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干货 | 煤化工废水除油技术探讨

发布时间:2018-12-12

我国淡水资源贫乏,人均占有量仅为世界平均值的l/4,并且分布不均衡,尤其水资源与煤炭资源里逆向分布关系,当前水资源已成为影响我国煤化工产业发展的首要因素。因此,在煤化工技术和产业化发展过程中,应积极发展和应用废水处理及回用技术。然而,我国在弓l进和发展煤化工核心技术时,往往没有及时引进和发展煤化工废水处理技术,如与我国大型煤气化技术相比,其配套废水处理技术是落质的。


煤化工废水是一种污染物成分极其复杂的难降解物质多的高浓度有机废水,含有油类、酚类、氰化物、硫化物等多种污染物。其中,油类污染物虽不属于我国优先控制的污染物质之一,但在煤化工废水处理中也属于难处理污染物,如处理不好,会对后续处理单元带来一系列影响。


1煤化工废水中油的存在状态

煤化工废水主要是来自煤炭热加工祁煤气净化过程及煤化工产品的精制过程产生的废水。煤化工废水中油类主要是焦油,焦油在水中的存在形式与乳化剂、水和其自身的性质有关,主要是以浮油、分散油、乳化油、溶解油、油.固体物等5种物理状态存在。


(1) 浮油:煤化工废水的油通常大部分以浮油形式存在,这种油的粒径较大,一般大于100 lun,占含油量的70%一95%,通过静置沉降后能有效分离。


(2) 分散油:分散油以小油滴形状悬浮分散在污水中,油滴粒径在25—100 lma之间。当油表面存在电荷或受到机械外力时,油滴较为稳定,反之分散相的油滴则不稳定,静置一段时间后就会聚并成较大的油珠上浮到水面,这一状态的油也较易除去。


(3) 乳化油:由于表蕊活性剂的存在,使得原本是非极性憎水型的油滴变成了带负电荷的胶核。由于极性和表面能的影响,带负电荷油滴胶核吸附水中繁正电荷离子或极性水分子形成胶体双电层结构。这些油珠外蕊包有弹性的、有一定厚度的双电层,与彼此所带的同性电荷相互排斥,阻止了油滴闾相互碰撞变大,使油滴能长期稳定地存在于水中,油滴粒径在o.1~25 lain之间,在水中呈乳浊状或乳化状。


(4) 溶解油:粒径在几个纳米以下的超细油滴,以分子状态或化学状态分散于水相中,油和水形成均相体系,非常稳定,用一般的物理方法无法去除。但由于油在水中的溶解度很小(5~15 mg/L),所以在水中的比例仅约为O.5%。


(5) 油固体物:煤化工废水中含有能使其形成油包水(W/O)型乳状液的天然乳化剂(主要是分散在废水中的固体物,如煤粉和焦粉等,从而形成焦油.固体乳状液。该焦油.固体乳状液的稳定性与煤粉、焦粉的粒度有较强的相关性。其粒度越小,乳状液越稳定,油水分离越困难。这说明天然乳化剂的粒度越小,所形成的界面膜越牢固。煤化工废水的乳化油、溶解泊、油.固体物虽然含量不高,但非常难子处理。


2煤化工含油废水介绍

2.1煤气化废水:由于气化工艺和煤质的不同,煤气化废水污染物含量和种类也存在差异。如鲁奇炉加压气化废水就比较特殊,足一种有害成分极高而又极其复杂的废水。废水含有焦油、煤,尘、酸性气体(C02、H:S)、酸性物(酚、脂肪酸、氰化物)、碱性物(氨、吡啶、胺类)、重金属、盐类以及某些化合物互相作用生成的复合物(硫代氰酸盐、多硫化物等)。鲁奇炉加压气化废水水质分析指标:COD 5000~25000 mg/L;石油类500,一1500 mg/Lt N1-13.N6000--,9000 lng/L;总酚3000-6500 mg/L:硫化物50~200 mg/L;氰化物30-,-50 mg/L。


2.2焦化废水:焦化废水主要来自炼焦和煤气净化过程及化工产品的精制过程,其中以蒸氨过程中产生的剩余氨水为主要来源。焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。焦化泼水中的难降解有机物主要是酚类和苯类等化合物。焦化废水的水质因各厂工艺流程和生产操作方式差异很大而不同。一般焦化厂废水水质分析:COD4000--8000 mg/L;石油类100---500 mg/L:氨300 mg/L:总酚600,-,1000 mg/L;硫化物50---100 mg/L:氰化物10—25 mg/L;pH 9--10。


2.3兰炭生产废水兰炭生产属于煤中温干馏过程,干馏过程及煤气净化过程中形成的废水称为兰炭生产废水。兰炭生产废水是一种高COD、高酚类、高氨氮、难降熊的有机废水,与焦化废水相比,兰炭生产废水COD要高10倍左右,酚类、氨氮的浓度也远高于焦化废水。因此,兰炭生产废水更难于处理。60万讹兰炭生产装置水平衡图如图1所示。



由图1可知,60万t/a兰炭生产装置是无盈水系统。系统中耗散水量比较大,一部分是蒸发、飞散等原因而耗散,另一部分是熄焦后由兰炭吸附而耗散。这部分中兰炭吸附耗散水来自煤气洗涤水系统(即串接用水,煤气洗涤水系统中部分被熄焦系统利用的水),含有大量煤焦油、酚、氨类等物质,在兰炭生产区,运输区及使用地区分别造成不同程度的污染。因此,这部分串接用水急需经济、环保的工艺进行处理。兰炭生产废水分析指标:COD 40000-50000 mg/L;石油类2000--3500 mg/L;NH3-N 2000,-,4000mg/L;挥发酚2000-4000 mg/L;总酚8000--14000 mg/L;悬浮物1000 mg/L;硫化物200 mg/L;氰化物10mg/L;pH6--9。


