如何对曝气生物滤池进行调试运行(曝气生物滤池调试方案)

一、概述

我国水资源总量大,但由于人口众多,人均量仅为世界平均水平的 1/ 4,联合国已把我国列为 13 个最缺水国家之一。随着工业的发展和人口的增长,水污染又进一步加剧了水资源短缺。我国每年排放的工业废水就达上百亿吨,其中石油、化工等行业是工业废水排放的主要来源,其排放的废水浓度高、难降解、毒性大,直接采用经济性较高的生化处理难以取得满意效果。

对于这类废水,目前主要通过反渗透、离子交换、电分解等方法进行处理,但是这些处理方法的费用都偏高,易产生二次污染

例如,给水含盐浓度越高,反渗透系统需要的压力就越高,不仅耗

能大,也要求反渗透膜具有较高的耐污性能,处理高盐度废水时,膜的清洗周期是 3- 7 天,膜污染和频繁的清洗将直接导致膜产水量的下降,生产效率下降,产水水质变差、膜使用寿命变短和操作费用的增加。

对于离子交换法,当废水含盐浓度较高时,离子交换树脂容易失效,导致再生频繁,消耗的再生剂也多。

电解法在处理大量废水时耗电,耗电极金属量较大,分离的沉淀物不易处理

利用。

目前也有一些针对高盐度难降解废水的处理新技术被报道,如焚烧法和深井灌注法等,但仍然处理探索研究阶段。由于以上废水处理技术在实际应用中很难推广应用。因此,研发处理高盐度难降解废水的高效实用技术十分迫切。

多效蒸发(MED)是在单效蒸发的基础上,将几个单效蒸发器串联起来组成的,是化工过程蒸发系统常用的工艺,发广泛用于食品、化工和制药行业,最早应用于蔗糖生产,也是应用较早的海水淡化技术之一。目前,多效蒸发技术在废水治理领域的应用越来越广泛。

突出优点是:分离效果好,可以把废水中的不挥发性溶质和溶剂彻底分离;残余浓缩液少,热解作用后容易处理;灵活应用,既能处理高浓度废水和低浓度废水,也可以单独使用,或者与其它方法联合使用。

二、多效蒸发的理论基础

蒸发法是加热使溶液的溶剂汽化,溶质留在未蒸发的溶剂中,而蒸汽收集后进行冷凝,冷凝液中含有浓度极低的不挥发溶质,使废水得以净化。蒸发操作的目的是溶质和溶剂的分离,但其实质是热量更换与传递。

蒸发可分为单效和多效,单效蒸发是利用生蒸汽提供热量将蒸出的蒸汽即二次蒸汽直接冷凝,不利用其冷凝热,利用前一效二次蒸汽作为下一蒸发器的加热介质,充分利用热能,节约生蒸汽,多效蒸发中后效的溶液沸点与压强必须低于前效

根据蒸汽与料液的流态关系,多效蒸发可以分为:(1)并流(顺流)法,(2)逆流

法,(3)平流法(示意图如下)。

图1-1 并流法流程图

图1-2 逆流法流程图

图1-3 平流法流程图

采用多效蒸发可以达到充分利用热能的目的,因为通过多效蒸发,可以再利用二次蒸汽,减少生蒸气的消耗,显著降低热能,从而提高蒸发的经济效益。

三、多效蒸发技术在废水治理领域中的应用

1.石油废水

多效蒸发在荷兰、德国及中东一些国家被利用来处理油田污水,实现出水的回用。Aqua Pure 公司[2]研发了 NOMAD2000移动式含油污水处理装置,采用升膜式宽间隙板蒸发器代替管壳式蒸发器,装置包括预处理模块、蒸发模块和压缩机模块。污水TDS 含量高达 8×104mg/ L,处理量为 397m3/ d。处理后的污水

达到回用以及环保排放标准。

中国海洋大学蔡剑荣等[3]利用多效蒸发技术对郑王庄油田的稠油污水进行了中试研究,试验装置处理量为 50m3/ d,污水矿化度为 1. 13×104mg/ L,总硬度为 1. 2×103mg/ L,处理后的水质可以达到热采锅炉供水要求,然后又以

多效蒸发工艺为核心,对胜利油田的调油污水进行脱盐处理研究 。 污 水 TDS 含 量 为 1. 13 ×104mg/ L, 总 硬 度 为 1. 2 ×l03mg/ L,含油量 300mg/ L,处理工艺为气浮一果壳过滤一石英砂过滤一多效蒸发。

在试验运行初期,多效蒸发装置出水含盐量达到 150mg/ L,后来对装置进行了改进,解决了盐度增高问题,处理后的污水水质达到注水、注聚、外排等水质标准要求。2008年,胜利油田曾选择孤五、孤六和垦西站的 3 个水样,送往美国RCC 公司实验室进行了采用机械压缩蒸发技术处理采油污水的室内模拟试验,处理后各项水质指标可达到注汽锅炉用水要求,产水率高达 90%[ 4 ]。

2.香料废水

香料是现代精细化学品的重要组成部分,广泛地应用在食品工业、饰品工业、日化工业中。香料废水中 COD 盐含量高、气味大、水质水量波动大、属于典型的难生物降解的高浓度有机废水[5]。尤其是废水中无机盐含量高,这会抑制污水中微生物正常代谢活动,去除污水中的盐类物质是保证香料废水生化处理的关键步骤。

