煤氣發生爐含酚廢水處理工藝與設備的研究

李 煒,賈曉鳴,吳 超

(1.唐山市吉泰選煤科技開發有限公司,河北唐山 063000;2.河北理工大學a.機械工程學院;b.輕工學院,河北唐山 063000)

煤氣發生爐含酚廢水處理工藝與設備的研究

李 煒1,賈曉鳴2a,吳 超2b

(1.唐山市吉泰選煤科技開發有限公司,河北唐山 063000;2.河北理工大學a.機械工程學院;b.輕工學院,河北唐山 063000)

利用發電廠廢料“粉煤灰”制備了粉煤灰基無機絮凝劑和有機絮凝劑,將二者復合應用于煤氣發生爐含酚廢水處理中,并針對煤氣發生爐含酚廢水的特點設計了含酚廢水處理工藝和設備。試驗表明,該絮凝劑絮凝效果良好,處理工藝簡便,工藝設備成本低,易操作,處理后的煤氣爐含酚廢水能夠達到國家排放標準。

含酚廢水;處理工藝;設備

0 引言

煤氣發生爐主要為各類金屬熱處理爐、陶瓷窯爐、金屬制品加熱爐、玻璃行業、陶瓷行業等提供氣體燃料。煤氣發生爐的使用可以提高煤炭的燃燒率,減少空氣污染,但煤炭在氣化過程中會產生焦油、酚類化合物、氰化物、硫、氨等以及其他有機物和粉塵,形成含酚廢水,揮發酚濃度達到1 500 mg/L以上,化學需氧量可達10 000 mg/L以上。[1-2]

含酚廢水不僅毒性大且不易處理,任意排放將對周圍水體產生嚴重污染。目前,多采用活性污泥生化法、活性炭吸附法、氧化法、離子交換樹脂法和萃取法等方法[3]處理含酚廢水,含酚廢水的處理難度大,往往處理費用高,并且容易造成二次污染,研究和開發經濟、高效的含酚廢水處理方法和工藝、設備,是目前迫切需要解決的課題。

“粉煤灰”主要來源于發電廠,是發電廠的廉價廢物。本文利用“粉煤灰”制備出粉煤灰基無機絮凝劑和粉煤灰基有機絮凝劑[4],將二者復合應用于煤氣發生爐含酚廢水處理中,為使該廢水達到國家排放標準或達到循環利用,后期處理中采用活性炭動態吸附處理[5]。通過在實驗室小型實驗和工廠的擴大生產實驗,取得了較好的處理效果。

1 絮凝劑的制備

1.1 粉煤灰基無機絮凝劑的制備

1.1.1 主要試劑與儀器

粉煤灰:取自唐山市發電廠;

鹽酸:分析純,唐山市路北區化工廠;

硫酸:分析純,唐山市路北區化工廠;

氫氧化鈉:分析純,天津市天大茂化學試劑廠;

恒溫加熱磁力攪拌器:CL-2,鄭州長城科貿有限公司;

玻璃恒溫水浴鍋:ZH-2B,南京多助科技發展有限公司。

1.1.2 試驗方法

(1)焙燒:將粉煤灰裝入坩堝中焙燒活化使粉煤灰中的鋁、硅轉變為活性較大的無定型體或晶體,焙燒溫度控制在800℃,時間為-h。

(2)酸浸:將濃度為20%的混酸加入粉煤灰中,在60～80℃的恒溫水浴中以100 r/min的速度攪拌-h。

(3)加堿聚合:粉煤灰浸取液中的A l3+和 Fe3+的濃度不高,達不到所需的要求,添加硫酸鋁和硫酸亞鐵,使Al3+和Fe3+以一定的摩爾比混合,再加入濃度為8%的Na2SiO4溶液,加堿調節使溶液的p H值為3～4,靜置3 h使之聚合。

