申请日2016.11.22
公开(公告)日2017.02.01
IPC分类号C02F9/14; C02F101/10; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，包括黑水沉降槽、Ca2+反应沉淀池、集水槽、MAP反应沉淀池、厌氧处理单元、好氧处理单元、二沉池、第一沉淀收集池、沉淀过滤机、第二沉淀收集池、MAP回收装置。本系统流程简单、易于操作，极大地降低了现行A/O系统回流比，确保生化系统外排废水NH4+‑N、TN达标排放和稳定运行，同时快速高效回收废水NH4+‑N和Ca2+、Mg2+资源，实现循环经济和清洁生产的理念，由于大幅度降低废水硬度，改善水质容易结垢问题，使设备检修周期延长约6个月以上。
权利要求书
1.一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，黑水沉降槽通过第二阀门、第一排水泵与Ca2+反应沉淀池相连，Ca2+反应沉淀池通过第二排水泵与集水槽相连，集水槽通过第三排水泵与MAP反应沉淀池相连，MAP反应沉淀池通过第四排水泵与厌氧处理单元相连，厌氧处理单元通过第五排水泵与好氧处理单元相连，好氧处理单元排水口与二沉池相连，二沉池溢流堰出水一路引出，另一路通过第三阀门、污水回流管接厌氧处理单元的进水管，二沉池底部排出口经第四阀门后一路引出，另一路通过污泥回流管后经第六阀门接厌氧处理单元，经第五阀门接好氧处理单元。
2.根据权利要求1所述的一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，所述的Ca2+反应沉淀池的底部经第一排泥阀接第一沉淀收集池，第一沉淀收集池出口接第一过滤机给料泵，第一过滤机给料泵出口接沉淀过滤机。
3.根据权利要求1所述的一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，所述的MAP反应沉淀池的底部经第二排泥阀接第二沉淀收集池，第二沉淀收集池出口接第二过滤机给料泵，第二过滤机给料泵出口接MAP回收装置。
4.根据权利要求1所述的一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，所述的Ca2+反应沉淀池设置有第一搅拌器，MAP反应沉淀池设置有第二搅拌器。
5.根据权利要求1所述的一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，所述的Ca2+反应沉淀池顶部设置第一加NaOH管、加Na2CO3管，MAP反应沉淀池顶部设置加镁盐管、加磷盐管、第二加NaOH管、第一pH值检测器。
6.根据权利要求1所述的一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，所述的厌氧处理单元在进水口端池长的五分之一处设置隔水墙，将厌氧处理单元分成两个池子，在进水口端的池中设置折流挡板。
7.根据权利要求6所述的一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，其特征在于，在厌氧处理单元的进水口设置加酸管，在厌氧处理单元的折流池出水口处设置第二pH值检测器。
说明书
一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，具体是一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统。
背景技术
由于全球范围石油资源的日益紧缺，近年来我国煤化工成为经济发展的战略重点，特别是以生产洁净能源(如氢气、甲烷、甲醇等)或替代石油化工产品(如乙烯原料、聚丙烯原料、二甲醚等)为主的新型煤化工的产业发展势头强劲。其中德士古(GE)水煤浆气化技术是目前国内外应用较为成功的煤气化技术之一，在我国已经有30多年的应用历史，2013年后茂名、淄博、九江、南京、安庆等炼油厂建设了一系列大规模GE煤制气装置。但煤气化工艺都存在耗水量大、废水排放量大的环保问题，而且废水水质由煤原料和不同气化工艺决定，如褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭以及不同煤气化工艺：固定床(鲁奇炉)、流化床(温克勒炉)和气流床(德士古炉)等，废水水质有很大的差别。因此研究废水的处理技术不仅可以实现废水资源的回收利用，节约水资源，而且对于环境保护具有重要意义。
