脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 24 日 作者简介：柳浏（1987），男，汉族，河北宁晋人，本科学历，中级职称，研究方向为化工。-140-脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺研究 柳 浏 河北汉唐宏远环保科技有限公司，河北 邢台 054000 摘要：摘要：近年来，国内外普遍使用选择性催化还原 SCR 技术还原烟气中的氮氧化物，以达到减少排放的目的。而脱硝催化剂作为 SCR 技术的核心，投入使用过程中极易出现失去活性现象，此时，需要对其进行再生处理，从而有效提升资源利用率。但是，脱硝催化剂再生过程中会产生大量废水，极易对环境造成污染。因而，应从多种角度出发，结合再生废水性质选择最佳处置及回用工艺，实现再生废水的循环利用，有效保护周围环境。本文就脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺展开一系列论述，首先介绍了工程基本信息，然后具体阐述了脱硝催化剂再生废水特性、回用的必要性以及脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺，以期能够为类似人员工作提供有益参考。关键词：关键词：脱硝催化剂；再生废水处置；回用工艺；工艺研究 中图分类号：中图分类号：X701 0 引言 脱硝催化剂是一种利用化学反应吸收及转化氮氧化物的催化剂，本身具有脱硝效率高、操作控制简单的特点，广泛应用于烟气脱硝工程中。一般脱硝催化剂的使用寿命在 3-5 年之间，第一次达到使用年限之后需要对其进行再生处理，以达到延长催化剂使用寿命的目的。然而脱硝催化剂再生过程中会产生大量含有重金属的废水，无害化处理不到位的情况下，极易对周围环境及水质造成污染。对此，实际处置脱硝催化剂再生废水过程中，应从循环利用等角度出发，结合脱硝催化剂再生处理要求等设计脱硝催化剂再生废水处置及回用系统，以提高再生废水处理的水平和利用效率，真正实现废水的“零排放”。1 工程概况 表 1 设计进、出水水质 项目 pH 值 COD/(mgL-1)BOD5/(mgL-1)SS/(mgL-1)NH3-N/(mgL-1)进水水质 6.0-10.0 553 98 692 1.053 出水水质 6.0-9.0 100 30 70 15 注：进水水质测自厂房废水收集池 某省脱硝催化剂厂是一家专业生产脱硝催化剂的企业，现有废水处理站采用蒸发结晶进行预处理，并结合A2/O生化组合工艺处理厂区生产废水与生活污水，出水水质达到污水综合排放标准（GB89781996）一级标准后直接外排。该工程生产废水采用间歇排放方式，平均水量约为2m3/h。要求废水系统的处理能力必须达到72m3/d、进水及出水水质标准如表 1 所示（仅选取主要污染指标作为设计指标）。2 脱硝催化剂再生废水特性及回用的必要性 2.1 脱硝催化剂再生废水特性 脱硝催化剂再生过程中钒、钼、钨、铬、镍等重金属会被清洗剂溶解下来。因而，催化剂再生废水中含有大量的重金属，不经过特殊处理的情况下，极易对周围环境造成严重污染。脱硝催化剂再生废水水质具有氨氮浓度较高、盐含量较高、BOD5 值较低、水质差异较大等特性，一定程度上增加了再生废水处理的难度。另外，再生脱硝催化剂产生的废水主要包括超声水洗废水、酸洗及碱洗废水、活性植入过程中的废水。其中超声水洗废水的悬浮物比较高，可以与地面清洗废水一起处理。2.2 脱硝催化剂再生废水回用的必要性 脱硝催化剂再生过程中会产生大量废水，这些废水中含有大量重金属，不符合直接排放标准，必须采用特殊工艺处理，这一情况增加了脱硝催化剂再生处理的成本。而现有工业方法处理再生废水过程中会产生大量泥渣，导致废水净化出现不彻底等问题，进而造成二次污染。对此，可以认识到脱硝催化剂再生废水回用本身中国科技期刊数据库 工业 A-141-具有一定的必要性，不仅可以提升水资源的利用效率，还可以避免二次污染，最大程度上提高脱硝催化剂再生处理生态效益。3 脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺 3.1 脱硝催化剂再生废水处置重点 本次脱硝催化剂再生废水处置的重点为化学清理、物理清洗，以及活性植入过程中废水的集中收集等。从当前脱硝催化剂再生工艺角度出发分析再生废水的成分，发现再生废水中钒的含量达到 200-500mg/L，悬浮物的含量高达 5000-20000mg/L。其中悬浮物主要为粉煤灰，其不仅会降低氧化剂的分解效果，甚至还会影响羟基自由基或硫酸根自由基的氧化能力，还会降低金属离子的去除效果。因而，实际开展脱硝催化剂再生废水处理过程中，应重点处理废水中的悬浮物，以保证再生废水的处理效果能够达到设计要求。另外。