启东碱废水处理一体化设备追求实用

启东碱废水处理一体化设备追求实用

三元动力电池材料前驱体(简称“三元前驱体")的生产过程中产生的废水水质复杂，处理难度大。采用传统工艺处理时成本高、效果差。笔者采用汽提+反渗透膜+MVR工艺处理该类废水，对其可行性及优点进行介绍。

　　1、三元前驱体废水传统处理工艺

　　1.1 三元前驱体废水性质

　　三元前驱体通常由三元液(硫酸镍、钴、锰的混合溶液)、液碱与氨水在一定条件下液相合成，再经陈化、固液分离、流水洗涤、干燥、过筛、除铁、包装等工序制成成品。固液分离和流水洗涤环节分别产生母液和洗涤水，其中三元前驱体的母液pH为12～13，金属离子(Co2++Ni2++Mn2+)质量浓度约100mg/L，氨氮约5～10g/L，硫酸钠约100～150g/L;洗涤水pH为6～8，金属离子(Co2++Ni2++Mn2+)质量浓度约20mg/L，氨氮约1～2g/L，硫酸钠约10～15g/L。每生产1t三元前驱体约产生15m3母液、约10m3洗涤水，水量较大。母液和洗涤水的水质基本相同，但浓度差异较大，导致处理工艺难度大、成本高、效果差。

　　1.2 传统处理工艺

　　1.2.1 汽提+冷冻结晶工艺

　　将母液和洗涤水混合均匀后，采用汽提工艺处理，回收氨水循环利用，重金属(Co2++Ni2++Mn2+)生成氢氧化物〔Co(OH)2+Ni(OH)2+Mn(OH)2〕，汽提排水经调节pH后，用冷冻结晶工艺回收硫酸钠。该工艺流程简单，但洗涤水与母液混合后废水中的氨氮降低，影响了汽提回收氨氮的效率，同时需要增大汽提的设计处理能力，汽提的投资和运行成本增加。采用冷冻结晶工艺时，硫酸钠的去除率约为50%，排水中盐分约为50g/L，难以满足日益严格的环保排放标准要求。

　　1.2.2 汽提+传统脱氨+冷冻结晶工艺

　　该工艺将母液与洗涤水分开处理。母液用汽提工艺除氨氮后，采用冷冻结晶工艺除硫酸钠。洗涤水采用生化法、吹脱法、折点加氯法和化学沉淀法等传统氨氮废水处理工艺处置。但采用生物法处理时占地面积大，且洗涤水中的高浓度盐分会对微生物产生抑制作用，导致处理效率降低;采用吹脱法、折点加氯和化学沉淀法存在处理效果差、费用高、产生二次污染等问题。传统工艺已不能达到环保排放标准要求。

　　采用传统处理工艺存在处理效率低，运行费用高、硫酸钠回收率低，排水盐分高、存在二次污染等问题，因此迫切需要采用新工艺处理三元前驱体废水。

油污泥主要源自石油钻采、储存、运输、中转、炼制及含油污水处理等工艺。油田含油污泥的主要成分是水、石油类、污泥中的泥土和其他成分。

　　含油污泥具有成分复杂、难于脱稳脱胶、易于产生异味和处理过程中需要进行防爆处置等，其含有的石油进入水体或土壤，将会对周边生态、微生态系统和土壤植被生态造成严重的危害，随着《土壤污染防治行动计划》和《土壤法》的相继出台实施，提出了严格强化未污染土壤保护，必须对含油污泥进行无害化处置，最大限度地减少对周边生态环境的影响已是大势所迫。

　　2、含油污泥的处置技术现状

　　综合目前的污泥处置技术可知，含油污泥处理技术可分为：化学处理法(加热碱性洗法、化学清洗法、溶剂萃取法和化学破乳-脱水法等)、调质-机械分离法、回注调剖技术、热处理技术(干化焚烧、热解法、焦化法等)、生物法(地耕法、堆肥法、生物反应器技术和植物修复技等)及其它新衍生出的处理方法(如电动力学处理技术、超声波法、冷冻融融处理技术、毛细吸入技术等)等，但每种方法都有各自的适用范围、技术优缺点和经济性等。

　　为满足日益严格的环保监管要求，目前对于含油污泥的处置多是采用多种处理工艺相组合，分别利用各自工艺在不同方面的技术优势进行有机组合，进而实现污泥的合理高效处置。其中超声波辅助处理作为新型的污泥预处理技术，充分利用对污泥能够产生海绵效应、局部发热等作用提高污泥脱水能力，降低污泥的粘性。

　　3、超声波污泥处置技术的原理及进展

　　3.1 超声波技术处理含油污泥的机理

　　超声波是指频率从20kHz~10MHz范围内的声波，该波段的声波具有频率高、方向性恒定、穿透力强、能量集中等特点。超声波污泥处理作为新型的污泥处理技术，主要是用来强化污泥中石油类的分离，其作用原理主要为超声波的振动和声空化功能。

　　(1)超声波的机械振动，超声波使得在其中的液体物质高速高频振动，形成的湍流。利用污油、固体无机物质和水的密度不同，在强大湍流作用下，分离出来的石油小颗粒在振动作用下互相高速碰撞，可以克服污油小颗粒之间的界面张力，凝聚成较大的油滴。

　　(2)超声波的声空化，由于超声波振动后三相密度不同的物质会发生相对位移，会在石油和污泥的界面处发生空化(产生气泡)，这种空化可以达到分离石油和固体无机物的效果。此外，高温高压还可以降低固体无机物与污油之间的粘附力。