从GE气化炉、洗涤塔底部直接排出温度、压力较高的工艺水，颜色发黑，含固量10-15%、且溶有H2S、CO2、NH3等气体称为黑水;黑水经多级闪蒸后进入沉降槽，经过絮凝澄清处理后的出水为灰水，其含固量进一步降低、H2S、CO2、NH3等气体含量均降低。为了降低工艺耗水量，有近四分之三的灰水用作激冷水又回用到气化炉中，剩余部分的灰水排入生化处理系统。但由于灰水中Ca2+ 1200～1400mg/L、Mg2+ 100～200mg/L，二者远高于混合饱和水溶液硬度323.1mg/L(以CaCO3计)，所以造成激冷水管线和输水管线结垢严重，每台气化炉运行30～50天，管道内壁结垢厚约2～5cm。生产过程中各大煤化工企业均发生过由于管线严重结垢而被迫全线停车检修的经历。另外，废水除了高浓度Ca2+、Mg2+，其溶解性NH4+-N 280～400mg/L、COD 800～1200mg/L，虽然GE煤气化废水不似鲁奇炉工艺废水的成分复杂、难以降解，但由于碳氮比低，并不利于后续生化处理。在实际运行中存在系统操作不能稳定，污泥容易膨胀，总氮难以去除、浓度超标，为降总氮回流比高、耗能高等问题，并且需要投加甲醇或葡萄糖，增加了每吨废水处理成本。目前常用的生化工艺是A/O系统，回流比常常为16：1，耗能高。但现行的煤气化废水处理技术，如中国专利：201310220988.8、201010546162.7、201110030443.1、201020679280.0，等等，均针对鲁奇炉高浓度有机废水，处理流程非常复杂，不适于德士古气化炉水质问题。
磷酸铵镁(MAP)沉淀法是目前对污水溶解性NH4+-N去除最为快速高效的一种方法，具有使废水氮磷资源化技术优势。其作用原理为：污水或溶液中有Mg2+、PO43–、NH4+三种离子存在时，且离子浓度积大于MgNH4PO4·6H2O溶度积常数时，有MgNH4PO4·6H2O产生，方程式为：Mg2+ + PO43– + NH4+ + 6H2O ↔ MgNH4PO4·6H2O ↓ 。MgNH4PO4·6H2O为白色，俗称为鸟粪石(MAP)，是一种化工原料或农业缓释肥料。德士古煤气化工艺产生的废水中NH4+-N属于中低浓度，不易用汽提、萃取、精馏等方法脱除，否则成本高效益低。而德士古炉气化温度压力高，工艺废水中有害成分较简单，几乎不含油、氰化物和酚类物质，因此本发明用MAP沉淀技术降低废水NH4+-N含量，这样大幅提高废水碳氮比，利于后续氮去除。并且产生的沉淀通过中国专利“一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置”(201420458242.0)进行回收作为缓释肥利用，实现循环经济和清洁生产理念。但废水中含有高浓度Ca2+离子，在反应pH值大于8.0时，水中就有30%以上的Ca2+离子在MAP沉淀中转化为Ca5OH(PO4)3 (HAP)，降低了沉淀中MgNH4PO4·6H2O纯度。而煤气化工艺废水量巨大，每小时产出20万标立方米、纯度为97.5%以上、4.8兆帕的工业氢气时，废水产生量约为400吨/h，由于废水量大则每天产生的沉淀量亦非常可观。如预先除去Ca2+离子，即可得到高纯度MgNH4PO4·6H2O，是非常有价值的化工原料，因此本发明首先对Ca2+进行预去除。由于MAP沉淀后水质pH值的变化，本发明又进一步对生化系统装置进行了改造，并利用回流水进行一定的调节，大大减少了酸投加量，仅为理论投加量的1/6～1/11。因此，针对德士古煤气化工艺废水，本发明将两种方法结合在一起，严格控制操作条件，最终实现对NH4+-N、Ca2+、Mg2+离子高效去除和回收利用的目标，同时极大地降低废水硬度，改善水质容易结垢问题，使设备检修周期延长约6个月以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，通过对现有水处理循环系统进行改造，在现行黑水沉降槽出水进入生化处理系统前增加Ca2+反应沉淀池和MAP反应沉淀池，间歇式操作，去除废水中Ca2+、Mg2+离子和NH4+-N，在控制投药量和反应pH值条件下将废水硬度降低到60～150mg/L以下，有效的控制在小于323.1mg/L(以CaCO3计)的不易结垢的安全范围。Ca2+反应沉淀池出水清澈，浊度小于6NTU、SS含量低于20mg/L，确保MAP反应沉淀池产生高纯度MgNH4PO4·6H2O。由于NH4+-N去除率高达60～90%，所以显著降低后续生化处理负荷，使总氮去除率提高20～30%，大幅提高生化效果，确保氨氮、总氮达标排放和生化系统稳定运行。