李 炜,贾晓鸣,吴 超

(1.唐山市吉泰选煤科技开发有限公司,河北唐山 063000;2.河北理工大学a.机械工程学院;b.轻工学院,河北唐山 063000)

煤气发生炉含酚废水处理工艺与设备的研究

李 炜1,贾晓鸣2a,吴 超2b

(1.唐山市吉泰选煤科技开发有限公司,河北唐山 063000;2.河北理工大学a.机械工程学院;b.轻工学院,河北唐山 063000)

利用发电厂废料“粉煤灰”制备了粉煤灰基无机絮凝剂和有机絮凝剂,将二者复合应用于煤气发生炉含酚废水处理中,并针对煤气发生炉含酚废水的特点设计了含酚废水处理工艺和设备。试验表明,该絮凝剂絮凝效果良好,处理工艺简便,工艺设备成本低,易操作,处理后的煤气炉含酚废水能够达到国家排放标准。

含酚废水;处理工艺;设备

0 引言

煤气发生炉主要为各类金属热处理炉、陶瓷窑炉、金属制品加热炉、玻璃行业、陶瓷行业等提供气体燃料。煤气发生炉的使用可以提高煤炭的燃烧率,减少空气污染,但煤炭在气化过程中会产生焦油、酚类化合物、氰化物、硫、氨等以及其他有机物和粉尘,形成含酚废水,挥发酚浓度达到1 500 mg/L以上,化学需氧量可达10 000 mg/L以上。[1-2]

含酚废水不仅毒性大且不易处理,任意排放将对周围水体产生严重污染。目前,多采用活性污泥生化法、活性炭吸附法、氧化法、离子交换树脂法和萃取法等方法[3]处理含酚废水,含酚废水的处理难度大,往往处理费用高,并且容易造成二次污染,研究和开发经济、高效的含酚废水处理方法和工艺、设备,是目前迫切需要解决的课题。

“粉煤灰”主要来源于发电厂,是发电厂的廉价废物。本文利用“粉煤灰”制备出粉煤灰基无机絮凝剂和粉煤灰基有机絮凝剂[4],将二者复合应用于煤气发生炉含酚废水处理中,为使该废水达到国家排放标准或达到循环利用,后期处理中采用活性炭动态吸附处理[5]。通过在实验室小型实验和工厂的扩大生产实验,取得了较好的处理效果。

1 絮凝剂的制备

1.1 粉煤灰基无机絮凝剂的制备

1.1.1 主要试剂与仪器

粉煤灰:取自唐山市发电厂;

盐酸:分析纯,唐山市路北区化工厂;

硫酸:分析纯,唐山市路北区化工厂;

氢氧化钠:分析纯,天津市天大茂化学试剂厂;

恒温加热磁力搅拌器:CL-2,郑州长城科贸有限公司;

玻璃恒温水浴锅:ZH-2B,南京多助科技发展有限公司。

1.1.2 试验方法

(1)焙烧:将粉煤灰装入坩埚中焙烧活化使粉煤灰中的铝、硅转变为活性较大的无定型体或晶体,焙烧温度控制在800℃,时间为-h。

(2)酸浸:将浓度为20%的混酸加入粉煤灰中,在60～80℃的恒温水浴中以100 r/min的速度搅拌-h。

(3)加碱聚合:粉煤灰浸取液中的A l3+和 Fe3+的浓度不高,达不到所需的要求,添加硫酸铝和硫酸亚铁,使Al3+和Fe3+以一定的摩尔比混合,再加入浓度为8%的Na2SiO4溶液,加碱调节使溶液的p H值为3～4,静置3 h使之聚合。

1.2 粉煤灰基有机絮凝剂的制备

1.2.1 主要试剂与仪器

EDTA(乙二胺四乙酸):分析纯,北京化工厂;真空干燥箱:DZF-6020,上海博逊试验有限公司;红外线快速干燥器:WS70-1,上海市吴淞五金厂。

1.2.2 试验方法

(1)称取适量的AM,DMC和AETMAC,加入磨口瓶中,注入适量蒸馏水至总量100 g,搅拌溶解;

(2)将尿素、亚硫酸氢钠、EDTA和v-50依次加入磨口瓶中,搅拌混匀;

(3)通氮除氧10 min后加入过硫酸钾,继续通氮5 min后停止通氮,密闭,进行保温反应;

(4)待反应体系降至室温后取出胶块,经烘干、粉碎、过筛后得到80目的白色PAM粉末;

(5)测定PAM固含量与聚合物的特性粘度。

2 含酚废水处理工艺

煤气发生炉含酚废水的处理工艺主要是采用“絮凝-吸附”的处理方法。

首先制备含酚废水用絮凝剂。一般来说,在形成的絮体大小、密实度、沉降速度以及最终絮凝效果等方面,无机高分子絮凝剂(IPF)都不如有机高分子絮凝剂(OPF),同时用药量也明显多于后者。但有机高分子絮凝剂的价格高、降解产物大多有毒,这就限制了其使用价值。本文将有机絮凝剂与无机絮凝剂复合使用,提高提高絮凝处理能力的同时降低了絮凝剂耗量。试验结果表明,粉煤灰基无机絮凝剂和粉煤灰基有机絮凝剂的质量比为1.875∶1,含酚废水与絮凝剂的体积质量比(m l/g)为1∶0.092时,絮凝剂的絮凝效果最佳。

