含酚廢水處理方案
來源：北京清華工業(yè)開發(fā)研究院（北京北清工研科技有限公司） 閱讀：5796 更新時(shí)間：2009-01-11 13:46前言：
絡(luò)合萃取法處理含酚廢水技術(shù)由清華大學(xué)化學(xué)工程系萃取分離國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最早開始進(jìn)行研究，對工業(yè)含酚廢水的處理具有特效。該技術(shù)曾于1998年獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，并被國家環(huán)？偩衷u為最佳實(shí)用技術(shù)。先后在山東、江蘇、河南、遼寧等省市企業(yè)應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
該技術(shù)用于處理煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的含酚廢水為國內(nèi)首創(chuàng)，是我國自主創(chuàng)新的重大成果。將煤氣發(fā)生爐含酚廢水在預(yù)處理水槽進(jìn)行調(diào)酸破乳除油，除去焦油和懸浮物的清液進(jìn)入高效離心萃取器進(jìn)行多級(jí)逆流萃取脫酚。揮發(fā)酚脫除率≥99.9%，脫酚后的廢水揮發(fā)酚含量≤1-50ppm；COD去除率≥90.0%，處理后COD≤2000ppm；氨氮含量去除率≥90.0%。處理后的廢水達(dá)到企業(yè)復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)回到生產(chǎn)流程或者進(jìn)入生化的后處理工序。萃取后的負(fù)載溶劑經(jīng)過反萃再生可循環(huán)重復(fù)使用。反萃液中的酚，可以直接通過酸化回收利用。這一“脫酚－回收”循環(huán)利用的過程符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。該技術(shù)具有良好的運(yùn)行可靠性，抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)；動(dòng)力消耗小，便于操作控制，適于推廣使用。
一、項(xiàng)目背景
我國是一個(gè)煤炭資源豐富的國家，是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，也是世界僅有的幾個(gè)以煤為主要能源資源的國家。煤炭是我國分布最廣，儲(chǔ)量最多的能源資源，在我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占極其重要的地位。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中對煤炭的過分依賴導(dǎo)致了環(huán)境污染的加劇，是對大氣污染、酸雨等區(qū)域性環(huán)境問題的主要影響因素。為了促進(jìn)能源與環(huán)境協(xié)調(diào)開展，開發(fā)推廣潔凈煤技術(shù)是減少污染物排放的最有效途徑之一，也是我國以煤為主的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)下解決環(huán)境問題的一個(gè)必然選擇。全國燃料及動(dòng)力消耗中有3/4是來源于煤。解決好煤的燃燒是我國節(jié)能減排的基本任務(wù)。
煤炭氣化是一種現(xiàn)代化的燃料轉(zhuǎn)化過程,是提高煤炭利用率的一種有效途徑,是減少燃煤環(huán)境污染和提高企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)效益的一種較佳方法。煤炭氣化技術(shù)可以廣泛應(yīng)用到陶瓷、化工、化工陶瓷填料、玻璃、氧化鋁氧化鎂生產(chǎn)、固堿、冶金、耐火材料、鑄鍛造等行業(yè)。特別是在建筑陶瓷、化工陶瓷填料、玻璃、氧化鋁、氧化鎂行業(yè)的應(yīng)用，降低成本是非常顯著的，使用發(fā)生爐煤氣作為燃料可以使成本降低50%以上。近年來，隨著世界石油價(jià)格的不斷上升，燃油和燃?xì)鈨r(jià)格日趨上漲，致使燃油(氣)費(fèi)用在工業(yè)產(chǎn)品成本中占有的比重越來越大，成為影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高的重要因素。自2004年起國內(nèi)已有近千家企業(yè)將油爐改為煤氣爐，多年的實(shí)踐證明這是目前所能采用的最佳降低能源成本方法。
