現場(chǎng)藥劑PFS投加量相同,現場(chǎng)脫色劑、PFS與PAM根據現場(chǎng)實(shí)際運行投加,分別投加100ppm、600ppm、2ppm。得出小試實(shí)驗數據,如表3、圖3所示。
由圖表可知:
1)SM凈水劑可以去除焦化廢水中大部分難降解的有機物,COD去除率高達72%,現場(chǎng)藥劑COD去除率為55.4%。
2)SM凈水劑對焦化廢水的色度、濁度、氨氮均具有較高的聯(lián)合去除效果,綜合使用效果優(yōu)于現場(chǎng)投加傳統藥劑。
3)SM凈水劑可以替代現場(chǎng)投加藥劑,并進(jìn)行生產(chǎn)性試驗。
5、生產(chǎn)性試驗數據分析
5.1 生產(chǎn)性試驗
實(shí)際運行中現場(chǎng)藥劑投加量較大,為盡可能優(yōu)化投加藥劑成本,降低試驗水廠(chǎng)的負擔和出水超標風(fēng)險。生產(chǎn)性試驗分兩個(gè)階段;
第一階段:2020年8月9日至2020年8月13日,1系列混凝池投加SM凈水劑,投加量按照小試投加結果投加,投加600ppm,2系列混凝池投加現場(chǎng)原有藥劑,按照現場(chǎng)投加量投加,分別投加:脫色劑為100ppm,PFS600ppm,PAM為2ppm,得出試驗數據。如表4所示。
第二階段:2020年8月14日至2020年8月20日,根據第一階段試驗數據分析結果,
第二階段,降低SM凈水劑投加量,投加量為400ppm(第一階段試驗分析計算出),現場(chǎng)藥劑投加量保持不變,得出試驗數據。如表5所示。
5.2 技術(shù)特性分析
整理表4與表5數據,得出神美新型焦化酚氰廢水凈水劑與現場(chǎng)藥劑各項指標在深度處理階段的去除率。如表6,圖4~7所示。
試驗小結:SM凈水劑強化深度處理技術(shù)可以使處理的焦化廢水難降解的有機物大幅度降低,同時(shí)氨氮出水穩定在10mg/L以下,達到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》的排放要求;SM凈水劑對所處理的水的色度、濁度處理效果明顯,在同等投加量下遠優(yōu)于傳統混凝、絮凝劑;SM凈水劑對焦化廢水深度處理技術(shù)抗沖擊負荷能力強,出水水質(zhì)穩定,相較于現場(chǎng)藥劑沒(méi)有出現超標現象。
6.性?xún)r(jià)比分析
計算出去除1單位COD的藥劑成本,計算公式如下:
其中,DN為投加藥劑對應COD去除量(gCOD/m3);M為單位體積污水去除1單位COD的藥劑成本(元/(gCOD)),F為單位體積污水投加的藥劑成本(元/m3)。
整理第二階段試驗數據,得出混凝沉淀池第1、2系列ΔCOD。如表7所示。
成本核算:
現場(chǎng)藥劑:脫色劑12,000元/噸,投加量為100ppm;PFS2000元/噸,投加量為600ppm;PAM16,000元/噸,投加量為2ppm。對應的投加成本為0.002432元/L,折算成噸水成本為2.432元/噸水。
SM凈水劑5000元/噸,投加量為400ppm,對應的投加成本為0.002元/L,折算成噸水成本為2元/噸水;
M(現場(chǎng)藥劑)=0.002432(元/L)/91.9(mg/L)=0.0265(元/(gCOD));
M(SM凈水劑)=0.002(元/L)/104.5(mg/L)=0.0191(元/(gCOD));
去除單位COD提升=(0.0265?0.0191)/0.0191=38.7%。
7、結論
1)神美新型焦化酚氰廢水凈水劑的核心是新型復合混凝劑,集成了混凝、吸附、絡(luò )合等多種污染物降解作用,對常用的混凝沉淀設施設備具有良好的兼容性,不改變原有主體工藝,不增加新的設備,不增加現場(chǎng)的運行管理難度和工作量,技改后見(jiàn)效快且效果穩定;
2)神美新型焦化酚氰廢水凈水劑的焦化廢水深度處理技術(shù)抗沖擊負荷能力強,出水水質(zhì)能穩定達標;
3)該技術(shù)對原有工藝設備改動(dòng)小,無(wú)基建改造成本無(wú)需添加大型構筑物和復雜設備;
4)處理相同廢水,藥劑投加量較傳統混凝、絮凝劑(現場(chǎng)投加藥劑)更低,去除單位COD較現場(chǎng)藥劑提升38.7%,操作管理簡(jiǎn)易,投加藥劑種類(lèi)少,顯示出較高的推廣應用價(jià)值。(來(lái)源:神美科技有限公司)
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