然后进行吸附处理。在直径为13 mm,高度为600 mm的玻璃管中装填一定量的吸附剂,在室温条件下,称取5 g活性炭装入玻璃管中制成吸附柱,将絮凝处理后的含酚废水从上而下注入吸附柱中,进行动态循环吸附处理,并控制废水流量在3～5 mL/min之间,同时分析滤出水的水质。试验结果表明,随着吸附次数的增加,废水的CODCr去除率呈逐渐上升趋势,活性炭达到饱和状态时,废水的CODCr由3 064 mg/L降到了1 525.6 mg/L,CODCr去除率为62.97%。

3 含酚废水处理设备

3.1 煤气发生炉含酚废水处理工艺

对Φ3.0 m两段式煤气发生炉而言,一天的酚水产量大约为5 t左右,因此我们首先设计了一个容积为1 m3的絮凝装置进行工业化试验,具体工艺流程如图1所示。

图1 煤气发生炉含酚废水处理工艺流程图

由图1可知,首先将待处理酚液(约1 t)从上部泵入絮凝器中,同时将已配置好的无机絮凝剂100 kg均匀加入絮凝器,待絮凝器溢流口流出酚液时停止加液,用管帽将溢流口堵死。开启空压机,以此开启阀门,进行气曝(10～30 min),加入有机絮凝剂30 kg,继续进行气曝5～10 min。待从观察孔中看到有絮凝物出现后,依次关闭阀门,停止气曝,静置30 min。观察絮凝物沉淀的位置,确定打开清液阀门的位置,放空清液至池中。打开底部球阀,将絮凝物排除,随煤块逐步加入煤气炉内燃烧,可提高煤气热值。之后对絮凝器用清水进行清洗。将清液池中的清液用泵打入装有柱形活性炭填料的过滤机中,进一步吸附沉淀物。测量COD值至达标后直接排入管网;若不达标则继续循环过滤,直至达标排放。

3.2 主要处理设备

主要设备有絮凝器、动态过滤机、加药槽以及其他一系列附属设备。其中加药槽和各附属设备均选用耐腐材料制作。下面主要介绍一下絮凝器的设计。

絮凝器整体采用不锈钢材料制作,设备上的阀门均采用不锈钢阀门。该设备利用气曝原理、固液分离原理将酚液中的絮凝物从酚液中分离出来,是整套处理工艺的核心设备。

絮凝器主要作用就是为含酚废水和絮凝剂提供一个载体,使得絮凝剂能够与废液充分混合,提高絮凝效果。通常情况下,絮凝器的搅拌装置为搅拌器。搅拌器具有减半效果好,可以精确控制搅拌速度,重现性好等优点。由于煤气发生炉含酚废水具有腐蚀性,所以需要选用防腐蚀搅拌器,大大增加了含酚废水处理设备的成本。本文中的含酚废水产自煤气发生炉,属于工业上的实用性废水处理,废液处理量大,对于实验的可控性要求并不严格,因此,采用压缩空气形成气瀑,利用气瀑对废液与絮凝剂的混合液进行搅拌。实验表明,该方法能够实现废液与絮凝剂的充分混合,达到预期的搅拌和处理效果。从而大大简化和实验设备,降低废水处理的成本,提高该含酚废水处理工艺和设备的应用性,有利于进一步推广。

4 总结

自制了粉煤灰基无机絮凝剂和粉煤灰基有机絮凝剂。利用发电厂的废料制作絮凝剂,大大节省了含酚废水的处理成本,试验效果良好,能够达到国家排放标准。针对煤气发生炉含酚废水的特点以及煤气发生炉本身特点,设计了适宜的含酚废水处理工艺和设备,并采用压缩空气作为动力对絮凝液进行搅拌,搅拌效果优于防腐搅拌机,不但提高了搅拌效果,延长设备使用寿命,而且大大降运行低了成本,具有广泛的推广价值。

[1] 刘国杰,滕洪辉,侯松嵋,等.含酚废水治理技术进展[J].商丘师范学院学报,2004,21(3):21-24.

[2] 张锦,李圭白,马军.含酚废水的危害及处理方法的应用特点[J].化学工程师,2001(2):36-37.

[3] 肖利萍,梁冰,焦文云.煤气厂含酚废水生物处理研究[J].河北建筑科技学院学报,2004,10(6):21-24.

[4] 段瑛博,邹大庆,衣守志.粉煤灰絮凝剂对高浓度含酚废水的预处理试验研究[J].天津化工,2004,18(6):50 -51.

[5] 张红霞,崔林燕.炭对含酚废水吸附研究[J].科技情报开发与经济,2000,10(6):46.

(责任编校: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

李炜(1981-),男,助工,主要从事机械设计领域的研究和工作。