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煤化工煤气废水零排放技术
一、   概述
煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学产品的过程，主要分为煤炭焦化、煤气化、煤气化合成‘氨、煤气化合成其他产品及直接液化等。
煤气化是煤化工产业发展最重要的单元技术，采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以产生不同组分不同热值的煤气。主要用于生产各种燃料起，是干净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；还可以合成液体燃料和很多化工产品。
        在未来的二三十年里，中国将完成城市化、工业化和消费升级的进程，对能源的需求比任何时候都强烈。但我国的能源结构尤为特殊，在未来的30到50年内，不可能摆脱以煤为主的局面。 面对快速增长的能源需求，我们的一个必然选择是要发展煤化工产业和技术，通过煤炭的气化，提高煤炭气化的比例，有效调整能源产业结构。然而，环境污染已成为制约煤气化产业发展的瓶颈。因此解决好废水废气污染问题，才可大力发展煤气化产业。
       上海达源环境作为一个从事十多年的环保工程并一直走技术路线及专业化运营服务公司，始终致力于解决煤化工废水环境保护和资源化问题，不仅解决了煤化工企业的长期发展的瓶颈，同时能在环境保护和资源化上为企业和社会作出更大的贡献。从2002 年起，我公司开始参与煤化工废水治理的研究和实践，在此工程经历期间，公司不仅从小试、中试和诸多工程实例出发，从小试和中试中获得数据，从工程经历中获 得经验，而且我公司联合国内典型并在此有成功经验的企业专家和国内知名院校的教授和学者，共同在传统处理技术上进行更新和突破，取得了一套针对煤气化废水 处理零排放和资源化的工艺，该工艺整合了废水处理、回用和零排放多项功能，同时从节能、减排和安全性上更成熟、可靠和先进。
二、   废水难点
2.1  煤气化废水解决难点
1、酚类物质浓度在800-1200mg/L左右，对生化系统具有明显的抑制作用。
2、废水含氨氮浓度较高，波动较大。
3、难降解有机物：废水中的难降解有机物主要有喹啉、异喹啉、甲基喹啉、吲哚、吡啶、联苯、咪唑、咔唑、烷基吡啶，这些难以生化。
4、废水中氰化物具有很强的毒性，所以必须对废水中的氰化物进行预处理。
2.2   废水组成及其COD当量（原水稀释4倍）

三、工艺路线
3.1  整体工艺

3.2  生化及物化处理工艺及COD除去率

3.3  深度处理系统

四、 五大关键技术

五、  厌氧技术——ACS应用
5.1  煤气水对厌氧反应器要求
厌 氧单元：在本工艺中生化处理的稳定运行和处理达标是十分重要和关键的一环，煤气废水特点是进水浓度高、有毒和难降解物质比较多，选择一个能具备进水浓度 高，能解毒和分解难降解的物质工艺是关键，而厌氧具备了这个功能，同时具备能耗低、运行费用低、启动快、操作简单等优点。
5.2  ACS（ Anaerobic cycling sludge system）厌氧反应器
根据煤气水对厌氧反应器构造的要求，我公司发明 “厌氧污泥循环系统”，英文缩写“ACS”（Anaerobic cycling sludge system）。ACS厌氧反应器可克服现有厌氧工艺中污泥容易流失、处理效率不高的不足之处。技术方案是：在传统的升流式厌氧污泥床装置中，增加一个空心筒体，呈交叉、多层分布的三相分离器安装在空心筒体和池壁之间，将三相分离器的气体收集管，全部接入空心筒体内，并上升至筒体顶端。
5.3  ACS成熟性和技术先进性
1）污泥充分混合和更新，反应彻底
2）容积负荷高，占地面积小
3）完全封闭系统，无异味
4）抗腐蚀，适用寿命长
5）施工和安装简单
6）启动时间短，操作控制简单
7）无机械设备，维修方便
8）适应性强，已有煤化工应用业绩

