臭氧在劣質(zhì)煤氣化廢水處理中的應(yīng)用

1、裝置概況

山西中煤平朔能源化工有限公司建設(shè)規(guī)模為30萬t/a的合成氨裝置、2套18萬t/a硝酸裝置、2套20萬t/a的硝酸銨裝置。配套污水處理裝置，采用預(yù)處理+生化處理+混凝沉淀+臭氧殺菌脫色+流砂過濾處理工藝。負責處理酚氨回收系統(tǒng)來煤氣化廢水、低溫甲醇洗廢水、甲烷化廢水、初期雨水、地面沖洗水、生活化驗及其他污水等生產(chǎn)廢水，出水滿足循環(huán)水回用要求，全廠正常廢水排放量為129.06m3/h，最大廢水排放量為168.4m3/h，設(shè)計污水處理規(guī)模為200m3/h。臭氧裝置設(shè)計在深度處理混凝沉淀出口，現(xiàn)場有青島國林公司生產(chǎn)的放電式臭氧發(fā)生器2臺，產(chǎn)量為每臺3kg/h，一用一備，氣源為氧氣。

2、污水深度處理介紹

深度處理采用臭氧+活性砂生物濾池。廢水到深度處理段可生化性非常低，需要提高廢水生化性，臭氧在將水中污染物氧化一部分的同時，能夠提高廢水生化性。臭氧氧化池未完全吸收的臭氧尾氣利用水力負壓抽送至調(diào)節(jié)池。經(jīng)過臭氧氧化完的廢水進入活性砂生物濾池，活性砂生物濾池的出水COD（化學需氧量）達到設(shè)計產(chǎn)水指標。污水處理裝置由中國昆侖工程公司總包，上海達源環(huán)境科技工程有限公司負責設(shè)計、施工、調(diào)試。

3、臭氧裝置介紹

3.1 臭氧的理化性質(zhì)

臭氧是一種具有刺激性特殊氣味的不穩(wěn)定氣體，在常溫常壓下，臭氧為藍色氣體，臭氧濃度越高顏色越藍。臭氧的密度為2.144kg/m3（標準狀態(tài)下），比空氣和氧氣大。臭氧略溶于水，標準狀態(tài)下，其溶解度比氧氣大13倍，比空氣大25倍。臭氧的標準電極電位為2.07，比過氧化氫、高錳酸鉀、二氧化氯及氯氣等氧化劑都高，所以工業(yè)常選用臭氧作為氧化劑。同時，臭氧反應(yīng)后的生成物是氧氣，無二次污染。

3.2 臭氧裝置

每套臭氧裝置主要由臭氧發(fā)生室、臭氧專用電源系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、冷卻裝置、儀表管路閥門和尾氣吸收破壞系統(tǒng)組成。圖1給出了污水處理臭氧裝置現(xiàn)場圖。

3.2.1 臭氧發(fā)生室

臭氧發(fā)生室是由多組臭氧發(fā)生單元組成的裝置，臭氧發(fā)生單元是產(chǎn)生臭氧的基本部件，由介電體與被其分隔的電極和放電空間組成。污水處理現(xiàn)場采用DTA非玻璃介質(zhì)臭氧發(fā)生單元共42個。其中圖2為DTA非玻璃介質(zhì)臭氧發(fā)生單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為1個DTA非玻璃介質(zhì)臭氧發(fā)生單元的組合體。

通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，由高壓熔斷器連接著介質(zhì)層密閉為一體，介質(zhì)層內(nèi)有高壓電源，內(nèi)電源與外電源之間被氧氣充滿，經(jīng)高壓電離氧分子后獲得氧原子，氧原子又與氧分子結(jié)合成為臭氧分子，產(chǎn)生的熱量被冷卻水帶走。這樣循環(huán)進行產(chǎn)生臭氧送入臭氧氧化池使用。由圖3可知，現(xiàn)場臥式DTA臭氧發(fā)生室內(nèi)設(shè)置42個臭氧發(fā)生單元，上部有冷卻水出水口和氧氣進氣口，下部有冷卻水進水口和臭氧出氣口。封頭端面有視鏡，可觀察發(fā)生室內(nèi)工作情況。

