申请日2017.05.30
公开(公告)日2017.11.03
IPC分类号C02F9/10
摘要
本发明涉及一种煤化工废水的零排放处理工艺及装置，属于水处理技术领域。步骤：煤废水中加入生物表面活性剂，然后送入电絮凝处理;电絮凝的污泥送入脱水、焚烧处理;电絮凝产水送入铁炭微电解塔中进行氧化处理;铁炭微电解的产水中加入NaOH和Na2CO3，使高含盐废水中的钙、镁沉淀;得到的废水送入陶瓷超滤膜中进行过滤，浓缩液送入板框过滤器中进行过滤，得到废盐;得到的陶瓷超滤膜产水送入纳滤膜中进行过滤，纳滤膜的浓缩液送入第一蒸发器中进行蒸发、结晶，得到回收Na2SO4;纳滤膜产水送入反渗透膜中进行过滤，反渗透膜的浓缩液送入第二蒸发器中进行蒸发、结晶，得到回收NaCl。
权利要求书
1.一种煤化工废水的零排放处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，煤化工高含盐废水中加入生物表面活性剂，然后送入电絮凝处理;电絮凝的污泥送入脱水、焚烧处理;
第2步，电絮凝的产水送入铁炭微电解塔中进行氧化处理;
第3步，铁炭微电解的产水中加入NaOH和Na2CO3，使高含盐废水中的钙、镁沉淀;
第4步，第3步得到的废水送入陶瓷超滤膜中进行错流过滤，陶瓷超滤膜的浓缩液送入板框过滤器中进行过滤，得到废盐，板框过滤器的滤液返回至陶瓷超滤膜继续过滤;
第5步，第4步得到的陶瓷超滤膜产水送入纳滤膜中进行过滤，纳滤膜的浓缩液送入第一蒸发器中进行蒸发、结晶，得到回收Na2SO4;第一蒸发器的冷凝水作为工艺水回用;
第6步，第5步得到的纳滤膜产水送入反渗透膜中进行过滤，反渗透膜的浓缩液送入第二蒸发器中进行蒸发、结晶，得到回收NaCl;第二蒸发器的冷凝水作为工艺水回用。
2.根据权利要求1所述的煤化工废水的零排放处理工艺，其特征在于，所述的第1步中，煤化工高含盐废水COD在100～1000mg/L之间;pH在6.0～9.0之间;总硬度1500～5000mg/L;SiO2在10～70mg/L之间;SO42-在600～2400mg/L之间;Ca2+在150～600mg/L之间;Mg2+在180～750mg/L之间;SS总固体悬浮物(SS)在15～85mg/L之间。
3.根据权利要求1所述的煤化工废水的零排放处理工艺，其特征在于，所述的第1步中，所述的生物表面活性剂选自鼠李糖脂、槐糖脂、葡萄糖、果糖、蔗糖脂、纤维二糖脂、脂多糖、脂肽、鸟氨酸、赖氨酸、缩氨酸、磷脂、脂肪酸中的一种或几种的混合，生物表面活性剂的加入量是高含盐废水量的0.05～0.2wt%。
4.根据权利要求1所述的煤化工废水的零排放处理工艺，其特征在于，所述的第1步中，电絮凝过程的电极采用纯铝电极，极板间距为0.8～1.2cm，电流密度为3.5～5.5A/m2，进行电絮凝反应，电解时间为200～350s。
5.根据权利要求1所述的煤化工废水的零排放处理工艺，其特征在于，所述的第2步中，铁炭微电解的过程中，需要预加酸控制调废水的pH值为4～6，并通过曝气使废水的溶解氧为2～3mg/L，铁炭微电解塔内的废水水力停留时间为1～2.5h;铁炭微电解填料由铁屑、粉末活性炭组成，铁屑与粉末活性炭的重量比为4～8：1;所述的第3步中，加入的NaOH、Na2CO3量分别比完全沉淀镁离子和钙离子所需要量都多出0.2g/L。
6.根据权利要求1所述的煤化工废水的零排放处理工艺，其特征在于，所述的第4步中，陶瓷超滤膜平均孔径是0.005μm～0.05μm，或者截留分子量是1000～200000Da;错流过滤时，膜面流速为1～6m/s，进料压力为0.1～0.5Mpa，进料温度是20～40℃;陶瓷超滤膜的构型为管式;所述的第5步中，纳滤膜的进料压力是1.0～2.0MPa，进料温度是15～30℃;所述的第6步中，反渗透膜的进料压力是1.5～3.0MPa，进料温度是15～30℃。
