碎煤加压气化废水生化处理新工艺研究

发布时间：2020-06-11 08:23

【摘要】：煤气化废水主要产生于煤气化炉的粗煤气洗涤、冷却及净化过程,废水的污染物组成与气化炉构造、运行条件、煤种等密切相关。碎煤加压气化废水污染物浓度高,目前煤化工行业常选用水解酸化+多级A/O组合工艺进行处理,但工业运行中存在单元处理效率低、生化剩余污泥量大、生化系统运行能耗高等缺点。本论文以固定床碎煤加压气化炉酚氨回收装置的排水为研究对象。水质分析结果指出,试验废水具有污染物组成复杂,COD、酚类、氨氮浓度高,波动大,可生化性差等特点。针对废水水质特点,本论文设计了厌氧污泥床+内循环好氧生物膜反应器+包埋菌颗粒反硝化反应器+臭氧氧化+包埋菌流化床的生化处理新工艺。实验研究优化了新工艺各单元的运行参数,考察了各单元去除煤气化废水污染物的效能,进而系统地认识和评价新工艺处理碎煤加压气化废水的适用性。厌氧污泥床反应器是生化处理新工艺的核心处理单元,对改善碎煤加压气化废水水质、去除酚类等有毒污染物起到关键作用。本论文重点研究了厌氧反应器处理碎煤加压气化废水的启动方法,提负荷运行阶段去除废水污染物的效能以及厌氧反应器运行的影响因素。以市政消化污泥作为接种污泥,进水不稀释,不投加辅助碳源,采取逐步缩短水力停留时间的污泥驯化方式,厌氧污泥的驯化周期大约是3个月。缩短水力停留时间、提高进水COD浓度、提高进水总酚浓度三种提负荷运行条件对厌氧反应器去除污染物效率的负面影响依次递增,这与污染物浓度提高,特别是有毒污染物酚类物质浓度提高对厌氧菌活性产生抑制密切相关。300天连续运行实验结果表明厌氧反应器可处理COD浓度3300 mg/L左右、总酚浓度350 mg/L左右的碎煤加压气化废水。在负荷冲击方面,厌氧反应器可耐受进水COD浓度增加一倍(1500 mg/L-3300 mg/L),进水总酚浓度提高50%(230 mg/L-350 mg/L)的负荷冲击。优化条件下厌氧上海交通大学博士学位论文摘要反应器处理COD 3000mg/L、总酚300mg/L的碎煤加压气化废水,COD、总酚去除率能分别稳定在60%和40%。通过实验认知,进水总酚浓度是厌氧反应器处理碎煤加压气化废水的关键控制参数,而沼气产率则是厌氧反应器运行效能的重要的评价指标。内循环好氧生物膜反应器进一步去除厌氧反应器出水残留的有机污染物及氨氮。好氧反应器与厌氧反应器几乎同步启动的条件下,好氧污泥特别是硝化菌的驯化周期大约是3个月。好氧反应器运行前期产生硝化抑制现象,主要是由有机负荷高、有毒污染物酚类物质浓度高以及废水碱度不足等因素引起的。通过调节进水pH,延长水力停留时间、降低有机负荷等措施能有效缓解好氧反应器的硝化抑制现象。实验表明好氧反应器能有效去除碎煤加压气化废水污染物,具有良好的抗冲击能力,稳定运行状态下COD、总酚、氨氮去除率分别达到70%以上、80%以上、95%以上,出水COD、总酚、氨氮浓度分别小于300 mg/L、30 mg/L、10mg/L。针对好氧反应器出水硝态氮的脱除以及残留氨氮的深度处理,在反硝化单元与深度处理单元创新性地采用包埋菌技术。实验结果指出投加包埋反硝化菌颗粒的厌氧污泥床反应器能有效去除碎煤加压气化废水的硝态氮,同时还具有启动周期短、运行稳定等优点。优化运行参数后,反硝化反应器进水硝态氮浓度160 mg/L左右,出水硝态氮浓度小于5mg/L,硝态氮去除率稳定达到97%以上。为满足废水排放或回用标准要求,采用臭氧氧化-包埋硝化菌流化床组合工艺对反硝化反应器出水残留的难生物降解有机物和氨氮进行深度脱除。稳态条件下深度处理工艺COD、总酚、氨氮的平均去除率分别达到74.2%,100%,93.3%,出水COD浓度平均值52.7 mg/L,总酚未检出,氨氮浓度平均值0.28 mg/L,能满足《污水综合排放标准》(GB8986-1996)中的一级排放指标要求。实验结果表明臭氧氧化-包埋硝化菌流化床组合工艺深度处理碎煤加压气化废水具有很好的效果。本论文在实验室研究打通了碎煤加压气化废水生化处理新工艺流程,掌握了各处理单元的运行参数,污染物去除效能等基础数据,为工程设计提供依据。与现有工艺相比,生化处理新工艺具有厌氧单元污染物去除效率高、系统生化污泥量低、运行能耗低等优势。其中厌氧单元上海交通大学博士学位论文摘要COD去除率达到60%,而现有工艺厌氧单元COD去除率仅有5%-25%;理论计算新工艺可减少生化剩余污泥量50%左右,显著降低污泥处理费用。本论文研究的生化处理新工艺是对国内碎煤加压气化废水生化处理的有益探索与创新。
【图文】：

工艺流程图,工艺流程,气化技术,固定床气化

1.1.1 固定床气化技术固定床气化技术是开发与应用最早的气化技术,主要包括鲁奇气化技术（图1-1）、BGL 气化技术等。固定床气化技术以块煤为原料（粒度要求 5-50 mm），对床层均匀性、原料煤、透气性等要求高。其优点是粗煤气中甲烷含量高、能效高，，适合用于生产煤制天然气，但缺点是废水污染物浓度高、处理难度大。固定床气化炉原料煤从炉顶依靠重力自上而下移动,气化剂则自下而上逆流通过煤层。以鲁奇气化炉为例，按反应特性可将炉内床层分为 5 层，从上到下分别是干燥层、干馏层、气化层、燃烧层及灰层（图 1-2）[9]。BGL 气化技术是在鲁奇气化技术基础上发展起来的，通过降低蒸汽与氧气的体积比，提高炉内气化反应区温度，实现熔融态排渣，提高气化炉生产能力，该炉型适合反应活性低、灰熔点低的煤[10]。1.1.2 流化床气化技术流化床气化技术以粉煤为原料，粒度要求小于 5 mm，代表性炉型包括加压 HTW炉、灰熔聚气化炉等[11]。气化剂由炉底部吹入，粉煤和气化剂在炉底锥形区呈并流运动，在炉上筒体部分呈并流和逆流运动，采取固态排渣。流化床气化技术对原料?

气化炉,床层,气化技术,液态排渣

3图 1-2 鲁奇 FBDB 气化炉床层分布[9]Fig.1-2 Bed distribution of Lurgi FBDB gasifier气化技术气化技术进料采用粉煤或煤浆，液态排渣，原料煤与气化化反应。通过控制入炉原料煤粒度小于0.1 mm，确保反应
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X784

【参考文献】