独立焦化企业在区域循环经济模式下的焦化废水零排放新工艺研究与实践徐建平

第二章环境科技研究进展及应用独立焦化企业在区域循环经济模式下的焦化废水零排放新工艺研究与实践徐建平’蔡昌凤`黄建宇2徐四海“(l.安徽工程大学安徽芜湖;2,临涣焦化股份有限公司安徽淮北)摘要依据循环经济理念,利用煤一焦化一电力循环工业园区产业链对水质不同要求,将焦化酚氰废水生化处理出水补充选煤厂洗水消耗,提出焦化废水大循环零排放新工艺.研究获得影响预测模型、控制策略和新工艺参数。在淮北市临涣工业园实施,利用煤粉吸附一浮选一絮凝处理生化处理出水中污染物,有效提高焦化废水生物处理工艺对污水水质水量波动的适应性、实现焦化废水零排放.解决了独立焦化厂采用干熄焦工艺时的废水平衡问题,削减因湿法熄焦而排放的粉尘和有机污染物,每年减少大气污染物的排放约164t,减少率达68%;COD减排106ot关键词焦化废水零排放选煤洗水闭路循环循环经济独立焦化企业2010年,世界焦炭产量.63亿t,中国焦炭产量达3.88亿t,占世界焦炭产量的61.6%,2001一2008年,我国焦炭出口量均保持在1200万t以上,占世界焦炭贸易量的13/一12/l[]。焦炭生产主要有两种模式:钢铁联合企业自设焦炉(自给)与独立焦化企业(外销),其焦炭产能各占50%。钢铁联合企业因焦炉煤气、焦炭自产自用,有烧结等工艺消耗酚氰废水生化处理出水,新建或改扩建焦炉时,同步配套建设干熄焦装置,每吨焦炭可回收3.gMPa450℃的蒸汽.045一.06t,向大气减少排放酚、氰、硫化物等各种污染物0.08一0.10ltz〕;节能减排环境效益显著。而建在炼焦煤资源地的独立焦化企业,废气、废水难以全面达标排放,建设项目环境影响评价很难通过。受全球金融危机、加征40%出口关税和地方环保管理趋于严格的多重影响,出口量下滑而困难重重。迫切需要探索在新的区域循环经济模式下,资源综合利用、污染物减排的新途径,以寻求发展空间。一、独立焦化企业生产模式与污染物排放现状以拥有我国56%的炼焦煤资源的山西省为例,焦化生产以独立焦化企业为主,全省焦炭产量占中国产量的40%、全球焦炭产量的18%,其中出口量占中国焦炭出口总量的80%和全球焦炭市场交易量的48%。但布局分散,全省227户焦化企业,户均产能不到70万t。多以焦炭生产为主,副产粗焦油、粗苯,焦炉煤气多数用在制造化肥和发电等初级加工上或点火炬自燃,化产精深加工尚未形成规模,资源浪费或利用水平不高。炼焦过程中产生的“三废”严重污染土地、水源和大气。炼焦企业排污环节多,排污强度高,炼、卸、熄焦环节主要污染物废气中有粉尘、502、苯并花等;在炼焦、煤气净化、粗苯回收等工艺环节产生的酚氰废水,含有挥发酚、硫化物和氰化物等有毒有害污染物,苯并花、哇琳及其衍生物对人和动物具有毒性、致突变性和致癌性。全国百家焦化厂和煤化厂,年废水排放量达1亿t以上。各地环保管理部门要求焦化企业废气全面达标排放、焦化废水实现零排放。环保部严格查处各地焦化新上项目违法建设问题,共抽查出105个焦化项目未执行环境影响评价制度,违建项目生产规模达noo多万尹。独立焦化企业主要靠湿法熄焦和除尘用水完成水回用率指标,制约干法熄焦系统上马。因此迫切需要开发新焦化中水回用技术利用酚氰废水,实现焦化废水零排放。中国环境科学学会学术年会论文集(20n)二、淮北煤一电一化区域循环经济模式淮北市临涣工业园是安徽省“861”项目之一,规划建设1600万血中央选煤厂,4x300MW煤泥、煤研石发电厂,以及科0万内焦化厂。工程分两期建设,选煤一期工程建成1250万内装置,发电一期工程建成2x3X()MW机组,焦化一期工程建设220万内焦化装置,配套建设20万内焦炉气制甲醇装置,焦化二期工程建设220万内焦化装置,配套建设20万内焦炉气制甲醇装置,以及30万内煤焦油加工和8万血苯精制装置。淮北临涣工业园区域循环经济模式主要特点是:以“高效、节能、环保”为目标,充分、合理地利用煤炭资源,以煤炭生产为基础,煤炭经分选后,中煤研石煤泥发电,精煤炼焦;焦炭副产煤气制甲醇、煤焦油深加工、粗苯精制。