目前國內(nèi)已有中小煤氣發(fā)生爐近9000多臺(tái)，應(yīng)用較多的地區(qū)主要有：山東淄博、臨沂，福建泉州、晉江、南安、德化，遼寧鐵嶺、法庫縣，廣東佛山、清遠(yuǎn)、肇慶，江西豐城市、高安市、萍鄉(xiāng)市、景德鎮(zhèn)等地。每年煤氣化用煤量約為6000萬噸。
與此同時(shí), 煤氣發(fā)生爐在生產(chǎn)過程中，由于冷卻、洗滌、凈化等工藝處理而產(chǎn)生大量含酚廢水。其水質(zhì)組成十分復(fù)雜，而且水量較大。作為難生物降解的高濃度有機(jī)廢水，己經(jīng)成為國內(nèi)煤氣發(fā)生爐環(huán)保治理中亟待解決的難題。
北京清華工業(yè)開發(fā)研究院開發(fā)的煤氣發(fā)生爐廢水處理技術(shù)，采用先進(jìn)工藝、低成本治理、廢水治理后內(nèi)封閉循環(huán)后再次回用到生產(chǎn)中。保證了廢水零排放。該技術(shù)簡化廢水深度處理工序，既節(jié)約了生產(chǎn)用水又解決了煤氣廢水的污染問題。符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。
1、含酚廢水的產(chǎn)生：
通常使用的水煤氣兩段爐的氣化運(yùn)行過程主要分成3個(gè)階段:
(1) 鼓風(fēng)階段：空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后,由兩段爐底部入口進(jìn)入氣化爐,在氣化段空氣與半焦進(jìn)行強(qiáng)力燃燒, 放出大量潛熱, 使床層溫度提高并蓄積熱量,燃燒過程產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧捌洳糠挚扇汲煞钟苫鸬琅懦鰻t外。
(2) 上吹制氣階段：過熱水蒸氣由發(fā)生爐底部入口進(jìn)入氣化爐, 在氣化段與熾熱的半焦發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生的水煤氣及未分解的水蒸氣進(jìn)入氣化爐上部的干餾段,顯熱與干餾段內(nèi)的煤進(jìn)行熱交換,煤受熱干餾熱解,產(chǎn)生的干餾煤氣與水煤氣一道經(jīng)氣化爐頂部排出,冷卻凈化后析出含焦油和酚的冷卻水, 這即為兩段爐水煤氣要處理的含酚廢水。
(3) 下吹制氣階段：水蒸氣經(jīng)燃燒蓄熱室過熱后,由與鼓風(fēng)氣相反的方向進(jìn)入氣化爐,在氣化段與熾熱的半焦發(fā)生反應(yīng),生成的水煤氣與未分解的水蒸氣一道由爐底部排出,冷卻后析出未分解的水。這部分冷卻水不含酚和焦油,只含有少量的氰化物。
以兩段爐煤氣站氣化大同煙煤為例，上段煤氣經(jīng)間接冷卻器最終冷卻，產(chǎn)生的冷凝水量約為100公斤/噸煤左右，該冷凝水含酚量約為8500-10000mg/升；下段煤氣洗滌水含酚量10mg/升，而且冷凝水隨著循環(huán)使用時(shí)間的增加，其含酚量也不斷地增加。這種含酚廢水是一種成分復(fù)雜的典型難降解有機(jī)廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)穩(wěn)定。
2、含酚廢水的危害
水污染是當(dāng)前我國面臨的主要環(huán)境問題之一。環(huán)境問題已被國際公認(rèn)為影響 21 世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的三大關(guān)鍵問題之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，工業(yè)廢水的排水量日益增加。據(jù)《中國化工信息》報(bào)道，目前全國約1/3以上的工業(yè)廢水和90%以上的生活污水未經(jīng)處理直接排入江河，水環(huán)境被嚴(yán)重污染。建筑陶瓷企業(yè)生產(chǎn)過程中排出的大量含酚廢水對環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重。因此含酚廢水的危害性極大，含酚廢水的治理顯得日益重要。