同时产生的沉淀主要成分分别是CaCO3和MAP，其CaO和MgNH4PO4·6H2O含量分别高于52%和97%，作为优质的建筑材料和化工原料或缓释肥得以回收，降低了处理成本，实现循环经济和清洁生产的理念。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统，黑水沉降槽通过第二阀门、第一排水泵与Ca2+反应沉淀池相连，Ca2+反应沉淀池通过第二排水泵与集水槽相连，集水槽通过第三排水泵与MAP反应沉淀池相连，MAP反应沉淀池通过第四排水泵与厌氧处理单元相连，厌氧处理单元通过第五排水泵与好氧处理单元相连，好氧处理单元排水口与二沉池相连，二沉池溢流堰出水一路引出，另一路通过第三阀门、污水回流管接厌氧处理单元的进水管，二沉池底部排出口经第四阀门后一路引出，另一路通过污泥回流管后经第六阀门接厌氧处理单元，经第五阀门接好氧处理单元。
作为本发明进一步的方案：所述的Ca2+反应沉淀池的底部经第一排泥阀接第一沉淀收集池，第一沉淀收集池出口接第一过滤机给料泵，第一过滤机给料泵出口接沉淀过滤机。
作为本发明进一步的方案：所述的MAP反应沉淀池的底部经第二排泥阀接第二沉淀收集池，第二沉淀收集池出口接第二过滤机给料泵，第二过滤机给料泵出口接MAP回收装置。
作为本发明进一步的方案：所述的Ca2+反应沉淀池设置有第一搅拌器，MAP反应沉淀池设置有第二搅拌器。
作为本发明进一步的方案：所述的Ca2+反应沉淀池顶部设置第一加NaOH管、加Na2CO3管，MAP反应沉淀池顶部设置加镁盐管、加磷盐管、第二加NaOH管、第一pH值检测器。
作为本发明进一步的方案：所述的厌氧处理单元在进水口端池长的五分之一处设置隔水墙，将厌氧处理单元分成两个池子，在进水口端的池中设置折流挡板。
作为本发明进一步的方案：在厌氧处理单元的进水口设置加酸管，在厌氧处理单元的折流池出水口处设置第二pH值检测器。
上述中，所述的黑水沉降槽底部设置有用于将沉淀粗渣外排的第一阀门。
利用所述的资源回收型德士古气化炉废水生化处理系统进行废水生化处理的方法，在黑水沉降槽出水进入生化处理系统前增加Ca2+反应沉淀池和MAP反应沉淀池，间歇式操作，去除废水中Ca2+、Mg2+离子和NH4+-N，在控制投药量和反应pH值条件下将废水硬度降低到60～150mg/L以下，有效的控制在小于323.1mg/L(以CaCO3计)的不易结垢的安全范围;产生的沉淀主要成分分别是CaCO3和MAP，其CaO和MgNH4PO4·6H2O含量分别高于52%和95%，作为优质的建筑材料和化工原料或缓释肥得以回收，降低了处理成本，实现循环经济和清洁生产的理念。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本系统流程简单、易于操作，极大地降低了现行A/O系统回流比，确保生化系统外排废水NH4+-N、TN达标排放和稳定运行，同时快速高效回收废水NH4+-N和Ca2+、Mg2+资源，实现循环经济和清洁生产的理念，由于大幅度降低废水硬度，改善水质容易结垢问题，使设备检修周期延长约6个月以上。
1、德士古气化炉煤制氢工艺废水中NH4+-N浓度为280～400mg/L，COD为800～1200mg/L，其硬度常常在1200～1460mg/L之间，远超过在25℃时二者混合后的饱和水溶液的硬度323.1mg/L(以CaCO3计)，因此生产中输送管线结垢严重，对生产影响很大。本专利首先对Ca2+离子进行沉淀处理后，进一步通过MAP沉淀技术协同作用，将硬度降低到60～150mg/L以下，极大地降低废水硬度，改善水质容易结垢问题，使设备检修周期延长约6个月以上。
2、由于现行系统废水碳氮比低，造成生化系统氨氮处理不易达标、且总氮超标的现象严重。本发明通过控制MAP沉淀条件，使废水NH4+-N去除率高达60～90%，因此显著降低后续生化处理系统的NH4+-N负荷，原碳氮比3：1提高到8：1以上，原A/O回流比16：1降低到0.5～2.0：1，使总氮减排提高20～30%以上，大幅提高生化效果，确保NH4+-N、TN达标排放和系统稳定运行，同时也显著降低了废水处理成本。
3、本发明对Ca2+、Mg2+离子和NH4+-N分别沉淀，产生的沉淀以CaCO3和磷酸铵镁MAP为主，其CaO含量高于52%，MgNH4PO4·6H2O含量高于97%，得到了高品质的建筑材料和优质的化工原料或农用缓释肥得以回收，因此实现循环经济和清洁生产的理念。