充分发挥煤种优势,延伸产业链条,实现资源深加工、转化增值。三、区域循环经济模式下的焦化废水大循环零排放工艺研究(一)可行性论证区域循环经济模式使工业园区具备以下优势:①洗煤因蒸发等原因产生的吨煤水耗为.02mst/煤(以闭路循环为标准),为接纳焦化废水回用提供了有效空间。②煤炭洗选中,煤泥量占入洗原煤的巧%一20%,煤粉有较大的比表面积,有吸附活性和吸附容量。③目前大型选煤厂洗水闭路循环率已达100%,已实现污水的零排放。④煤粉吸附饱和后,用于电厂燃烧或炼焦。无饱和吸附剂再生问题和二次污染问题。所以根据园区不同产业对水质要求的差异,利用选煤厂洗水闭路循环系统进行焦化酚氰污水深度处理和回用具有可行性。(二)新工艺需解决的问题焦化酚氰废水中有苯类、挥发酚、氰化物等有害污染物,生化处理后出水仍残留难生物降解的多环芳烃和杂环化合物(如哇琳、毗吮、蔡、叫噪等)、盐类、微生物等。焦化废水的利用必须考虑其对工业生产的影响和生产环境的影响。我们进行应用基础研究和工业试验解答以下5个问题:①不同煤种、不同粒径煤粉对焦化废水主要污染物的吸附容量与吸附速率,以及洗水闭路循环系统对焦化酚氰污水深度处理效果。②焦化废水主要污染物种类与浓度对洗煤的影响,特别是对浮游选煤工艺的影响与机理。③对煤泥水沉降特性的影响。④提出的焦化废水大循环零排放工艺体系与关键工艺参数,解决工业放大中出现的问题,规范工业实施设计及标准。⑤对选煤厂生产环境的影响进行监测。(三)研究结果与分析1.煤粉对焦化废水主要污染物的吸附特性与处理效果通过对焦化厂焦化废水主要污染物分析,焦化废水二级出水中主要有3类污染物:酚类、哇琳、毗陡等有机污染物;NH3一N、NO了一N、NO牙一N等盐类污染物;硝化菌和反硝化菌等微生物。采用两种炼焦煤种焦煤和肥煤煤粉进行吸附研究,得出煤粉对焦化废水二级出水中污染物的吸附特性,建立2种炼焦煤种煤粉吸附等温方程、吸附反应动力学方程和洗煤厂洗水系统处理能力与效果预测:(l)同一煤种的吸附性能基本相似,吸附去除率肥煤略高于焦煤。一般30~40而n可以达到吸附平衡,矿浆浓度越高,pH趋于中性,吸附去除率越高。原水初始浓度oC对污染物去除率和吸附容量的影响最为显著,随着原水初始浓度0C的升高,平衡浓度随之升高,吸附容量提高,吸附去除率达最高点后,不随0C变化,说明煤粉为单层吸附。肥煤吸附COD吸附容量在.05一.2smglg,NH3一N吸附容量在0.1~.024m眺;焦煤吸附COD吸附容量.03~.23mg/g,NH3一N吸附容量.007一.02m岁g。中国环境科学学会学术年会论文集(20n)二、淮北煤一电一化区域循环经济模式淮北市临涣工业园是安徽省“816”项目之一,规划建设1600万血中央选煤厂,4x300MW煤泥、煤研石发电厂,以及科0万内焦化厂。工程分两期建设,选煤一期工程建成1250万内装置,发电一期工程建成2x3X()MW机组,焦化一期工程建设220万内焦化装置,配套建设20万内焦炉气制甲醇装置,焦化二期工程建设220万内焦化装置,配套建设20万内焦炉气制甲醇装置,以及30万内煤焦油加工和8万血苯精制装置。淮北临涣工业园区域循环经济模式主要特点是:以“高效、节能、环保”为目标,充分、合理地利用煤炭资源,以煤炭生产为基础,煤炭经分选后,中煤研石煤泥发电,精煤炼焦;焦炭副产煤气制甲醇、煤焦油深加工、粗苯精制。充分发挥煤种优势,延伸产业链条,实现资源深加工、转化增值。三、区域循环经济模式下的焦化废水大循环零排放工艺研究(一)可行性论证区域循环经济模式使工业园区具备以下优势:①洗煤因蒸发等原因产生的吨煤水耗为.02mst/煤(以闭路循环为标准),为接纳焦化废水回用提供了有效空间。②煤炭洗选中,煤泥量占入洗原煤的巧%一20%,煤粉有较大的比表面积,有吸附活性和吸附容量。③目前大型选煤厂洗水闭路循环率已达100%,已实现污水的零排放。④煤粉吸附饱和后,用于电厂燃烧或炼焦。