申请日2015.12.24
公开(公告)日2017.07.04
IPC分类号C02F9/14; C10K1/00
摘要
本发明提供了一种基于煤气二级气液分离的煤化工废水处理系统及其处理方法，所述系统包括依次连接的集气单元、二级气液分离单元、油水分离单元、蒸氨单元和生化处理单元。所述方法为：焦炉产生的煤气经收集后进行二级气液分离处理，二级气液分离得到的液体进行油水分离，分离出焦油和待处理废水，待处理废水经蒸氨处理和生化处理即得净化后出水。本发明提供的基于煤气二级气液分离的煤化工废水处理方法适用于煤焦化和煤气化废水等煤化工领域;且能够将煤化工废水的COD和总氮通过生物处理防范分别可以控制在80mg/L和15mg/L以下，达到国家一级排放标准。
摘要附图
权利要求书
1.一种煤化工废水处理系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的集气单元、二级气液分离单元、油水分离单元、蒸氨单元和生化处理单元。
2.根据权利要求1所述的煤化工废水处理系统，其特征在于，所述二级气液分离单元包括第一级气液分离器和第二级气液分离器;
优选地，所述第一级气液分离器的气体出口与第二级气液分离器的进料口相连，第一级气液分离器的液体出口与焦油储槽相连;
优选地，所述第二级气液分离器的液体出口与油水分离单元的进料口相连。
3.根据权利要求1或2所述的煤化工废水处理系统，其特征在于，所述油水分离单元的废水出口与蒸氨单元相连，且油水分离单元的废水出口还与二级气液分离单元的液体入口相连;
优选地，油水分离单元的废水出口还与第一级气液分离器和第二级气液分离器的液体入口相连。
4.根据权利要求2或3所述的煤化工废水处理系统，其特征在于，所述第一级气液分离器的运行温度为100～120℃，进一步优选为110～120℃;
优选地，第二级气液分离器的运行温度为60～85℃，进一步优选为75～85℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的煤化工废水处理系统，其特征在于，所述油水分离单元为机械化澄清槽;
优选地，所述生化处理单元为缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮装置;
优选地，所述缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮装置中硝化液回流比为(3～5):1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的煤化工废水处理系统的处理方法，其特征在于，所述方法为：
焦炉产生的煤气经收集后进行二级气液分离处理，二级气液分离得到的液体进行油水分离，分离出焦油和待处理废水，待处理废水经蒸氨处理和生化处理即得净化后出水。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，经机械分离得到的待处理废水一部分经蒸氨和生化处理得到净化后出水，另一部分返回进行二级气液分离处理;
优选地，所述二级气液分离处理包括第一级气液分离处理和第二级气液分离处理;
优选地，第一级气液分离处理的温度为100～120℃，进一步优选为110～120℃;
优选地，第二级气液分离处理的温度为60～85℃，进一步优选为75～85℃。
8.根据权利要求6或7所述的处理方法，其特征在于，经油水分离得到的待处理废水中焦油的含量为小于50mg/L;
优选地，经蒸氨处理后的废水中氨氮含量<60mg/L;
优选地，所述生化处理为缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮处理;
优选地，所述缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮处理中硝化液回流比为(3～5):1。
9.根据权利要求6-8任一项所述的处理方法，其特征在于，经二级气液分离处理后所得液体中挥发酚占COD的比例≥90wt%;
优选地，经生化处理后的出水中氨氮含量<5mg/L，总氮含量<15mg/L，COD含量<80mg/L。
10.根据权利要求6-9任一项所述的处理方法，其特征在于，所述方法为：
焦炉产生的煤气收集于集气装置中，然后送入第一级气液分离器于120～200℃下进行第一级气液分离处理，第一级气液分离处理得到的气体送入第二级气液分离器于60～80℃下进行第二级气液分离处理，第二级气液分离处理得到的液体送入油水分离单元分离出焦油和待处理废水，得到的待处理废水一部分送入蒸氨单元进行蒸氨处理，处理后的废水中氨氮含量<60mg/L，然后送入生化处理单元在硝化液回流比为(3～5):1的条件下进行缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮处理后得到净化后出水，另一部分返回进行二级气液分离处理。
