李 煒,賈曉鳴,吳 超

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

煤氣發(fā)生爐含酚廢水處理工藝與設(shè)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(fā)有限公司,河北唐山 063000;2.河北理工大學(xué)a.機(jī)械工程學(xué)院;b.輕工學(xué)院,河北唐山 063000)

利用發(fā)電廠廢料“粉煤灰”制備了粉煤灰基無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑,將二者復(fù)合應(yīng)用于煤氣發(fā)生爐含酚廢水處理中,并針對煤氣發(fā)生爐含酚廢水的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了含酚廢水處理工藝和設(shè)備。試驗(yàn)表明,該絮凝劑絮凝效果良好,處理工藝簡便,工藝設(shè)備成本低,易操作,處理后的煤氣爐含酚廢水能夠達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

含酚廢水;處理工藝;設(shè)備

0 引言

煤氣發(fā)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(yè)、陶瓷行業(yè)等提供氣體燃料。煤氣發(fā)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(chǎn)生焦油、酚類化合物、氰化物、硫、氨等以及其他有機(jī)物和粉塵,形成含酚廢水,揮發(fā)酚濃度達(dá)到1 500 mg/L以上,化學(xué)需氧量可達(dá)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(chǎn)生嚴(yán)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(fèi)用高,并且容易造成二次污染,研究和開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的含酚廢水處理方法和工藝、設(shè)備,是目前迫切需要解決的課題。

“粉煤灰”主要來源于發(fā)電廠,是發(fā)電廠的廉價(jià)廢物。本文利用“粉煤灰”制備出粉煤灰基無機(jī)絮凝劑和粉煤灰基有機(jī)絮凝劑[4],將二者復(fù)合應(yīng)用于煤氣發(fā)生爐含酚廢水處理中,為使該廢水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)或達(dá)到循環(huán)利用,后期處理中采用活性炭動態(tài)吸附處理[5]。通過在實(shí)驗(yàn)室小型實(shí)驗(yàn)和工廠的擴(kuò)大生產(chǎn)實(shí)驗(yàn),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(jī)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(fā)電廠;

鹽酸:分析純,唐山市路北區(qū)化工廠;

硫酸:分析純,唐山市路北區(qū)化工廠;

氫氧化鈉:分析純,天津市天大茂化學(xué)試劑廠;

恒溫加熱磁力攪拌器:CL-2,鄭州長城科貿(mào)有限公司;

玻璃恒溫水浴鍋:ZH-2B,南京多助科技發(fā)展有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)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(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^大的無定型體或晶體,焙燒溫度控制在800℃,時(shí)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(dá)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(diào)節(jié)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(jī)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(yàn)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(yàn)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(xù)通氮5 min后停止通氮,密閉,進(jìn)行保溫反應(yīng);

(4)待反應(yīng)體系降至室溫后取出膠塊,經(jīng)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(fā)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(shí)度、沉降速度以及最終絮凝效果等方面,無機(jī)高分子絮凝劑(IPF)都不如有機(jī)高分子絮凝劑(OPF),同時(shí)用藥量也明顯多于后者。但有機(jī)高分子絮凝劑的價(jià)格高、降解產(chǎn)物大多有毒,這就限制了其使用價(jià)值。本文將有機(jī)絮凝劑與無機(jī)絮凝劑復(fù)合使用,提高提高絮凝處理能力的同時(shí)降低了絮凝劑耗量。試驗(yàn)結(jié)果表明,粉煤灰基無機(jī)絮凝劑和粉煤灰基有機(jī)絮凝劑的質(zhì)量比為1.875∶1,含酚廢水與絮凝劑的體積質(zhì)量比(m l/g)為1∶0.092時(shí),絮凝劑的絮凝效果最佳。

然后進(jìn)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(jìn)行動態(tài)循環(huán)吸附處理,并控制廢水流量在3～5 mL/min之間,同時(shí)分析濾出水的水質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著吸附次數(shù)的增加,廢水的CODCr去除率呈逐漸上升趨勢,活性炭達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),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(shè)備

3.1 煤氣發(fā)生爐含酚廢水處理工藝

對Φ3.0 m兩段式煤氣發(fā)生爐而言,一天的酚水產(chǎn)量大約為5 t左右,因此我們首先設(shè)計(jì)了一個(gè)容積為1 m3的絮凝裝置進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn),具體工藝流程如圖1所示。

圖1 煤氣發(fā)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(shí)將已配置好的無機(jī)絮凝劑100 kg均勻加入絮凝器,待絮凝器溢流口流出酚液時(shí)停止加液,用管帽將溢流口堵死。開啟空壓機(jī),以此開啟閥門,進(jìn)行氣曝(10～30 min),加入有機(jī)絮凝劑30 kg,繼續(xù)進(jìn)行氣曝5～10 min。待從觀察孔中看到有絮凝物出現(xiàn)后,依次關(guān)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(nèi)燃燒,可提高煤氣熱值。之后對絮凝器用清水進(jìn)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(jī)中,進(jìn)一步吸附沉淀物。測量COD值至達(dá)標(biāo)后直接排入管網(wǎng);若不達(dá)標(biāo)則繼續(xù)循環(huán)過濾,直至達(dá)標(biāo)排放。

3.2 主要處理設(shè)備

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

絮凝器整體采用不銹鋼材料制作,設(shè)備上的閥門均采用不銹鋼閥門。該設(shè)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(shè)備。

絮凝器主要作用就是為含酚廢水和絮凝劑提供一個(gè)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(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。由于煤氣發(fā)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(shè)備的成本。本文中的含酚廢水產(chǎn)自煤氣發(fā)生爐,屬于工業(yè)上的實(shí)用性廢水處理,廢液處理量大,對于實(shí)驗(yàn)的可控性要求并不嚴(yán)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(jìn)行攪拌。實(shí)驗(yàn)表明,該方法能夠?qū)崿F(xiàn)廢液與絮凝劑的充分混合,達(dá)到預(yù)期的攪拌和處理效果。從而大大簡化和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,降低廢水處理的成本,提高該含酚廢水處理工藝和設(shè)備的應(yīng)用性,有利于進(jìn)一步推廣。

4 總結(jié)

自制了粉煤灰基無機(jī)絮凝劑和粉煤灰基有機(jī)絮凝劑。利用發(fā)電廠的廢料制作絮凝劑,大大節(jié)省了含酚廢水的處理成本,試驗(yàn)效果良好,能夠達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。針對煤氣發(fā)生爐含酚廢水的特點(diǎn)以及煤氣發(fā)生爐本身特點(diǎn),設(shè)計(jì)了適宜的含酚廢水處理工藝和設(shè)備,并采用壓縮空氣作為動力對絮凝液進(jìn)行攪拌,攪拌效果優(yōu)于防腐攪拌機(jī),不但提高了攪拌效果,延長設(shè)備使用壽命,而且大大降運(yùn)行低了成本,具有廣泛的推廣價(jià)值。

[1] 劉國杰,滕洪輝,侯松嵋,等.含酚廢水治理技術(shù)進(jìn)展[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報(bào),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(yīng)用特點(diǎn)[J].化學(xué)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(xué)院學(xué)報(bào),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(yù)處理試驗(yàn)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(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2000,10(6):46.

(責(zé)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(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究和工作。