六、  好氧技术——HCF混合曝气
6.1  HCF混合曝气在本工艺中的应用
煤气水进入好氧反应器，进水关键问题如何把抑制生化的酚降低到50mg/l以下，传统的采用平面扩大，采用处理完的废水稀释进水的污染浓度，然后进入好氧区进行有效的曝气生化，我公司通过多年的实践和总结，采用HCF高 效混合曝气模式，利用竖向分布和射流曝气的特点和原理，进行浓水中间水加气布水模式，再通过射流利用处理完的水所需循环比例进行稀释，这种方式不仅能稀释 了进水浓度使得废水浓度适合好氧条件，而且在工艺特点节约占地面积，同时水面表面积减少，表面张力减少，可以减少泡沫现象，利用水池的深度和射流技术结 合，氧气利用率大大增加，所以好氧采用HCF混合曝气模式是非常有效的，得到工程广泛的验证和使用。
6.2  HCF混合曝气反应器
HCF混 合曝气是我公司推出一种高效的好氧的反应器，曝气模式把传统的鼓风曝气和我司的专利产品射流曝气有机的结合一起，此好氧方式是我司科技人员在借鉴物理学、 流体力学的最新科研成果的基础上，结合废水治理实践经验，经过反复研究实验，并对传统的废水治理技术进行突破的基础上，使废水处理技术达到模块化、标准 化、产品化的重大科研成果。
其中核心技术就是射流器的设置，把配水稀释和高效率的供氧、传质作为提高容积负荷的核心。中部采用先进的射流扩散曝气方式，融合了当今的高速循环射流曝气、物相强化传递、紊流剪切等技术。因此，其空气氧的转化率高（氧利用率可达40～50%）。

6.3  HCF成熟性和技术先进性
1）保证高效率的供氧、传质
2）抗冲击负荷高，对进水高浓度废水也适合
3）空间利用，可以有较深的水池，减少占地面积
4）利用射流曝气保证系统充分的搅拌和混合，污泥利用率更高
5）中层曝气，具有气提上升功能，同时维持溶氧浓度
6）射流曝气上升气泡密集，且利用率高，减少泡沫量
7）适应性强，已有煤化工应用业绩

七、物化药剂
7.1  物化药剂在本工艺中的应用
煤气化废水通过生化处理出水一般COD100－150mg/l左右，且色度比较高，里面主要含有一些生化所不能降解的有机物，要使废水从色度，CODcr都能达标，只有采用物化的方法解决，物化首先的方式是采用加药沉淀或加药过滤方式，所以药剂的选择是十分关键一步，通过我们公司多年在煤化工项目实践，自己开发了一种适合煤化工尾端出水一种药剂，这种药剂具备了絮凝，集聚和脱色等多种功能，我们称这种药剂为水化技术。
7.2  水化剂介绍
水化技术是近年来我公司开发出来的具有高效处理前途的水处理新工艺。利用比面积在10～50 m2/g 低Si聚合度的层状硅酸钙具有很强的不饱和表面电位，高密度的不规则氢键，从而对水体中各种污染物进行包括。如下图4-1所示，水体中的溶解性有机污染物在水体中进行无规则运动时，水化药剂具有的高效比表面积能够将污染物专有吸附在其中，并通过水化过程中形成的“致密”小 颗粒将污染物包裹于其中，随着包裹过程的进行，水化颗粒表面污染物的浓度不断降低，水体中高浓度的污染物并不断迁移至水化颗粒表面，伴随着水化颗粒包裹过 程的进行，溶液中高浓度的污染物不断迁移至水化颗粒所具有的纳米颗粒中，最终降低水体中的污染物浓度。实践表明：水化混凝剂对各种废水都有强大的适应能 力，即使是高浓度废水也能够达到40%以上的预处理效果。
7.3  水化剂使用特点
1）成品供应，使用简单
2）无毒、无害具有环保型
3）效果明显，且稳定性高