江苏某大型香料企业采用:隔油 – 中和沉淀 – 三效蒸发出盐 – 臭氧工艺 – 活性炭吸附 – 生物接触氧化 – 曝气生物滤池工艺,在系统稳定运行,COD 去除率为 98. 9%,SS 去除率为69. 6%,氨氮去除率为 99. 6%,总磷去除率为 76%,甲苯和氨氮去除率为 99. 9%。系统排放废水中各污染物浓度达到江苏省化学工

业主要水污染物排放标准(DB32/ 939- 2006)一级标准。

3.原药废水

原药生产耗水量大,排放的废水 COD 高,含有大量污染物。传统的处理是采用生化法,占地面积大、处理效果差,废水处理后的一般仍不能达标排放,这也是制药企业和政府环保部门面临的难题。近年来随着国家加大环保执法力度,越来越猛烈的环保风暴使原药生产企业尤其是抗生素类企生产经营陷入困境。针对原药生产企业发酵液废水的特点,孙艳力,杨影衬等[6]采用多效蒸发浓缩处理技术,经过蒸发处理后的废水其 COD 可以降低到200mg/ L- 500mg/ L 之间,基本能够达到排放要求,而且可以直接循环使用,大大降低单位产品生产的水资源消耗,同时经过蒸发后从母液中分离得到的固体物中含有大量的氮、钾等化合物,是非常理想的复合肥料。

4.化工废水

多效蒸发技术在化工行业废水中应用得比较广泛,成功的案例较多。

俞晟、陶冠红[7]采用减压蒸发浓缩高盐高浓度化工有机废水,蒸汽经收集冷凝后进行生化处理可达到排放标准,有效地处理了高盐高浓度有机废水,同时可以回收浓缩液中的氯化钠、对甲苯磺酸钠等物质,回收部分成本,浓缩液进行焚烧处理。

赵斌[8]等采用三效错流降膜真空蒸发低浓度氯化铵废水,有效地解决氯化铵废水蒸发过程的设备腐蚀、能耗过高等问题。

郑贤助[9]等采用双效蒸发处理 CMC(梭甲基纤维素钠)的生产废水。该废水是高浓度含盐有机废水,主要为氯化钠和羟基乙酸钠,其含量高达 30%,COD 达到 7000mg/ L。采用两次蒸发分步结晶工艺回收盐,平均蒸发 1t 水约消耗蒸汽 0. 75t,蒸出冷凝液 COD 约 2000mg/ L,回收盐中氯化钠含量达 89%以上。

癸二酸生产废水中含有硫酸钠、癸二酸、苯酚以及其他一些脂肪酸。张颖[10]采用多效蒸发加树脂吸附的工艺来处理这种废水,在多效蒸发器中采用加入氢氧化钠,抑制苯酚挥发的方法,以降低废水苯酚含量。经过蒸发处理后,废水中的苯酚含量从400- 500ppm 降低至 40- 50ppm,而且可以回收无水硫酸钠,出

水再用树脂吸附做进一步处理。

内蒙古自治区化工工业区废水中含有较高浓度的硫酸铵、氯化钠、氯化铵、硫酸钠、硫酸等物质,采用高效三效蒸发技术进行处理必须要注意废水中硫酸根和氯离子的腐蚀问题,所以三效蒸发器加热管采用 2205 双金相不锈钢耐腐蚀材料制作,分离器采用不锈钢 SUS316L 制造,可降低被腐蚀的风险。同时,采用强化浓缩搅拌和强制循环浓缩方式,提高传热效率和蒸发速度,避免在传热设备的表面形成硫酸钠硬垢。处理后的废水盐份去除率达到 98%- 99%,出水 CODcr 平均降至 1000mg/ L 以下。

朱守深[11]等应用三效蒸发处理高含盐量有机工业废水,调节废水 pH=7- 9,并预热到 30℃- 60℃,再进入三效蒸发器经浓缩后进行盐析使固液分离,分离出的液体再浓缩后,进入焚烧炉内进行焚烧,而蒸汽冷凝水进行生化处理。

结语

如何降低浓缩工序的能耗已经成为众所关注的问题,而多效蒸发的后面一效的压力低于前面一效,后面一效的蒸发温度低于前面一效,同时将二次蒸气引到下一效蒸发器作为加热蒸气,二次蒸汽的再次利用,既减少了生蒸气的消耗,又节省了冷却水的用量,提高系统效率。这在经济节能环保方面具有重大有意义。

综合技术发展和实际应用情况来看,多效蒸发技术应用的并不是很广泛,由于许多国家和地区经济发展不平衡,人们环保观念还比较落后,因此此技术仍然有很大的发展空间,就目前的技术情况来看,废水(废料)采用多效蒸发技术面临的最大问题是设备腐蚀。多效蒸发系统中腐蚀性问题最严重的设备是预热器,由

于该设备大都为管壳型结构,焊缝与焊点较多,冷热端温差较大,运行周期长,是多效蒸发系统中极易腐蚀的设备。

虽然多效蒸发技术是一个简单的单元操作过程,但由于其能耗高、应用范围广,特别是随着废水(废料)日益采用多效蒸发技术,产生的问题也越来越多。针对这些问题,我们必须明确不是所有废水(废料)都适合于多效蒸发技术

其次,采用多效蒸发技术必须考虑到成本因素。随着人们的环保意识逐渐提高,越来越关注可持续发展,垃圾废物的回收循环利用,多效蒸发技术将会在废水处理发面逐步得到推广应用。

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