说明书
一种基于煤气二级气液分离的煤化工废水处理系统及其处理方法
技术领域
本发明属于煤化工废水处理领域，涉及一种煤化工废水处理系统及其处理方法，尤其涉及一种基于煤气二级气液分离的难降解的煤化工废水处理系统及其处理方法。
背景技术
炼焦煤在焦炉炭化室内进行干馏时，在高温作用下，煤质发生了一系列的物理化学变化，同时也析出了水蒸气和煤气(即荒煤气)。煤气由炭化室出来经上升管到集气管，以循环氨水喷淋使煤气降温、冷却，分离出焦油和氨水。在焦炉煤气冷却时，绝大部分的水汽冷凝析出，由于氨在水中的溶解度大，所以形成了氨水，一部分氨水用作循环氨水使用，作用是喷洒焦炉上升管出来的焦炉煤气;一部分作为剩余氨水进入后续废水处理单元。从焦炉碳化室上升管出来的焦炉煤气温度约为650～700℃，经循环氨水喷洒温度降低到82～88℃，在此温度下，煤气中绝大部分焦油、酚类、含氮杂环化合物、多环芳烃类以及稠环芳烃类等有机物与水汽、氨基其他化合物等冷凝、冷却为液态，这类含多种有机物的液态混合物与煤气一同进入气液分离器进行气液分离。
由于液态混合物中有大量的有机物，其中相当一部分为易溶于水的难降解有机物，且焦油含量高，导致后续剩余氨水的处理难度很大。一方面，由于焦油含量高，导致蒸氨困难，不仅蒸氨后废水中氨氮含量较高，一般在200～300mg/L，而且蒸氨塔堵塞频繁且操作困难;另一方面，易溶于水的难降解有机物往往分子量较大，在生化处理单元中难以去除。以上两个方面的问题导致，废水处理难度很大，往往需要多级生化保证氨氮和总氮达标排放，且需要在生化处理单元前后增加多级物理化学处理单元，去除废水中的难降解有机物，保证COD和色度达标;另外，上述处理过程操作复杂，需要投加多种大剂量处理药剂，耗能高，处理成本往往很高。
针对废水中氨氮和总氮含量高的问题，现有的处理方法是，蒸氨-A-O-A-O脱总氮，蒸氨将氨氮含量从8000～10000mg/L降低至小于300mg/L;第一级A-O前置反硝化脱氨氮的同时，控制硝化液回流，将氨氮降低至低于10mg/L的同时去除约60～70%的总氮;然后在外加碳源的作用下，通过二级反硝化脱除总氮。CN 101885560A公开了一种活性污泥法的废水全脱氮处理工艺，生化处理采用两级缺(兼)氧/好氧生物脱氮过程，废水经第一级好氧池硝化处理后，回流至第一级缺(兼)氧进行反硝化处理，处理后污水氨氮<5mg/L;一级缺(兼)氧/好氧处理后的出水进入第二级缺(兼)氧处理，通过向第二级缺(兼)氧池中投加甲醇来补充反硝化反应所需的碳源，使剩余的硝态氮在第二级缺(兼)氧池反硝化为气态氮，为防止过量甲醇外排，保证外排水COD不超标，在第二级缺(兼)氧池后设有第二级好氧池。该处理工艺的优点是：利用两级缺(兼)氧/好氧(A-O/A-O)生物脱氮处理工艺处理焦化污水，可有效提高总氮的脱出率，将焦化废水中的氮转化为气态从水中排出，从而达到完全脱氮的目的，使处理后废水中的总氮达到新标准要求的15mg/L以下。但由于氨氮至总氮的转变需要全流程的氮元素转化过程，处理过程能耗和药剂消耗(纯碱、甲醇等)过高，处理成本很高。
针对废水中难降解有机物浓度高，出水COD难于达标的问题，现有的方法多为结合不同物力化学预处理或深度处理方法。CN 101746921A公开了一种耦合强化处理煤气化或焦化废水的系统和方法，该系统包括：精馏塔、化学催化还原反应器、生物反应器和化学催化氧化反应器;其中精馏塔底部通过管道依次与所述的化学催化还原反应器、所述的生物反应器和所述的化学催化氧化反应器联通。该方法采用将煤气化废水或焦化废水进入精馏塔，脱除水中的氨和溶解氧后再进入再有还原催化剂的反应器，经进行催化还原反应器的水在生物反应器中，进行生物矿化降解去除各类污染物后，进入载有氧化催化剂的反应器深度降解废水中生物催化无法降解的污染物。该方法联合使用了精馏、化学催化还原、生物催化和化学催化氧化，最大限度的脱除废水中的各类污染物，但是工艺链较长，处理成本较高。
CN 104016547A公开了一种以铁碳内电解预处理和三维电极深度处理结合的方法去除废水中的难降解有机物污染物。焦化污水经过蒸氨脱酚以后，进入调节池，然后用泵输送到内电解强化预处理系统，内电解强化预处理系统由铁碳内电解填料组成厌氧生物滤池，进行铁碳内电解反应和生物厌氧反应;然后依次进入缺氧池，好氧池进行A/O生化反应，再进入二沉池、后混凝池，进一步进入三维电极反应器进行深度处理。