3含油废水处理技术

3.1静置沉降法:静置沉降法是利用斯托克斯原理,利用油和水的密度差及油和水的不相溶性,在静止状态下实现油珠、悬浮物与水分离。分散在煤化工水中的轻油珠在浮力作用下缓慢上浮、分层,而分散在煤化工水中的重油珠在重力作用下缓慢下沉、分层,油珠上浮或下沉速度取决于油珠颗粒的大小、油与水的密度差及流体的粘度。如温度30~40℃,焦油和水的相对密度差别较大,但粘度也大,不宜选此温度。温度度太高,重焦油难以和水分离。因此,一般选择70~80℃为宜。静置沉降法能接受任何浓度的煤化工含油废水,同时除去大量的焦油(主要是浮油和粗分散油)和悬浮固体等杂质,虽然静止时阀长,所需储槽容积大,但方法简单,易操作,是目前普遍采用的一种初步除油方法。如某化工厂处理煤气化洗涤水,采用静置沉降罐处理,静止时间约为100 h,处理后的焦油含量约为100 mg/L。


3.2气浮法:气浮法是利用在油水悬浮液中释放出大量的微气泡(10~120 um),依靠表面张力作用将分散于水中的微小油滴粘附予微气泡上,使气泡的浮力增大上浮,达到分离的目的。由于气泡的出现使水和颗粒之间密度差增大,且颗粒真径也比原油油滴大,所以上升速度明显提高。即当1个气泡(或多个气泡)附在1个油滴上可增加垂直上升速度,从而可脱除直径比50um小得多的油滴。气浮法的特点是处理量大,可把大于25um的油粒(主要是浮油、分散油)基本去除。该法的工艺较为成熟,己被广泛应用于油田废水、石化废水处理,其应用在煤化工含油废水处理中应慎重。因为气浮方法比较适合油比重小于0.94的含油废水,而煤化工废水中含有大量比重大于1的重质焦油,这样废水中的粉尘、重质焦油和轻质焦油会与气泡混合在一起无法实现三相有效分离。另外,煤化工瘦水含有挥发酚、氨等物质,经气浮法易夹带逸出,对现场操作环境造成恶劣影响。


3.3过滤法:过滤法是将废水通过设有孔眼的装置或通过由某种颗粒介质组成的滤层,利用其截留、筛分、惯性碰撞等作用使废水中的油分(主要是浮油、分散油及部分乳化油)得以去除。


因为煤化工废水具有一定的粉尘量和粘度,过滤法应用在煤化工含油废水的关键是采用合适的过滤材料和反冲洗方式。如双介质过滤器,上层用I.6--2.5 m的焦炭(比重为0.7),下层用0.8~1.2 m的细砂(比重为I)。含油废水从过滤器上部进入,蓖先经过焦炭过滤,然后经细砂过滤,通过过滤器切面积的速率不大于15 m31(m2˙h)。过滤器一般设有两台,一台在线过滤,一台反洗,反洗周期主要由床层阻力降来决定,一般15 h左右清洗一次,首先通入空气松散床层,然后用过滤速度5倍的清水冲洗,整个清洗再生约需30 min。


3.4粗粒化法:粗粒化法是利用油、水两相对聚结材料亲和力相差悬殊的特性,油粒被材料捕获而滞留于材料表面和空隙内形成油膜,油膜增大到一定厚度时,在水力和浮力等作用下油膜脱落合并聚结成较大的油粒。聚结后粒经较大的油珠则易于从水中被分离。实现粗粒化的方式主要有两种,润浸聚结和碰撞聚结。润湿聚结理论建立在亲油性粗粒化材料的基础上,亲油性粗粒化材料对液体有着不同的润湿度,两襁在接触表面出不同的润湿角,当液体中的两栩在同一表面润湿度之差大于70度时,两相可以分离。当含油废水流经由亲油性材料组成的粗粒化床时,分散油滴便在材料表面湿润附着,这样材料表面几乎全被油包住,再流来的油滴也更容易润湿附若在上面,因而附着的油滴不断聚结扩大并形成油膜。由于浮力和反向水流冲击作用,油膜开始脱落,材料表面得到一定更新。脱落的油膜到水相中仍形成油滴,该油滴粒径比聚结前的油滴粒径要大,从而达到粗粒化的目的。含油废水润湿聚结除油材料有聚乙烯、聚丙烯塑料聚结板等。碰撞聚结理论建立在疏油材料基础上。无论由粒状的还是纤维状的粗粒化材料组成的粗粒化床,其空隙均构成互相连续的通道,犹如无数根直径很小、相互交错的微管。当含油废水流经该床时,由于粗粒化材料是疏油的,两个或多个浦滴有可能同时与管壁碰撞或相互碰撞,其冲量足可以将它们合并为一个较大的油滴,从而达到粗粒化的目的。含油污水碰撞聚结除油材料有碳钢、不锈钢聚结扳等。粗粒化法在煤化工含油废水中的应用上具有广阔的发展前景,可作为含乳化油废水的处理及回收方法。该技术关键是粗粒化填充材料,材料的形状主要有纤维状和颗粒。粗粒法对煤化工废水入水含尘量要求很高,如含尘量高将阻塞粗粒化材料,从而影响粗粒化效率和使用寿命。因此,襁粒化的预处理是非常关键的。