无饱和吸附剂再生问题和二次污染问题。所以根据园区不同产业对水质要求的差异,利用选煤厂洗水闭路循环系统进行焦化酚氰污水深度处理和回用具有可行性。(二)新工艺需解决的问题焦化酚氰废水中有苯类、挥发酚、氰化物等有害污染物,生化处理后出水仍残留难生物降解的多环芳烃和杂环化合物(如哇琳、毗吮、蔡、叫噪等)、盐类、微生物等。焦化废水的利用必须考虑其对工业生产的影响和生产环境的影响。我们进行应用基础研究和工业试验解答以下5个问题:①不同煤种、不同粒径煤粉对焦化废水主要污染物的吸附容量与吸附速率,以及洗水闭路循环系统对焦化酚氰污水深度处理效果。②焦化废水主要污染物种类与浓度对洗煤的影响,特别是对浮游选煤工艺的影响与机理。③对煤泥水沉降特性的影响。④提出的焦化废水大循环零排放工艺体系与关键工艺参数,解决工业放大中出现的问题,规范工业实施设计及标准。⑤对选煤厂生产环境的影响进行监测。(三)研究结果与分析1.煤粉对焦化废水主要污染物的吸附特性与处理效果通过对焦化厂焦化废水主要污染物分析,焦化废水二级出水中主要有3类污染物:酚类、哇琳、毗陡等有机污染物;NH3一N、NO了一N、NO牙一N等盐类污染物;硝化菌和反硝化菌等微生物。采用两种炼焦煤种焦煤和肥煤煤粉进行吸附研究,得出煤粉对焦化废水二级出水中污染物的吸附特性,建立2种炼焦煤种煤粉吸附等温方程、吸附反应动力学方程和洗煤厂洗水系统处理能力与效果预测:(l)同一煤种的吸附性能基本相似,吸附去除率肥煤略高于焦煤。一般30~40而n可以达到吸附平衡,矿浆浓度越高,pH趋于中性,吸附去除率越高。原水初始浓度oC对污染物去除率和吸附容量的影响最为显著,随着原水初始浓度0C的升高,平衡浓度随之升高,吸附容量提高,吸附去除率达最高点后,不随0C变化,说明煤粉为单层吸附。肥煤吸附COD吸附容量在.05一.2smglg,NH3一N吸附容量在0.1~.024m眺;焦煤吸附COD吸附容量.03~.23mg/g,NH3一N吸附容量.007一.02m岁g。·710·中国环境科学学会学术年会论文集(2011)环使用,泥质污染所致。一.-.精煤产率-今-精煤灰分水、众树找鬓_一一-一000908070604050承霹忆找爬234567循环次数8910图2洗水循环次数对浮选效果的影响(4)焦化废水主要污染物对煤可浮性影响与机理分析4[](略)3.焦化废水进入煤泥水系统对煤泥沉降特性的影响(1)焦化废水生化处理二沉池出水中微生物的疏水性和生物絮凝作用对煤泥水系统影响最大。研究表明硝化细菌的疏水比例在so%以上,灭活后的硝化细菌疏水比例达到97%;反硝化细菌的疏水比例在20%以下,灭活后的反硝化细菌疏水比例趋于3%。生长期、温度、pH、灭活对微生物的疏水比例有影响。二沉池出水中微生物有生物絮凝作用,煤粉吸附微生物后,沉降性能显著改变,有利于煤泥的沉降,上清液浊度和55减小,减小的程度与微生物疏水比例呈正相关。(2)絮凝沉降药剂制度的优化:研究絮凝剂的添加量与初始沉降速度、上清液的浓度关系在煤泥水浓度范围为40一80叭,絮凝剂的最佳添加量为4glm3。见絮凝剂沉降性能曲线(见图3)、絮凝剂澄清性能曲线(见图4)。/////////\\\\\\\声声声声/,,冈冈、、、……尸尸尸尸尸、、、、、、、、卜卜卜卜卜卜万一一一乙乙乙乙/////、门门…….....r``./尸尸r一洲洲~、、`{{{rrrrr一一...........~~~浓度为叨创LLL~~~浓度为印g凡凡~~~浓度为80目飞飞0.150.144444\\\\\\\///,,\\\\\\\\\\.../////!!!!!L\\\卜一一月月`~一刁刁尸尸尸...```长长件辰iii卜/厂厂...~~~浓度为20目111~~~浓度为叨乡ttt~~~浓度为印创LLL~~~浓度为80目毛毛4D35302520ǎ月目、匕。à、侧周世蛇双称234絮凝剂用勿(创m3)234絮凝剂用旬(创m钾)图3絮凝剂沉降性能曲线图4絮凝剂澄清性能曲线(四)小结以上