由此可见，同时含高浓度难降解有机污染物和氨氮的工业废水处理难度大、处理成本高，是煤化工废水处理领域的难点和热点。目前的煤化工废水处理方法受到现有的废水来源的限制，处理难度大、成本高。因此，本领域需要开发一种能够结合废水来源优化，以源头控制的思路，在废水的产生点尽可能减少污染物的产生，以有利于废水的低成本有效处理。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种基于煤气二级气液分离的难降解的煤化工废水处理系统及其处理方法。所述系统和方法在煤气二级气液分离的基础上，从煤化工废水产生的源头进行控制，实现了废水低成本且高效的处理，适用于煤焦化和煤气化废水等煤化工领域。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种煤化工废水处理系统，所述系统包括依次连接的集气单元、二级气液分离单元、油水分离单元、蒸氨单元和生化处理单元。
本发明中，收集的煤气经二级气液分离处理可以逐步脱除煤气中的有机物和水分。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明的优选方案，所述二级气液分离单元包括第一级气液分离器和第二级气液分离器。
优选地，所述第一级气液分离器的气体出口与第二级气液分离器的进料口相连，第一级气液分离器的液体出口与焦油储槽相连。
优选地，所述第二级气液分离器的液体出口与油水分离单元的进料口相连。
本发明中，煤气经第一级气液分离器去除荒煤气中大部分大分子有机污染物，经第二级气液分离器分离出废水及部分有机污染物，从而使大部分难降解有机物不进入油水分离单元。
作为本发明的优选方案，所述油水分离单元的废水出口与蒸氨单元相连，且油水分离单元的废水出口还与二级气液分离单元的液体入口相连，其中，油水分离单元的废水出口与二级气液分离单元的液体入口相连可将产生的氨水送入二级气液分离单元进行循环氨水喷洒操作，可更彻底的回收废水中的氨氮，提高氨氮资源的回收率。
优选地，油水分离单元的废水出口还与第一级气液分离器和第二级气液分离器的液体入口相连。
作为本发明的优选方案，所述第一级气液分离器的运行温度为100～120℃，例如100℃、103℃、105℃、107℃、110℃、113℃、115℃、117℃或120℃等，进一步优选为110～120℃。
优选地，第二级气液分离器的运行温度为60～85℃，例如60℃、63℃、65℃、67℃、70℃、73℃、75℃、77℃、80℃、83℃或85℃等，进一步优选为75～85℃。
第一级气液分离器的运行温度控制在100～120℃，以去除废水中凝点较高的大分子有机物，这些有机物进焦油储槽后，进而进入后续的焦油处理单元。以多环芳烃类大分子有机物(PAHs)为例，如表1所示，几乎所有的PAHs类有机物的沸点都高于120℃，因而绝大多数焦油类物质可通过第一级气液分离器有效去除。第二级气液分离器运行温度控制在60～85℃，可使水分、氨氮及分子量较低(凝点较低)的有机物以液体的形态在油水分离单元中与残留的以焦油为代表的难降解有机物分离，油水分离单元底部焦油进焦油储槽去后续焦油处理单元，剩余废水进入蒸氨单元。
表1：13种PAHs的物理化学性质
作为本发明的优选方案，所述油水分离单元为机械化澄清槽。
优选地，所述生化处理单元为缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮装置。
优选地，所述缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮装置中硝化液回流比为(3～5):1，例如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1等。
废水及少量的有机物经油水分离单元之后进入蒸氨单元，由于进入蒸氨单元废水中焦油含量很低，极大避免了氨塔由于焦油凝结而造成的塔板堵塞，进而提高了蒸氨效率、降低了蒸氨塔清洗频率，将氨氮浓度降低至低于60mg/L;最后，通过进入传统的生化处理单元彻底去除中低浓度的氨氮、总氮，并去除废水中有机污染物，由于进入生化处理单元的废水中大分子有机物和氨氮含量均较低，废水的毒性也较低，因而可以保证出水中COD、氨氮和总氮分别低于80mg/L、10mg/L和25mg/L，满足最新排放标准的要求。
第二方面，本发明提供了所述的煤化工废水处理系统的处理方法，所述方法为：
焦炉产生的煤气经收集后进行二级气液分离处理，二级气液分离得到的液体进行油水分离，分离出焦油和待处理废水，待处理废水经蒸氨处理和生化处理即得净化后出水。
其中，焦炉产生的煤气温度约为650～700℃。
作为本发明的优选方案，经机械分离得到的待处理废水一部分经蒸氨和生化处理得到净化后出水，另一部分返回进行二级气液分离处理。其中，此处所述的“一部分”和“另一部分”是以机械分离得到的待处理废水作为整体，将其分为两部分，属于清楚表述。