1.2 粉煤灰基有機絮凝劑的制備

1.2.1 主要試劑與儀器

EDTA(乙二胺四乙酸):分析純,北京化工廠;真空干燥箱:DZF-6020,上海博遜試驗有限公司;紅外線快速干燥器:WS70-1,上海市吳淞五金廠。

1.2.2 試驗方法

(1)稱取適量的AM,DMC和AETMAC,加入磨口瓶中,注入適量蒸餾水至總量100 g,攪拌溶解;

(2)將尿素、亞硫酸氫鈉、EDTA和v-50依次加入磨口瓶中,攪拌混勻;

(3)通氮除氧10 min后加入過硫酸鉀,繼續通氮5 min后停止通氮,密閉,進行保溫反應;

(4)待反應體系降至室溫后取出膠塊,經烘干、粉碎、過篩后得到80目的白色PAM粉末;

(5)測定PAM固含量與聚合物的特性粘度。

2 含酚廢水處理工藝

煤氣發生爐含酚廢水的處理工藝主要是采用“絮凝-吸附”的處理方法。

首先制備含酚廢水用絮凝劑。一般來說,在形成的絮體大小、密實度、沉降速度以及最終絮凝效果等方面,無機高分子絮凝劑(IPF)都不如有機高分子絮凝劑(OPF),同時用藥量也明顯多于后者。但有機高分子絮凝劑的價格高、降解產物大多有毒,這就限制了其使用價值。本文將有機絮凝劑與無機絮凝劑復合使用,提高提高絮凝處理能力的同時降低了絮凝劑耗量。試驗結果表明,粉煤灰基無機絮凝劑和粉煤灰基有機絮凝劑的質量比為1.875∶1,含酚廢水與絮凝劑的體積質量比(m l/g)為1∶0.092時,絮凝劑的絮凝效果最佳。

然后進行吸附處理。在直徑為13 mm,高度為600 mm的玻璃管中裝填一定量的吸附劑,在室溫條件下,稱取5 g活性炭裝入玻璃管中制成吸附柱,將絮凝處理后的含酚廢水從上而下注入吸附柱中,進行動態循環吸附處理,并控制廢水流量在3～5 mL/min之間,同時分析濾出水的水質。試驗結果表明,隨著吸附次數的增加,廢水的CODCr去除率呈逐漸上升趨勢,活性炭達到飽和狀態時,廢水的CODCr由3 064 mg/L降到了1 525.6 mg/L,CODCr去除率為62.97%。

3 含酚廢水處理設備

3.1 煤氣發生爐含酚廢水處理工藝

對Φ3.0 m兩段式煤氣發生爐而言,一天的酚水產量大約為5 t左右,因此我們首先設計了一個容積為1 m3的絮凝裝置進行工業化試驗,具體工藝流程如圖1所示。

圖1 煤氣發生爐含酚廢水處理工藝流程圖

由圖1可知,首先將待處理酚液(約1 t)從上部泵入絮凝器中,同時將已配置好的無機絮凝劑100 kg均勻加入絮凝器,待絮凝器溢流口流出酚液時停止加液,用管帽將溢流口堵死。開啟空壓機,以此開啟閥門,進行氣曝(10～30 min),加入有機絮凝劑30 kg,繼續進行氣曝5～10 min。待從觀察孔中看到有絮凝物出現后,依次關閉閥門,停止氣曝,靜置30 min。觀察絮凝物沉淀的位置,確定打開清液閥門的位置,放空清液至池中。打開底部球閥,將絮凝物排除,隨煤塊逐步加入煤氣爐內燃燒,可提高煤氣熱值。之后對絮凝器用清水進行清洗。將清液池中的清液用泵打入裝有柱形活性炭填料的過濾機中,進一步吸附沉淀物。測量COD值至達標后直接排入管網;若不達標則繼續循環過濾,直至達標排放。

