高浓度甲醇污水的处理方法刘冀湘

第25卷第3期1999年9月化二议计通讯ChemiCalEngineering】为污iUgCmOmuniCatiSnoVe)1.25No.3SeP.1999高浓度甲醇污水的处理方法刘冀湘张浩江(深圳市龙岗区城市开发实业总公司·516172)(湖南大学土木系·长沙·410082)摘要该文结合“日元低息贷款项目—高浓度甲醇污水”的设计,就难降解有抑制毒害作用的高浓度甲醇污水进行嗜甲基菌好氧生化处理—UAS日厌氧生化处理—好氧生化处理工艺流程等问题作了探讨。关键词甲醇污水嗜甲基菌好氧生化处理1概述甲醇是化工、农药和制药等行业的重要原料。在甲醇生产过程中,精馏工段的精馏废水含有少量甲醇及高沸物等有机物质,其中甲醇浓度约为1%,异丁醇约为0.5%。CODer和BODS分81J在20000mgL/和10000mg几以上。需治理才能排放,从其BOD/COD比值来看,该废水是属可生化处理的。甲醇废水中,如果甲醇含量低于600mg几,用好氧生化处理并不困难。含量低于Zooogm几,用厌氧一好氧生化处理在技术上也是可行的。然而当甲醇废水中含甲醇的量远高于这个限度时,使用常规的生化方法治理是难以奏效的,将废水稀释若干倍后进行生化处理,尽管在技术上可行,在投资、运转费用、占地面积等方面都不经济。目前国内处理高浓度的甲醇污水的主要方法有:a)曝气法;b)直接厌氧生物处理法;c)高温气化法;d)回收残液中的甲醇法。国外对高浓度的甲醇污水大多采用焚烧方法。甲醇的特性为极易溶于水,化学性质活泼,甲醇和异丁醇浓度过高,对微生物有强烈的抑制毒害作用,采用传统曝气法处理装置占地面积大,投资高;直接采用厌氧生物处理,实验证明可行,可国内无一例运行稳定可靠的工程实例;采用高温气化法,不仅要求含甲醇的蒸汽自成独立系统,投资大,而且煤气发生器夹套给水需定期排污,必然将少量甲醇废水排入下水道,造成二次污染。采用回收残液中的甲醇法,投资大,运行成本高,工程意义不大。国外采用的焚烧法,处理成本更高,更不经济。本人在日元低息贷款项目“湘江流域治理”的甲醇治理项目中,在调查、分析他人处理甲醇污水成功经验与失败教训的基础上,收稿日期:1999一07一18化二救计通讯第25卷经反复研究,最终确定采用:嗜甲基菌好氧生化处理一(UASB)厌氧生化处理一去造气含氰污水好氧生化处理的工艺流程,将高浓度甲醇污水不经稀释和预处理直接进人处理装置进行处理,此工艺流程具有占地面积小,总投资省,动力消耗及药品消耗低的优点。2嗜甲基菌的特性2.1该菌株是一种以含甲基的有机物(如甲醇、甲醛、甲酸、甲胺、六次甲基四胺—乌洛托平)为其生长的唯一碳源,以氨类化合物氮源进行代谢繁殖的细菌。2.2该菌株能在甲醇浓度为0.3%一10%(V/V)的条件下良好生长。2.3该菌株生长温度为20一40℃,其中以30℃为最优。加药2.4该菌株在pH二6一8条件下繁殖,pH二7时最优。2.5该菌株在COD降至500mg几以下时,开始衰老死亡。3工程应用好氧、厌氧、好氧、串联处理法在高浓度甲醇废水处理工程上的应用:3.1废水成分甲醇1.02%;异丁醇0.5%;pH值5.52一8.0;COD24300mg/L;BODS11400mg几;排出温度104℃。3.23.3处理水量为4.5m3八处理流程(图1)空气、营养液空气、营养液三废回收一画一罕·~一画一画一嘿蕊黔一匡巫]二二曝池池加加压泵泵巨董匾函一匹习一匡亘到一}三亘巫国一匹酥峥巨画一)污泥回流{图1甲醉污水处理流程3.4流程简述应后的水中杂质粘附在一起,使其絮体的比从甲醇精馏塔底排出的甲醇污水,直接重小于1,从而浮于液面之上,形成泡沫(即用泵加压至气浮装置。由于甲醇污水温度水、气、颗粒)三相混合体,从而使油类物质得高,故在气浮前设置了换热器。设置气浮装以从废水中分离出来,达到净化效果。置是为了去除污水中对嗜甲基菌有抑制作用经过气浮处理后的污水自流流人一曝、的油类物质。气浮装置是利用在高压情况下一沉、二曝、二沉装置,设置一曝、一沉、二曝、使水溶人大量的气体作为工作液体,在骤然二沉池的目的是采用嗜甲基菌去掉污水中大减压时释放出无数微细气泡,与经过混合反量的甲醇,嗜甲基菌为好氧菌,是以甲基为营第3期刘冀湘等:高浓度甲醇污水的处理方法养的一种专用菌。其生长能力强,适应性大。一般经过二级曝气沉淀后高浓度的甲醇污水甲醇去除率在80%以上。即经气浮处理后污水先流人一曝池好氧生化处理,再流人一沉池沉淀,沉淀后的污水人二曝池好氧生化处理,处理后再加压至二沉池沉淀。一曝池、二曝池内均设置了填料,并在泵房内设置了鼓风机为二池曝气,曝气强度控制在0.5m“/(澎·h)左右,从而为其内的嗜甲基菌的生长提供了良好的环境,一沉池采用斜板沉淀池,排泥采用穿孔管泵吸,污泥回流到一沉池,保持一曝池内很高的污泥浓度,二沉池采用竖流式沉淀池,设置在屋顶,污泥自流至二曝池,出水人UASB反应器处理。由于嗜甲基菌仅去除了污水中的大部分甲醇,污水中剩余的有害物质,除甲醇大量削减了外,其余均未能降解,设计采用UABS反应器进一步厌氧生化处理。UASB反应器由反应区、进出水管道和位于上部的三相分离器组成,反应器的下部由具有良好絮凝和沉淀性能的高浓度厌氧泥形成污泥床,经加药、升温后的污水从进水口自下而上通过污泥床,与厌氧微生物充分接触反应。