集中收集再生废水期间，应根据废水成分划分处理等级，以期能够为后续废水处理等工作提供便利。除此之外，选择再生废水氨氮处理方法时，应优先选择生物法，相较于吸附法、折点氯化法而言，生物法的稳定性更好、处理效果更佳，更符合脱硝催化剂再生废水处置要求。3.2 脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺流程 开展脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺设计之前，该工程全面了解废水的特性、脱硝催化剂再生流程等相关因素，最终设计了以下再生废水处置及回用工艺。超声水洗+地面清洗废水处理工艺流程：即先将超声水洗+地面清洗废水收集到收集池内，再对超声水洗+地面清洗废水进行沉淀处理，并将处理后的再利用水输送到回用池。另外，沉淀后的悬浮物（主要为粉煤灰）一般为固废。酸洗碱洗废水处理工艺流程：先将酸洗碱洗废水收集到收集池内，再将再生废水输送到调节池内，对废水进行 PH 值调节处理，并采用化学+物理方法沉淀废水。沉淀完成之后，按照要求对再生废水进行板式压滤处理，压滤出的沉淀物为危险废物，需要集中转移到有资质单位处理。活性负载（废活化液）废水处理工艺流程：先将活性负载（废活化液）废水收集到收集池内，再将废水输送到调节池内，通过化学+物理方法对废水进行沉淀处理，并采用板式压滤方式滤出沉淀物。并且考虑到活性负载（废活化液）产生的沉淀物本身具有一定的危险性，需要将这些危险废物收集转移到有资质的单位处理。3.3 脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺特点 本工程采用的脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺本身具有生化处理效果好、投资少等特点，不仅可以提升脱硝催化剂再生废水处理效果，还能够降低脱硝催化剂再生处理成本。其中PH值调节作为脱硝催化剂再生废水的预处理工序，可以有效调节再生废水的酸碱性，从而为后续沉淀、压滤处理等工作奠定基础。另外，运用板式压滤工艺处理再生废水过程中，并不会增加新的危险源，可以最大程度上提升再生废水的处理效果。除此之外，废水回用工艺的应用，有效减少了脱硝催化剂再生处理过程中危险废物的产生量，有效降低了脱硝催化剂再生成本。3.4 脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺的主要构筑物及设备 3.4.1 收集池 收集池作为脱硝催化剂再生废水处置工序的主要构筑物，可以有效满足废水集中处理等工作需求。该项目生产废水为间歇排放方式，每次排放再生废水的平均水量约为 2m3/h。因而，此次设计脱硝催化剂再生废水处置及回用系统时，选用 3 座废水收集池即可。另外，为提升废水收集池的使用寿命和使用性能，本项目选用钢筋混凝土结构的废水收集池，将其设置在地下位置，有效容积设计为 20m3，HRT 设定为 10h，可以有效满足废水收集等工作的需求。除此之外，本次设计收集池时，为每座都配备了 2台潜水泵，其中 1 台为主泵，1 台为备用泵，单泵的性能，单泵的规格为 Q=2m3/h、H=100 kPa。同时，为提升潜水泵的控制水平，此次设计收集池期间，采用液位计控制潜水泵的启停，最大程度上提高再生废水处理水平。实际选择曝气调节气体过程中，本工程选用厂用压缩空气，不仅可以达到预期曝气调节效果，还能够降低废水处理成本。3.4.2 预沉淀池 预沉淀池可以对再生废水进行凝聚沉淀处理，本身处于再生废水的前置处理程序，其可以有效沉淀再中国科技期刊数据库 工业 A-142-生废水中的氨氮（部分）及悬浮物，从而为后续处理工作奠定基础。该项目设计预沉淀池时，充分考虑到再生废水处理要求、再生废水水量等相关因素，最终决定设置 3 座预沉淀池，均采用半地下设置方式，优先选择钢筋混凝土结构，使之形成网格絮凝反应平流沉淀池，最大程度上提高再生废水悬浮物等的沉淀效果。另外，本项目设计预沉淀池时，充分考虑不同阶段下脱硝催化剂再生废水沉淀需求，将池体的尺寸设计为7m1.5m3.2m，表面负荷设计为0.2m3/（m2h），不仅可以保障再生废水的沉淀效果，还能够延长预沉淀池的使用年限。3.4.3 板式压滤机 为达到板式压滤效果，该项目选择板式压滤机时，充分考虑压滤机过滤面积、适用范围以及再生废水水质特点等相关因素，并据此选择最佳型号的压滤机，从而更好地满足再生废水精滤、半精滤等工作需求。另外，为保障过滤效果，应根据压滤机型号、过滤要求、废水粘度、含渣量等因素选择最佳的滤膜，以保证再生废水可以达到最佳的过滤效果。本次选择的压滤机型号为板框式压滤机，其不仅可以满足再生废水快速压滤工作需求，还可以提升再生废水的压滤效果。