优选地，所述二级气液分离处理包括第一级气液分离处理和第二级气液分离处理。
优选地，第一级气液分离处理的温度为100～120℃，例如100℃、103℃、105℃、107℃、110℃、113℃、115℃、117℃或120℃等，进一步优选为110～120℃。
优选地，第二级气液分离处理的温度为60～85℃，例如60℃、63℃、65℃、67℃、70℃、73℃、75℃、77℃、80℃、83℃或85℃等，进一步优选为75～85℃。
作为本发明的优选方案，经油水分离得到的待处理废水中焦油的含量为小于50mg/L，例如45mg/L、40mg/L、35mg/L、30mg/L、25mg/L、20mg/L、15mg/L或10mg/L等且包括更低的含量。
优选地，经蒸氨处理后的废水中氨氮含量<60mg/L，例如59mg/L、50mg/L、40mg/L、30mg/L、20mg/L或10mg/L等且包括更低的含量。
优选地，所述生化处理为缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮处理。
优选地，所述缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮处理中硝化液回流比为(3～5):1，例如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1等。
作为本发明的优选方案，经二级气液分离处理后所得液体中挥发酚占COD的比例≥90wt%，例如90wt%、92wt%、94wt%、96wt%、98wt%或100wt%等。
优选地，经生化处理后的出水中氨氮含量<5mg/L，例如4.5mg/L、4mg/L、3.5mg/L、3mg/L、2.5mg/L、2mg/L、1.5mg/L或1mg/L等且包括更低的含量;总氮含量<15mg/L，例如14mg/L、13mg/L、12mg/L、10mg/L、8mg/L、6mg/L、4mg/L、2mg/L或1mg/L等且包括更低的含量;COD含量<80mg/L，例如75mg/L、70mg/L、60mg/L、50mg/L、40mg/L、30mg/L、20mg/L、10mg/L或5mg/L等且包括更低的含量。
作为本发明的优选方案，本发明所述煤化工废水处理系统的处理方法为：
焦炉产生的煤气收集于集气装置中，然后送入第一级气液分离器于120～200℃下进行第一级气液分离处理，第一级气液分离处理得到的气体送入第二级气液分离器于60～80℃下进行第二级气液分离处理，第二级气液分离处理得到的液体送入油水分离单元分离出焦油和待处理废水，得到的待处理废水一部分送入蒸氨单元进行蒸氨处理，处理后的废水中氨氮含量<60mg/L，然后送入生化处理单元在硝化液回流比为(3～5):1的条件下进行缺氧/好氧前置反硝化脱氨氮处理后得到净化后出水，另一部分返回进行二级气液分离处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的处理系统及处理方法是以对焦炉产生的煤气中有机物的有效分离为基础，特别是分子量较大、毒性较高且熔点高于120℃的难降解有机物，典型的如多环芳烃(PAHs)类物质。通过从源头控制废水中的有机物的浓度，特别是难降解有机物的浓度，以降低废水的毒性，提高可生化性，降低废水的处理难度。另一方面，本发明经第一级气液分离器可回收到纯度更好、含水率更低的焦油(其含水率为小于2%)，有利于焦油资源的回收利用。
(2)本发明采用二级气液分离单元对焦炉产生的煤气进行逐级冷却。第一级气液分离器将煤气由650～700℃降低至100～120℃，分离出煤气中绝大多数大分子难降解有机物，第二级气液分离器将煤气由100～120℃降低至60～85℃，分离出废水、小分子易降解有机物和残留大分子难降解有机物。废水和少量的有机物通过油水分离单元进行分离，得到有机物含量较低(COD含量为2000～4000mg/L)，尤其是难降解有机物较低(如焦油含量为小于50mg/L)的废水。
(3)由于废水中沸点较低的焦油类有机物含量大大降低，提高蒸氨塔的抗堵塞能力，一方面可提高蒸氨单元的处理效率，使经蒸氨塔后废水的氨氮可降低至小于60mg/L;另一方面可更彻底的回收废水中的氨氮，提高氨氮资源的回收率，使氨氮的回收率达到高于95%。
(4)经蒸氨单元处理后的废水中有机物和氨氮含量均较低，经生化处理单元可直接将废水中的有机物、氨氮和总氮处理至低于80mg/L、10mg/L和25mg/L，实现达标排放。
(5)本发明提供的煤化工废水处理系统及其处理方法是基于对污染物源头污染物进行消减，处理方法简单，投资和运行成本均大大降低。