厌氧分解过程中产生的沼气形成微小气泡不断释放几上升、逐渐形成较大的气泡。反应器中,上部污泥在沼气的扰动下形成污泥浓度较低的悬浮层,顶部的分离器进行污泥、沼气和废水的三相分离。处理后的水从沉淀区上部溢流排出,气室的沼气用管道导人缓冲罐后,用鼓风机送往甲醇精馏工段三废回收管网。沉淀在泥斗壁上的污泥在动力作用下沿泥斗壁斜面下滑回到反应区,使得反应区保持足够的污泥浓度。经UASB反应器处理后的污水流人三沉池。三沉池采用竖流式沉淀池,污泥用泵加压回流至UASB反应器处理,沉淀后的污水中的甲醇去除率在98%以上,但COD一般在(400一500)x10一“,需进一步处理才能达标排放。我国以煤为原料进行生产甲醇的工厂中,大多数都有造气含氰好氧污水处理装置,本人所承担的该项目厂家有一套完善的好氧生化处理的造气含氰污水处理装置。该装置全套设计处理能力为3000m3小,本设计将其送往造气含氰污水生化处理。由于这股水的加人,造气含氰污水人口处甲醇的含量由原来的“0”增加为0.3mg/L,经好氧生化处理后,其排放口中甲醇的含量将低于0.001mg几。远远优于国家的排放标准。4主要设备选型4.1换热器生化处理适中的温度为20一40℃,而从气提塔、精馏塔排出水的废水温度为104℃,设计采用冷却水冷却。104℃时热烩461.7kJk/g(110.19kealk/g),40℃时热烩167.6kJk/g(40.01kealk/g),则总热量为Q=4500X(110.19一40.01)=315810kealk/g=1323.2M」k/g又乙t=(72一8)/(Lu728/)=29℃则A=Q/(Kx乙t)=315810/(800只29)=13.6lmZ选用A=40时、DN500的G500二一16一40型换热器,冷却水量(温差取6℃),315810/(6又1000)=52.5m3,取60m3h/。4.2气浮装置设计选用JM一V型气浮净水器,处理能力为5m3h/。4.3鼓风机为方便细菌的培养和运行的要求,设计选用了4台鼓风机,一、二曝池的曝气强度可调范围为0.5一5m3/(耐·h)。(下转第41面)第3期黄凤良等:速度均布器均布原理的研究*f/Al\2刁、行二石,丁一一1!~石一.J一11oslna、\八2/尸(11)A二一(`一丫`!A/1·“51二十世老应其中,几为相应于Al的等截面管的摩擦阻力系数。几何尺寸关系:Dl一DZs`na=一厄万一联立方程(8)、(9)、(10)、(11)(12)、(12)得:、!..尹J.工一乙l了了口口..,.、护......、K=竺子婴=/卜c.UZ,V(智)式中:e一l}1一粤一)(A,),坛一琴(Ar)`L\65之na/’石slna以人口参数Dl=0.4m,Ul二5.0ms/的场合为例,速度比K随锥管收缩角a、锥管长l变化的关系如图3(b)所示,可见,随a的增大出口处的速度分布是可以达到均一的。取不同的l场合来调节a,所对应的K值分别如表3所示,可得当l二0.5m时a)150;l=1.om时a)7.50;l=1.5m时a)4·90;l=2.0m时a)3.5’速度分布就能达到均匀。表3锥管收缩角a与速度比K的关系表a厂0.0.254.16.17.78.910.112.114.114.915.3l=0.smK2.0001.6851.5231.3541801.1271.013l=1.om。厂K2.0001.7031.49913621.2404.11.203l=1.sma厂K2.0000.02.0001.6031.3341.2321381.08110513.81.0561.0636.11.0711.0167.11.0181.0421.0104.91.010l=2.om。广K6981.4911.2401931.1341.0871.0441.0256.71.0284.31.0313.41.0181.0193.51.0141.011参考文献结语通过本文的讨论,阐明了截面收缩均布器、多孔板均布器以及收缩锥管均布器的均布原理,得到了各均布器中速度比和主要决定参数之间的关系式,并通过调节计算得到了实现流体均布时的参数取值,从而为工程上设计和选用合理的均布器奠定了基础。ManojChovhary,阮1WWeller,JvlianSzekly.IAChEJour-nal,1976,22:1027KnulleHR.ChemiealEngineeringPr0gress.1972,68(7):53戴干策,陈敏恒.化工流体力学.北京:化学工业出版社,1988.876戴干策,任德呈,范自晖.化学工程基础.北京:中国石化出版社,1991.428(上接第37面)4.4UASB反应器设计选用UASB一250型,水处理容积256m3,停留时间为SOh。5结论采用嗜甲基菌好氧生化处理一UASB厌氧生化处理一去造气含氰污水好氧生化处理流程处理高浓度的甲醇污水成功与否在于菌种的培养和训化,目前该工程项目初步设计已审批通过,施工图设计正在进行,我们了解到嗜甲基菌在东北地区用于处理甲醇污水生命力很强,运行很稳定,去除率在80%以上,这为本工程流程的确定提供了有力的证据,我们科学地分析了该流一程处理效果的稳定性、可靠性,我们对该流程开车成功运行稳定充满信心。