7.一种煤化工废水的零排放处理装置，其特征在于，包括有：
电絮凝反应器(19)，用于对煤化工废水进行电絮凝处理;
生物表面活性剂投加罐(20)，连接于电絮凝反应器(19)的进料口，用于向煤化工废水中加入生物表面活性剂;
铁炭微电解塔(21)，连接于电絮凝反应器(19)的出水口，用于对废水进行微电解反应处理;
沉淀反应槽(22)，连接于铁炭微电解塔(21)的出水口，用于对废水进行沉淀反应;
沉淀剂投加槽(23)，连接于沉淀反应槽(22)，用于向沉淀反应槽(22)中加入NaOH和Na2CO3;
陶瓷超滤膜(24)，连接于沉淀反应槽(22)的出水口，用于对生成的沉淀进行过滤;
板框过滤器(25)，连接于陶瓷超滤膜(24)的浓缩液出口，用于对陶瓷超滤膜(25)截留的沉淀进一步地浓缩，得到废盐;板框过滤器(25)的滤液出口连接于陶瓷超滤膜(24)的进水口;
纳滤膜(26)，连接于陶瓷超滤膜(24)的渗透液出口，用于对陶瓷超滤膜(24)的产水中的Na2SO4进行截留;
第一蒸发器(27)，连接于纳滤膜(26)的浓缩液出口，用于对纳滤浓缩液进一步地蒸发、结晶，回收Na2SO4;
反渗透膜(28)，连接于纳滤膜(26)的渗透液出口，用于对纳滤膜(26)的产水中的NaCl进行截留;
第二蒸发器(29)，连接于反渗透膜(28)的浓缩液出口，用于对反渗透浓缩液进一步地蒸发、结晶，回收NaCl。
8.根据权利要求7所述的煤化工废水的零排放处理装置，其特征在于，所述的陶瓷超滤膜的构型为管式陶瓷膜过滤器。
9.根据权利要求8所述的煤化工废水的零排放处理装置，其特征在于，包括有壳体(1)、在壳体(1)的两端设置有分别封头(3)，管式陶瓷膜(2)置于壳体(1)中，在两个封头(3)上分别设置原料进口(8)和原料出口(9)，管式陶瓷膜(2)的过滤通道与原料进口(8)和原料出口(9)连通;壳体(1)内部的两端分别设有花盘(4)，管式陶瓷膜(2)的两端的外侧分别套接于花盘(4)中，在封头(3)的内部设置有压板(5)，压板(5)压于花盘(4)上，花盘(4)与管式陶瓷膜(2)之间通过密封圈(10)进行密封;在原料出口(9)所处的封头内，还设置有固定板(11)，固定板(11)朝向管式陶瓷膜(2)的一侧设置有第一弹簧(12)，第一弹簧(12)的另一端固定有外部隔板(13)，外部隔板(13)朝向管式陶瓷膜(2)的一侧设置有突出杆(14)，突出杆(14)伸入管式陶瓷膜(2)的过滤通道，在外部隔板(13)的中间开有开孔，开孔中设置有内部隔板(16)，外部隔板(13)朝向原料出口(9)的一侧设置连接杆(18)，内部隔板(16)朝向原料出口(9)的一侧通过第二弹簧(17)相连接，第一弹簧(12)的弹性模量大于第二弹簧的弹性模量。
10.根据权利要求9所述的煤化工废水的零排放处理装置，其特征在于，在突出杆(14)上还设置刷毛(15)。
说明书
一种煤化工废水的零排放处理工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种煤化工废水的零排放处理工艺及装置，属于水处理技术领域。
背景技术
现代煤化工业是以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品,并进一步加工成一系列化工产品的新型工业。它主要包括煤的气化、煤的液化、焦油化学、电石乙炔化学，近几年来，煤化工产业发展迅速，但是，由于煤化工产业需要消耗大量用水，随之带来的水资源再利用与环境保护问题日益突出，尤其是处于多旱少雨的地区较为突出。因此，煤化工的环保问题亟待需要解决。