酚類化合物是一種原型質(zhì)毒物，對所有生物活性體均能產(chǎn)生毒性，可通過與皮膚、粘膜的接觸不經(jīng)肝臟解毒直接進(jìn)入血液循環(huán)，致使細(xì)胞破壞并失去活力，也可通過口腔侵入人體，造成細(xì)胞損傷。高濃度的酚液能使蛋白質(zhì)凝固，并能繼續(xù)向體內(nèi)滲透，引起深部組織損傷，壞死乃至全身中毒，即使是低濃度的酚液也可使蛋白質(zhì)變性。人如果長期飲用被酚污染的水能引起慢性中毒，出現(xiàn)貧血、頭昏、記憶力衰退以及各種神經(jīng)系統(tǒng)的疾病，嚴(yán)重的會(huì)引起死亡。酚的口服致死量為530mg/kg（體重）左右，而且甲基酚和硝基酚對人體的毒性更大。據(jù)有關(guān)報(bào)道，酚和其它物質(zhì)相互作用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，變得更加有害，有強(qiáng)烈的致癌作用。即使在水中酚的濃度只有0.002mg/升時(shí)，在使用氯消毒的自來水系統(tǒng)中產(chǎn)生的微量氯酚也會(huì)使自來水產(chǎn)生惡臭，嚴(yán)重危害日常飲用水的安全。
含酚廢水不僅對人類健康帶來嚴(yán)重威脅，也對動(dòng)植物產(chǎn)生危害。水中含酚含量達(dá)到2mg/kg時(shí)，魚類就會(huì)出現(xiàn)中毒癥狀，超過4mg/kg—15mg/kg時(shí)會(huì)引起魚類大量死亡，甚至絕跡。如果使用含酚廢水灌溉農(nóng)田，則會(huì)使農(nóng)作物減產(chǎn)或枯死。含酚廢水的毒性還可抑制水體中其它生物的自然生長速度，破壞生態(tài)平衡。
3、含酚廢水的治理現(xiàn)狀及方法：
煤氣發(fā)生爐含酚廢水的處理,一直是國內(nèi)外污水處理領(lǐng)域的一大難題,幾十年來尚未出現(xiàn)突破性的研究成果。廢水中污染物成份復(fù)雜,含有揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴、氨氮和氧硫氮等雜環(huán)化合物,屬較難生化降解的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。
許多生產(chǎn)企業(yè)的焦化含酚廢水是靠大量生活污水和循環(huán)水稀釋后達(dá)標(biāo)，不符合國家環(huán)？偩株P(guān)于控制總量的原則。
對含酚廢水的治理，最有效的方法是控制污染源，減少廢水量或降低廢水中的酚濃度。盡量避免和減少酚類化合物污染物排入環(huán)境，加強(qiáng)企業(yè)的管理，對含酚廢水采取有效處理、回收以及綜合利用。
二、所應(yīng)用的處理方案：
1、絡(luò)合萃取廢水處理技術(shù)
該技術(shù)的核心為新型絡(luò)合萃取劑和高效離心萃取器，絡(luò)合萃取法處理煤氣爐含酚廢水技術(shù)是將可逆絡(luò)合應(yīng)與萃取分離過程相結(jié)合。絡(luò)合萃取法處理煤氣爐含酚廢水技術(shù)，操作簡便，設(shè)備投資少、消耗低、回收酚類可以復(fù)用，萃殘液含酚低于排放標(biāo)準(zhǔn)，可創(chuàng)造直接的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，優(yōu)于國內(nèi)其他萃取脫酚技術(shù)。1991年該技術(shù)被列為國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃，1992年被評為國家環(huán)境保護(hù)最佳實(shí)用技術(shù)。
高效離心萃取器混合與分離于一身的多功能萃取設(shè)備。主要用于環(huán)保、精細(xì)化工、石油化工、制藥、濕法冶金等行業(yè)的液液萃取、中和或水洗凈化工藝。