八、电解再生吸附技术
8.1  活性碳吸附再生在工艺中的关键性
煤气废水末端不管采用过滤和加药等方法，出水CODcr在100mg/l到80mg/l之间，为确保出水能满足深度处理的要求，在进入深度去必须处理到更高水质要求，活性碳是最佳的吸附剂，但是能吸附饱和度达到更高是使用活性碳的关键，因此，我公司把活性碳吸附和电解再生结合一起，可以使得吸附时间比原有的更长，而且通过电解原理更有效分解难降解的有机物。

8.2  电解再生工艺

   将 活性碳填充在两个电极之间，电极及活性碳均浸没在电极液中，电极加上直流电后，活性碳在电场的作用下极化；一边为阳极，一边为阴极，形成槽形电解区，阴极 部位产生还原反应，阳极部位产生氧化反应，吸附在活性碳上的污染物大部分因此而分解，小部分因电泳力作用发生脱附。上述过程称为活性碳电化学再生法。此法 的再生效率为90%。
8.3 电解再生特点
①    电子转移只在电极与废水组分之间进行，不需要另外添加氧化还原试剂，从而避免了引入其他其他化学药剂导致二次污染的问题；
②    可以通过改变外加电压和电流随时调节反应条件，可控制性较强；
③    废水处理过程中产生的强氧化性自由基可以无选择性的与有机污染物进行反应，并将其氧化分解为二氧化碳、水及简单低分子量有机化合物，没有或很少形成二次污染；
④    能量效率高，反应条件温和，电化学过程一半在常温常压下进行；
⑤    反应装置及其操作比较简单，若设计合理，费用并不昂贵；
⑥    当排污规模较小时，可进行就地处理；
⑦    若废水中含有重金属离子时，阴、阳极板可同时起作用（阴极还原金属离子，阳极氧化有机物），从而使处理效率大大提高，同时回收再利用有价值的化学品和金属，避免造成二次污染；
⑧    兼具气浮、絮凝、杀菌的作用；
⑨    作为一种清洁工艺，其设备占地面积小，特别适合于各类深度处理工艺应用；
⑩    既可以单独处理，又能与其他处理工艺结合。
九、深度处理——JVC结晶
9.1 深度处理结晶技术
JVC（Jet Vapor Compression）系统是上海达源环境科技工程有限公司的科技人员借鉴当今物理学、水力学和热力学的最新科研成果，结合多效蒸发技术，使浓缩技术技术达到模块化、标准化的重大科研成果。
JVC的设计理念突破了传统蒸发工艺的范畴，主要表现在：①采用了热泵吸汽的形式；②将吸汽后的水废热利用。随着社会的不断进度，该技术必将取代传统的蒸发工艺，成为未来的蒸发工艺方面的主力军。
9.2特点
① 让蒸汽从汽态变为液态，通常采用间接冷凝法，其冷凝过程较长，产生的冷凝水收集也较困难；本发明采用直接冷凝法，让气态的蒸汽直接进入液态的冷凝水，并伴有混合搅动，在极短时间内完成冷凝过程，从气态变为液态，还不需专门加以收集。具有较大的造水量；
② 因热泵吸入蒸汽而在蒸发器内部形成负压，降低了蒸发温度，提高了蒸发器的效率；
③ 吸入的蒸汽将冷凝水加热后自身也变成冷凝水，作为热源重新进入蒸发器进行换热，提高了系统的热能利用效率；
④ 得到冷却的冷凝水再次进入热泵后又可抽吸蒸汽，变成较高温度的冷凝水。蒸发、冷凝、换热、吸入蒸汽这一循环以低能耗的状态一直进行下去；
⑤ 在整个循环过程中，除了提供动力的循环泵外，没有其他机械运动装置，使系统运行稳定可靠，维修简单。
⑥ 系统在二个工况点运行，将二种不同的蒸发器互补配套，取长补短，既有较高的传热系数和较大的浓缩倍数，又有结垢缓慢，有效工作寿命长等诸多优点。并且调试简单，控制方便。