煤化工行业的废水主要包括两种，一种是工艺废水、生活污水等，目前主要采取化学工艺和微生物技术进行处理。另外一种则是高含盐废水，其处理流程较为复杂，目前主要有以下两种技术。1、膜分离技术，膜分离技术是当前煤化工产业治理含盐废水的主要手段，具有成本低、效率高、技术成熟等一系列优势。膜分离技术利用的是渗透压原理，较为典型的技术是反渗透膜分离技术，分离膜可以将大部分盐分、有机物和杂质颗粒截留在一侧，通过人工装置提高压强、温度来提高产水率。2、热浓缩技术，热浓缩技术主要依靠热工设备提供的热能，将液体中的固体成分进行浓缩，蒸发出水分，最终实现分离和净化。在上世纪80年代以前，热浓缩技术得到了广泛地应用，除了煤化工含盐废水领域之外，还包括海水淡化、石油化工等产业。热浓缩技术的工艺原理简单，但要实现高效的浓缩技术和精华效果，需要投入大量的机械设备，能耗成本较高，企业的经济效益不高。经过对多效率蒸发、机械压缩蒸发等方式的改造，目前主要以多级串联的方式展开坐产活动，产水率一般维持在90%左右。
要解决煤化工的环保问题，首先要解决煤化工高盐水处理与排放问题。煤化工高盐废水的主要来源为除盐水系统排水、循环水系统排水、回用水处理系统浓水及锅炉排水等。煤化工高盐水总体呈现排放量大、水质变化小、含盐量稳定且普遍较高，尤其是氯离子含量较高，其组成形式主要以有机物和无机盐类形式存在为主，其中，NH4+-N含量较低，COD一般在200～800mg/L，TDS可达到50000～80000mg/L，水体感观性状良好，清澈透底、无明显异味，但色度较高，钙镁硅等含量高，且含有硫酸根、磷酸根、碳酸根等易结垢的离子。
由于高盐废水含有大量的胶体、悬浮物以及Ca2+、Mg2+等易结垢离子，且直接蒸发处理成本较高，因此如何对其处置已成为影响企业生产连续正常运行、制约企业发展循环经济、节水减排的瓶颈和难题口。
发明内容
本发明的目的是：解决煤化工中的高盐废水的零排放过程中固废利用程度低、钙镁容易造成反渗透和蒸发装置结垢的问题，提出了一种煤化工废水的零排放处理工艺及装置。
技术方案是：
一种煤化工废水的零排放处理工艺，包括如下步骤：
第1步，煤化工高含盐废水中加入生物表面活性剂，然后送入电絮凝处理;电絮凝的污泥送入脱水、焚烧处理;
第2步，电絮凝的产水送入铁炭微电解塔中进行氧化处理;
第3步，铁炭微电解的产水中加入NaOH和Na2CO3，使高含盐废水中的钙、镁沉淀;
第4步，第3步得到的废水送入陶瓷超滤膜中进行错流过滤，陶瓷超滤膜的浓缩液送入板框过滤器中进行过滤，得到废盐，板框过滤器的滤液返回至陶瓷超滤膜继续过滤;
第5步，第4步得到的陶瓷超滤膜产水送入纳滤膜中进行过滤，纳滤膜的浓缩液送入第一蒸发器中进行蒸发、结晶，得到回收Na2SO4;第一蒸发器的冷凝水作为工艺水回用;
第6步，第5步得到的纳滤膜产水送入反渗透膜中进行过滤，反渗透膜的浓缩液送入第二蒸发器中进行蒸发、结晶，得到回收NaCl;第二蒸发器的冷凝水作为工艺水回用。
所述的第1步中，煤化工高含盐废水COD在100～1000mg/L之间;pH在6.0～9.0之间;总硬度1500～5000mg/L;SiO2在10～70mg/L之间;SO42-在600～2400mg/L之间;Ca2+在150～600mg/L之间;Mg2+在180～750mg/L之间;SS总固体悬浮物(SS)在15～85mg/L之间。
所述的第1步中，所述的生物表面活性剂选自鼠李糖脂、槐糖脂、葡萄糖、果糖、蔗糖脂、纤维二糖脂、脂多糖、脂肽、鸟氨酸、赖氨酸、缩氨酸、磷脂、脂肪酸中的一种或几种的混合。
所述的第1步中，生物表面活性剂的加入量是高含盐废水量的0.05～0.2wt%。
所述的第1步中，电絮凝过程的电极采用纯铝电极，极板间距为0.8～1.2cm，电流密度为3.5～5.5A/m2，进行电絮凝反应，电解时间为200～350s。
所述的第2步中，铁炭微电解的过程中，需要预加酸控制调废水的pH值为4～6，并通过曝气使废水的溶解氧为2～3mg/L，铁炭微电解塔内的废水水力停留时间为1～2.5h;铁炭微电解填料由铁屑、粉末活性炭组成，铁屑与粉末活性炭的重量比为4～8：1。