3.2 主要處理設備

主要設備有絮凝器、動態過濾機、加藥槽以及其他一系列附屬設備。其中加藥槽和各附屬設備均選用耐腐材料制作。下面主要介紹一下絮凝器的設計。

絮凝器整體采用不銹鋼材料制作,設備上的閥門均采用不銹鋼閥門。該設備利用氣曝原理、固液分離原理將酚液中的絮凝物從酚液中分離出來,是整套處理工藝的核心設備。

絮凝器主要作用就是為含酚廢水和絮凝劑提供一個載體,使得絮凝劑能夠與廢液充分混合,提高絮凝效果。通常情況下,絮凝器的攪拌裝置為攪拌器。攪拌器具有減半效果好,可以精確控制攪拌速度,重現性好等優點。由于煤氣發生爐含酚廢水具有腐蝕性,所以需要選用防腐蝕攪拌器,大大增加了含酚廢水處理設備的成本。本文中的含酚廢水產自煤氣發生爐,屬于工業上的實用性廢水處理,廢液處理量大,對于實驗的可控性要求并不嚴格,因此,采用壓縮空氣形成氣瀑,利用氣瀑對廢液與絮凝劑的混合液進行攪拌。實驗表明,該方法能夠實現廢液與絮凝劑的充分混合,達到預期的攪拌和處理效果。從而大大簡化和實驗設備,降低廢水處理的成本,提高該含酚廢水處理工藝和設備的應用性,有利于進一步推廣。

4 總結

自制了粉煤灰基無機絮凝劑和粉煤灰基有機絮凝劑。利用發電廠的廢料制作絮凝劑,大大節省了含酚廢水的處理成本,試驗效果良好,能夠達到國家排放標準。針對煤氣發生爐含酚廢水的特點以及煤氣發生爐本身特點,設計了適宜的含酚廢水處理工藝和設備,并采用壓縮空氣作為動力對絮凝液進行攪拌,攪拌效果優于防腐攪拌機,不但提高了攪拌效果,延長設備使用壽命,而且大大降運行低了成本,具有廣泛的推廣價值。

[1] 劉國杰,滕洪輝,侯松嵋,等.含酚廢水治理技術進展[J].商丘師范學院學報,2004,21(3):21-24.

[2] 張錦,李圭白,馬軍.含酚廢水的危害及處理方法的應用特點[J].化學工程師,2001(2):36-37.

[3] 肖利萍,梁冰,焦文云.煤氣廠含酚廢水生物處理研究[J].河北建筑科技學院學報,2004,10(6):21-24.

[4] 段瑛博,鄒大慶,衣守志.粉煤灰絮凝劑對高濃度含酚廢水的預處理試驗研究[J].天津化工,2004,18(6):50 -51.

[5] 張紅霞,崔林燕.炭對含酚廢水吸附研究[J].科技情報開發與經濟,2000,10(6):46.

(責任編校:李高峰)

Study of Phenol Wastewater Treatment Technology and Equipments of Gas Producers

LIWei1,JIA Xiao-ming2a,WU Chao2b
(1.Jitai Coal-selecting Technology Development Corporation of Tangshan,Tangshan 063000,China;2.Hebei Pol-ytechnic University,a.College of Mechanical Engineering;b.College of Light Industry,Tangshan 063000,China)

With flyash,which is a waste material from power plants,a flyash-inorganic flocculant and a flyash-organic flocculant are prepared.The composite flocculant is applied to phenol wastewater treatment from gas producers,and based on the characteristics of phenol wastewater from gas producers,treatment technology and equipment are designed to treat phenol wastewater.Tests revealed that the composite flocculant works well,the treatment technology is simple and convenient,the equipment were low in costs and easy to operate,and the treated phe-nol wastewater can reach the state discharge standards.

phenol wastewater;treatment processing;equipment

X703

A

1672-349X(2010)06-0035-03

2010-09-06

李煒(1981-),男,助工,主要從事機械設計領域的研究和工作。