当滤渣中水份含量降低至 70-90%时，板式压滤机会体格子滤液压入，并采用加热的方式对滤布内的滤渣进行加温处理，时间为 0.5-2h，保障滤渣中的残余水份可以汽化排出，最大程度上降低滤渣的含水量。并且本次选择的板式压滤机滤布与滤渣可以实现自动分离，滤板分开的情况下，包裹在滤布间的滤渣会自动下落，不仅可以提高板式压滤机工作的效率，还可以缩短周期压滤时间，更符合本次再生废水板式压滤需求。本项目共选用了 2 台板式压滤机，除电机之后。板式压滤机的所有机件均为OCr19Ni9优质耐腐蚀不锈钢材质，可以满足各种 PH 值酸碱溶液压滤需求。除此之外，此次选用的板式压滤机有加压密封过滤功能，且过滤部分还配有九层滤板，可以满足有效初滤、半精滤、精滤等工艺要求，不仅可以降低过滤损耗，还有利于提升过滤质量。3.4.4 调节池 本次选择调气池之前，该项目充分考虑了调气池容积、脱硝催化剂再生废水处理要求等相关因素，以保证调节池各项性能能够达到再生废水处理标准。此次设计调节池时，该项目选择地下式设计方案，优先选用钢筋混凝土结构，将调节池的有效容积设计为30m3，从而最大程度上满足不同脱硝催化剂再生工序下再生废水处理需求。另外，本项目共设计了 2 座地下式调节池，其 HRT为 10 h，可以有效满足再生废水 pH 值调节需求。除此之外，为保障调节池运行的稳定性及安全性，该工程共设置了两台提升水泵，一台为主泵，一台为备用泵，其中单台提升水泵的规格为 Q=3m3/h，H=150 kPa。3.4.5 污泥池 污泥池作为脱硝催化剂再生废水处置及回用处理系统的重要组成部分，其功能直接关系到再生废水的处理效果。因而，该项目设计污泥池时，充分考虑使用寿命、使用功能等相关因素，依据废水物理要求，废水水质特性等因素制定污泥池设计方案，以便更好地满足再生废水处理要求。本项目设计了一座地下式污泥池，选用钢筋混凝土结构，有效容积设为 22.5m3，有效满足了不同时段再生废水的处理要求。另外，本工程还为污泥池配备了污泥泵，共 2 台，一台为主泵、一台为备用泵，其中单台污泥泵的规格为单台 Q=15m3/h，H=180 kPa，完全满足再生废水的渗漏等工作需求。3.4.6 回用水池 回用水池的作用主要为暂时存放处理完成的再利用水，并根据脱硝催化剂再生需求，将再利用水用泵输送到脱硝催化剂再生工序中，以满足脱硝催化剂再生处理对水资源的需求。本次设计回用池时，该项目设计了2座地下式回用水池，本身为钢筋混凝土结构，HRT 为 10 h，完全可以满足再利用水暂时储存及调节水量等工作需求。除此之外，本项目还为每台回用水池配备了 2 台回用水泵，按照 1 台主泵 1 台备用泵原则配置，有效满足了回用水池运行需求。3.5 脱硝催化剂再生废水处置及回用系统运行情况 该工程自调试运行以来，处理效果稳定，各工艺段出水水质见表 2。从表 2 可看出，经该工艺沉淀预处理后，调节池中废水氨氮含量急剧降低。另外，在调节池引入生活中国科技期刊数据库 工业 A-143-污水后，废水生化性能得到大幅度提高，最终出水水质指标优于污水综合排放标准(GB 89781996)一级标准，符合脱硝催化剂再生废水回用需求。表 2 各处理单元出水水质 项目 pH 值 COD/(mgL-1)BOD5/(mgL-1)SS/(mgL-1)NH3-N/(mgL-1)收集池 6.0-10.0 553 98 692 1.053 调节池 6.0-9.0 212 184 125 71 出水 6.0-9.0 62 26 35 13 3.6 经济技术指标 本工程总投资约 320 万元，直接运行费用为 6.23元/m3。其中电费为288.62元/d，药剂费为50.41元/d，人工费为 109.68 元/d，蒸汽来自生产工艺剩余蒸汽，费用不计。综上所述，本次设计的脱硝催化剂再生废水处置及回用系统处理效果较好、投资成本较低，完全符合该项目脱硝催化剂再生废水处理要求。4 总结 总而言之，脱硝催化剂再生过程中废水处置及回用工艺发挥着至关重要的作用，不仅可以提升水资源的利用率，还有利于降低催化剂再生成本。现阶段脱硝催化剂再生废水处理过程中，可以根据脱硝催化剂再生建立脱硝催化剂再生废水处置及回用系统，严格按照要求对废水进行预清洗等处理，从而有效去除废水中的重金属，实现再生水的循环利用。上文就脱硝催化剂再生废水处置及回用工艺进行深入探讨，总结了大量经验，希望可以为类似再生废水处置及回用工作提供借鉴。参考文献 1刘少文,古玲霞.一种失活脱硝催化剂再生废液处理回收方法及其应用,脱硝催化剂再生过程中废水处置及回用工艺 CR 脱硝催化剂再生与金属回收及载体回用技术J.电力科技与环保,2022(003):038.3郭文亮,任启柏.一种脱硝催化剂再生废水的处理装置J.电力科技与环保,2020(8):07.4张晓望,任英杰,张涛,等.水泥行业 SCR 脱硝催化剂失活及再生研究J.电力科技与环保,2021(4):6-9.