高效離心萃取器與其他萃取設(shè)備相比有：設(shè)備體積小、萃取效率高、萃取流比大、適用物料處理體系范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，簡化流程，方便操作，擴(kuò)大生產(chǎn)能力，減少占地面積都有較好的效果。
2、絡(luò)合萃取技術(shù)處理煤氣廢水方案
本方案采用的工藝大體分為兩大步驟；即：預(yù)處理除去廢水中的油和懸浮物；多級(jí)逆流萃取分離（二級(jí)處理）脫除廢水中的酚類物質(zhì)；處理后的廢水進(jìn)入生產(chǎn)工序回用或生化處理達(dá)標(biāo)后排放。
☆ 工藝路線圖：
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☆ 工藝路線說明：
第一步：將待處理煤氣發(fā)生爐廢水泵入預(yù)處理水槽，對廢水進(jìn)行PH值調(diào)節(jié)。此時(shí)廢水會(huì)放出溶解的氣體，氣體進(jìn)吸收塔吸收凈化。廢水中乳化的焦油會(huì)破乳析出，經(jīng)油水分離收集。
第二步：集液器中除去油和懸浮物的清液進(jìn)入萃取脫酚工序。將待處理的廢水清液和BQ型高效絡(luò)合萃取劑通過計(jì)量后送入高效離心萃取器進(jìn)行多級(jí)逆流萃取脫酚，同時(shí)用堿液對含酚負(fù)載溶劑進(jìn)行反萃，脫酚后的廢水進(jìn)入生產(chǎn)工序回用或進(jìn)入下一級(jí)生化處理工序。反萃后的溶劑回到溶劑罐循環(huán)使用，反萃脫出的酚鈉液體收集儲(chǔ)存。收集到一定數(shù)量后，經(jīng)統(tǒng)一處理提取出粗酚作為化工原料出售或者進(jìn)行進(jìn)一步的精餾分離。由于高效離心萃取器的特點(diǎn)可進(jìn)行大流比的萃取與反萃，相當(dāng)于將廢水中的酚高度濃縮到其水量的1/30～1/40，如日處理1000噸廢水裝置每天只有產(chǎn)生25～30噸酚鈉濃縮液。
工藝指標(biāo)：
（1）含酚廢水：含酚量 3000～30000ppm；COD含量10000～40000ppm；
（2）處理后廢水：揮發(fā)酚含量≤1-50ppm；COD≤2000ppm；達(dá)到可生化處理的標(biāo)準(zhǔn)或廠內(nèi)循環(huán)利用的標(biāo)準(zhǔn)。
絡(luò)合萃取技術(shù)處理煤氣廢水技術(shù)基于廢水成分復(fù)雜性，不易生化降解，用簡單的方法先將其部分凈化。在處理過程中應(yīng)首先著眼于將其有價(jià)值的酚回收；同時(shí)大幅度地降低COD、氨氮、硫化物、氰化物等，為后續(xù)的生化處理提供必要條件。
第三步：脫酚后的廢水經(jīng)過脫氨工序等進(jìn)一步處理，最后進(jìn)入普通的生化處理系統(tǒng)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
三、項(xiàng)目意義：
煤炭氣化是煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)研究一個(gè)重要部分。煤炭氣化不僅是中國未來能源產(chǎn)業(yè)的重要出路，更是當(dāng)前減少大氣污染的重要途徑。煤氣化技術(shù)對中國的意義：1、煤氣化技術(shù)對中國石油戰(zhàn)略的重要意義：替代石油。2、煤氣化技術(shù)對中國環(huán)境安全的重要意義：清潔能源。
為了讓天更藍(lán)、水更清，減少能源燃燒對環(huán)境的污染和提高效率，節(jié)能減排，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)已成為我國乃至世界的頭等大事。本項(xiàng)目采取絡(luò)合萃取法處理煤氣發(fā)生爐含酚廢水屬世界首創(chuàng)，具體投資少，操作簡單，處理費(fèi)用低等特點(diǎn)，適合在企業(yè)中大面積推廣。處理過程中可以回收酚類，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益。處理后的水能在企業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)利用，符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)政策。