臭氧制取采用電暈放電合成臭氧技術(shù)，臭氧的產(chǎn)生機理見下式：

式中，e指的是電子，M是氣體中任何其他氣體分子，不過與此同時，原子氧和電子也同臭氧反應(yīng)形成氧氣。

3.2.2 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)是將輸入的工頻交流電源轉(zhuǎn)化為中頻高壓交流電源的裝置，經(jīng)過高壓變壓器升壓后輸送到臭氧發(fā)生室，使臭氧發(fā)生室內(nèi)形成高壓電場。電源系統(tǒng)主要包括整流電路、逆變電路、電抗器、高壓變壓器以及控制裝置等。

3.2.3 操作控制系統(tǒng)

臭氧裝置采用在線式自控儀表、閥門，通過西門子PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對設(shè)備全自動控制。

3.2.4冷卻水系統(tǒng)

臭氧發(fā)生器采用水冷卻，通過閉路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走放電時放出的熱量。閉路循環(huán)冷卻水的熱量利用外部冷卻水系統(tǒng)板式換熱器冷卻降溫，閉路循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水源為反滲透產(chǎn)水，外部冷卻水系統(tǒng)水源為雙硝循環(huán)水。圖4給出了臭氧裝置冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)場圖，由板式換熱器、緩沖罐、循環(huán)水泵等組成。

3.2.5 儀表管路閥門

臭氧發(fā)生器設(shè)置有流量、壓力、溫度等檢測及調(diào)整用的儀表閥門等，以實現(xiàn)臭氧氣化流量的調(diào)節(jié)。

3.2.6 尾氣吸收破壞系統(tǒng)

臭氧吸收破壞系統(tǒng)采用加熱-催化混合型（DT-300F），額定處理氣量40Nm3/h，出氣臭氧質(zhì)量濃度0.1mg/L，最高工作壓力0.08MPa，催化劑裝填量68L，額定功率1.9kW。臭氧尾氣進入反應(yīng)室，臭氧分子通過催化劑分解，隨后尾氣被風機抽出排走。

4、臭氧裝置運行情況

2016年10月臭氧發(fā)生器氧氣管道安裝完成，臭氧裝置調(diào)試完成。2017年8月27日臭氧裝置閉路循環(huán)水系統(tǒng)充水，9月8日臭氧裝置01-M805B啟動正常投運。表1為2017年9月8日至2018年1月11日污水系統(tǒng)臭氧裝置運行數(shù)據(jù)。

由表1可知，運行期間B套裝置啟動2次，A套裝置啟動3次，2套裝置臭氧質(zhì)量濃度正常，運行進出氣溫度低于30℃、功率低于14kW、流量達20Nm3/h、出氣壓力小于0.1MPa，達到設(shè)計要求，滿足現(xiàn)場使用條件。

5、臭氧系統(tǒng)出水數(shù)據(jù)

表2為2017年9月7日至2018年1月12日臭氧系統(tǒng)出水數(shù)據(jù)。

由表2看出，2017年9月7日投運前COD質(zhì)量濃度為54.18mg/L，9月9日投運后系統(tǒng)出水COD質(zhì)量濃度為39.12mg/L；11月6日投運前COD質(zhì)量濃度為49.68mg/L，11月8日投運后系統(tǒng)出水COD質(zhì)量濃度為46.45mg/L；11月20日投運前COD質(zhì)量濃度為156mg/L，11月22日投運后系統(tǒng)出水COD質(zhì)量濃度為70.73mg/L；12月20日投運前COD質(zhì)量濃度為84.28mg/L，12月22日投運后系統(tǒng)出水COD質(zhì)量濃度為70.26mg/L；2018年1月10日投運前COD質(zhì)量濃度為63.21mg/L，1月12日投運后系統(tǒng)出水COD質(zhì)量濃度為52.67mg/L；臭氧裝置投運后系統(tǒng)出水COD明顯改善，呈下降趨勢。通過現(xiàn)場目視污水系統(tǒng)出水顏色，臭氧投運后出水顏色變淡，色度減小。

6、結(jié)束語

山西中煤平朔能源化工有限公司污水處理系統(tǒng)，相同工藝運行條件下，臭氧裝置投運前后，污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)指標COD、色度有明顯的改善，水質(zhì)較穩(wěn)定。臭氧裝置對COD及色度的脫除達到了預(yù)期效果。（來源：山西中煤平朔能源化工有限公司）