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有机废水处理方法 - 闪蒸预处理工艺研究

针对高浓有机废水生化处理降解困难、效率低、成本高等问题,设计基于闪蒸预处理的生化降解和焚烧综合处理方案,闪蒸汽相冷凝高浓有机废水焚烧处理,闪蒸液相低浓度有机废水生化处理,利用Aspen plus对闪蒸预处理工艺进行分析计算,提出适宜的操作参数。

某精细化工 ADMR 合成反应生产程中产生高浓度不含盐有机废水,主要由甲醇、甲苯、等多种有机相组成,近年来随着生产工艺的改变,废水中有机溶剂COD大幅增加,发现生化降解效果不理想。对于有机废水污染物浓度高采用综合废水处理的费用比单纯生物净化处理经济适用。近年来废水焚烧技术在污水处理中得到较多应用。有机废水焚烧法效率高,速度快,可以一步将有害废水中有机物彻底转化为二氧化碳和水。但设备投资大,处理成本高。一般认为COD≥100000 mg/L、热值≥10454 kJ,或有机成分质量分数≥10%的有机废液采用焚烧法处理较其他方法更加经济、合理。综合考虑有机废水处理效果及运行成本,采用闪蒸预处理,将浓缩后的闪蒸汽冷凝后焚烧处理,稀释后的低浓度有机废水送入原生化处理装置处理。

1 有机废水处理工艺设计

废水组成如表1所示。

表1 有机废水组成

有机废水处理设备

将5种有机物质所导致COD进行加权计算后,按重铬酸钾氧化法氧化率为90%,废水中每克有机相相当于2.58gCOD。按有机废水密度1000 g/L计算,则每升有机废水中含有的有机相为

106mg/L*6%=60000mg/L

则每升废水中COD值为

COD=60000 mg*2.58 mg/L=154800 mg/L

有机废水COD≥100000 mg/L,单纯利用生化降解方法已不合适,且有机废水中含水率达94%,直接焚烧处理成本大。采用闪蒸方法将有机废水浓缩后焚烧,闪蒸液相有机相含量及COD 降低,排入原生化处理装置处理。

有机废水闪蒸预处理工艺流程如图1所示。原料有机废水(OWW)经高浓废水冷凝器E101加热升温后,再经过蒸汽加热器E102 加热至饱和温度进入闪蒸罐F101,在0.2 MPa 压力下闪蒸,闪蒸出的汽相(FS)富含有机相,经E101 冷凝器冷凝成高浓有机废水(HCOWW)后送入焚烧炉焚烧;闪蒸液相(FL)含有机相较低,经热量回收后送至生化装置处理。

有机废水处理

图1 有机废水处理工艺流程

2 有机废水预处理工艺分析

2.1 闪蒸压力对液相组成与COD的影响

闪蒸罐进料(FEED)的压力不仅影响高浓水和稀释有机废水的组成及COD值,且对系统的热平衡也有很大的影响。利用 Aspen Plus 对预处理工艺流程进行模拟。分析闪蒸罐进料压力P对闪蒸液相FL组成及COD的影响。计算结果如表2所示。

表2 有机废水预处理工艺不同操作压力P下闪蒸液FL组成

工业有机废水处理厂家

图2为闪蒸液相中有机相分率随闪蒸罐进料压力P变化趋势图,由图2可知,提高P有利于闪蒸液相有机废水生化降解处理。图3为压力与COD的趋势图,进料压力P>0.4 MPa, 闪蒸液相FL含有机相小于3%,COD可以降到52363 mg/L 以下,符合生化降解COD要求。

2.2 闪蒸进料压力对闪蒸汽相的影响

闪蒸罐进料压力对闪蒸汽相 FG中有机相的回收率、有机相的质量分率和F101 汽化率均有一定的影响,如图3所示。

提高闪蒸罐进料压力P,可以提高闪蒸汽相FS中有机相的回收率(FS中有机相质量与FEED 中有机相质量之比),但由于进料压力提高闪蒸汽化率也相应提高,汽相中的有机相质量分率相应降低,增加焚烧炉运行成本。

2.3 闪蒸进料压力对闪蒸高浓废水冷凝量的影响

高浓废水冷凝器E101 作用是冷凝闪蒸汽相FG。为了充分回收利用闪蒸汽相FG 的潜热,E101应尽可能将FG 全部冷凝。闪蒸罐进料压力P 增加,闪蒸汽化率也随之增加,E101 高温热负荷增大,其变化趋势如图4 所示。为保证传热速率,在冷热介质具有一定最小温差(16 ℃)条件下,压力大于0.72 MPa 时,低温有机废水OWW无法完全吸收移走FS 潜热,E101 热端出口高浓有机废水HCOWW的液相分率小于1,并随压力P 增加下降。因此,设计取闪蒸罐进料压力P为0.7MPa。

3 有机废水预处理运行模拟结果

有机废水闪蒸预处理工艺设计操作参数:闪蒸罐F101进料为压力0.7MPa的饱和液相,闪蒸压力为0.2MPa;E101为全凝器。利用Aspen Plus对有机废水预处理工艺流程在设计工况下进行模拟计算,计算结果如表3所示。

表3 P=0.7MPa运行模拟结果

有机废水处理设备

由表3可知,闪蒸罐F101操作压力0.2MPa,温度116℃。E101高温端入口闪蒸汽FS温度为116℃,出口高浓废水温度约91.8℃,将低温端25 ℃原料有机废水加热至75.7 ℃,冷凝器最小温差约16 ℃,传热推动力能够满足要求。根据表3模拟结果,得到闪蒸预处理工艺主要参数如表4 所示。

表4 闪蒸预处理有机废水主要参数及指标

有机废水处理方法

4 结论

(1)设计了有机废水生化降解和焚烧的综合处理工艺,采用闪蒸工艺将有原料机废水分成高浓有机废水和低浓有机废水两部分,高浓废水焚烧处理,低浓废水生化降解处理。(2)利用Aspen plus模拟了闪蒸预处理工艺,分析了闪蒸操作关键参数进料压力对高浓废水和低浓废水有机相回收率、有机相含量及COD 的影响。(3)分析了闪蒸进料压力对闪蒸汽相高浓有机废水冷凝量的影响,确定了充分回收闪蒸汽相潜热的最佳操作参数。

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