所述的第3步中，加入的NaOH、Na2CO3量分别比完全沉淀镁离子和钙离子所需要量都多出0.2g/L。
所述的第4步中，陶瓷超滤膜平均孔径是0.005μm～0.05μm，或者截留分子量是1000～200000Da;错流过滤时，膜面流速为1～6m/s，进料压力为0.1～0.5Mpa，进料温度是20～40℃;陶瓷超滤膜的构型为管式。
所述的第5步中，纳滤膜的进料压力是1.0～2.0MPa，进料温度是15～30℃。
所述的第6步中，反渗透膜的进料压力是1.5～3.0MPa，进料温度是15～30℃。
一种煤化工废水的零排放处理装置，包括有：
电絮凝反应器，用于对煤化工废水进行电絮凝处理;
生物表面活性剂投加罐，连接于电絮凝反应器的进料口，用于向煤化工废水中加入生物表面活性剂;
铁炭微电解塔，连接于电絮凝反应器的出水口，用于对废水进行微电解反应处理;
沉淀反应槽，连接于铁炭微电解塔的出水口，用于对废水进行沉淀反应;
沉淀剂投加槽，连接于沉淀反应槽，用于向沉淀反应槽中加入NaOH和Na2CO3;
陶瓷超滤膜，连接于沉淀反应槽的出水口，用于对生成的沉淀进行过滤;
板框过滤器，连接于陶瓷超滤膜的浓缩液出口，用于对陶瓷超滤膜截留的沉淀进一步地浓缩，得到废盐;板框过滤器的滤液出口连接于陶瓷超滤膜的进水口;
纳滤膜，连接于陶瓷超滤膜的渗透液出口，用于对陶瓷超滤膜的产水中的Na2SO4进行截留;
第一蒸发器，连接于纳滤膜的浓缩液出口，用于对纳滤浓缩液进一步地蒸发、结晶，回收Na2SO4;
反渗透膜，连接于纳滤膜的渗透液出口，用于对纳滤膜的产水中的NaCl进行截留;
第二蒸发器，连接于反渗透膜的浓缩液出口，用于对反渗透浓缩液进一步地蒸发、结晶，回收NaCl。
所述的陶瓷超滤膜的构型为管式陶瓷膜过滤器。
管式陶瓷膜过滤器，包括有壳体、在壳体的两端设置有分别封头，管式陶瓷膜置于壳体中，在两个封头上分别设置原料进口和原料出口，管式陶瓷膜的过滤通道与原料进口和原料出口连通;壳体内部的两端分别设有花盘，管式陶瓷膜的两端的外侧分别套接于花盘中，在封头的内部设置有压板，压板压于花盘上，花盘与管式陶瓷膜之间通过密封圈进行密封;在原料出口所处的封头内，还设置有固定板，固定板朝向管式陶瓷膜的一侧设置有第一弹簧，第一弹簧的另一端固定有外部隔板，外部隔板朝向管式陶瓷膜的一侧设置有突出杆，突出杆伸入管式陶瓷膜的过滤通道，在外部隔板的中间开有开孔，开孔中设置有内部隔板，外部隔板朝向原料出口的一侧设置连接杆，内部隔板朝向原料出口的一侧通过第二弹簧相连接，第一弹簧的弹性模量大于第二弹簧的弹性模量。
在突出杆上还设置刷毛。
有益效果
1、由于煤化工高含盐废水中含有较多的SiO2，会影响到反渗透过程出现结垢，并且废水中含有较多的胶体、油类等杂质，首先通过电絮凝的方式可以高效地将其中的硅和胶体集聚并去除;
2、投加生物表面活性剂后，可以打破废水中的油性污染物与水之间形成的油滴，使絮凝反应更彻底，同时能够使絮凝反应过程中产生的气泡更小，更细密，更稳定，这有利于提高絮体上浮效率。与化学合成表面活性剂相比，生物表面活性剂具有生物可降解性，它们能在两相界面定向排列形成分子层，能降低界面的能量，多数生物表面活性剂可将表面张力减小至30mN/m;
3、铁炭微电解过程可以通过铁和炭之间形成电极反应，产生羟基自由基，对一些难降解的有机污染物进行分解，减轻后续的膜处理过程中的污染;
4、加入NaOH和Na2CO3，可以使高含盐废水中的钙、镁沉淀，一方面可以提高回收的盐的纯度，另一方面可以避免纳滤膜和反渗透膜的结垢;
5、陶瓷超滤膜具有较好的过滤精度，可以将生成的钙镁沉淀去除;
6、通过纳滤对超滤产水进行过滤后，可以实现二价与一价盐的分离，纳滤的浓缩液中主要含有Na2SO4;
7、通过反渗透浓缩后，可以得到回用水，同时也能通过蒸发结晶得到工业NaCl。
以上各步之间协同作用，实现了提高系统运行稳定性、获得工业级回收盐、污水零排放的作用。