　　3.2 超声波处理含油污泥技术

　　超声波技术对含油污泥的影响是多方面的，由于含油污泥来源有所不同，性质差异也比较大，其主要影响因素为超声波处理的频率、强度、作用时间、反应温度及污泥的中值粒径等技术参数。

　　相关研究结果表明：合理选取处理温度是十分必要的，处理温度较低时，导致油粘度高，粘附力强，不易于分离;而处理系统温度过高时，将导致超声波空化强度减弱，影响反应的效果。因此过高或过低的反应温度均不利于含油污泥的污油、污泥分离和污油的去除等[1];XUNing等进行了含油污泥的超声预处理研究，研究结果表明：其最佳工艺反应条件为超声频率为28kHz，系统反应温度为40℃，反应时间为20～30min，条件下，含油污泥干基油含量由0.130g/g降低至0.055g/g，除油效率较未采用超声处理技术提高了55.6%。

　　4、超声波耦合混凝沉淀技术含油污泥现场试验研究

启东碱废水处理一体化设备追求实用

　4.1 现场试验工艺及试验目标

　　现场试验所采用的整体工艺：“机械调质→超声波脱稳装置→混凝沉淀→离心分离→焚烧"。而本次研究所涉及的仅为该整体处理工艺中的超声波脱稳预处理段工艺，作为整个处理工艺的关键段，决定着油、水和泥三相分离的效果。设计试验目标确定为：处理后的污泥含油量≤2%、含水率≤10%，经处理后的含油污泥达到国家污泥处理的标准限值，可用做建材原料、土地填埋等综合利用，可实现含油污泥的无害化处置。现场试验选在北方某海上石油钻采污泥处置厂内开展，设计试验能力为5.0m3/d。

　　4.2参数优化及预处理效果研究

　　为了研究含油污泥处理效果，以油田落地油泥为基础，进行了现场试验，确定了污泥无害化处理系统运行参数，并对污泥无害化处理系统稳定运行效果进行了研究。

水资源是人类生存和发展过程中所需要的必要资源，也是人们生活过程中的重要资源，而水质的本身具有一定程度上的复杂性，水中包含有多种副产物，这些副产物对水质具有一定程度上的影响，在人们进行生活用水的时候，其水质问题也是人们关注的重要问题。在化工工业发展的过程中，其化工相关原料的组成部分主要是由和溶剂相似的化合物所构成的，这些化合物存在一定的复杂性和多样性的特点，使得化合物在处理的时候，其处理难度是相对较大的，并且在化工废水中，其有毒物质的量也呈现出不断增加的现象，包含有硝基化合物和卤素化合物等等有毒物质，这些化工原料在水中进行有效分解之后，其能够形成含有毒性性质的物质，这些物质对人体的健康具有严重威胁，也会对人们所处的生存环境造成一定影响。

　　化工废水是极其复杂的，废水中的污染物的含量相对较高，化工废水的有毒物质也在不断增加，就会造成水资源被污染之后，出现色度加深的情况。化工废水中存在的污染物质相对较多，化工废水在处理的时候，如果在化工废水中所含有的有毒物质出现增加的现象，这些化合物可能会出现分解的情况，使得其逐渐形成有毒的物质，对人体健康具有一定威胁，也对人们的生活环境产生负面影响。因此，化工废水在处理的时候，其处理工序较为复杂，化工废水中的污染物质的含量也是比较多的，其中的有毒物质容易使得水质出现变质的情况。

　　化工废水主要是化工企业所排放的工业废水，而其接收到的生活污水是相对较少的，其接纳的化工污水的水质和接纳污水量等方面的变动幅度相对较大，在污水进入污水处理厂加以处理的时候，其污水的成分相对复杂，并且含有的有机物以及有毒物质含量相对较高。最后，经过化工企业预处理，其化工企业的废水相关指标虽然合格，但是其污水的后续处理明显存在较大的困难。

　　二、化工废水污染常用的处理技术方案

　　(1)物理法处理

　　化工废水物理法对化工废水进行处理具有设备简单、成本低、管理方便、效果稳定等优点，可以有效地去除废水中颗粒较大的漂浮物、悬浮物和砂或者是密度较小的油等物质。物理法还可以细化为过滤法、重力分离法、离心分离法、沉淀法和气浮法等，每种方法的使用都可以将不同物理性质的污染物分离出来，但是物理法对主要污染物质的去除还不因此物理法一般都作为其他处理方法的预处理。

　　(2)化工废水的化学处理方法

　　化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物质或将其转化为无害物质的废水处理方法。化学法与其他污水处理方法相比操作比较复杂，成本也比较高，但是它能够真正的达到去除污染物质的目的。化学法也可以具化细分成中和法、混凝法、氧化还原、电化学等方法。通过中和法的化学反应，可以将化工废水的PH值降到中性的水平，也常用于废水的预处理。混凝法即使在废水中投入混凝剂，混凝剂可作为电解质是废水中的某些物质形成胶体逐渐形成絮体沉降。通过氧化还原反应和电解法发生还原反应可以将有些剧毒的物质转化成微毒或无毒的物质，达到防治污染的目的。

　　(3)生物法除污的化工废水污染处理方案

　　生物法除污就是通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的废水处理方法。生物法也有很多的具体分类，如活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法等。其中的微生物主要是细菌和一些藻类及原生动物，采用生物法对污水进行除污最大的优点就是不会产生额外的有害物质，使除污工作更加的环保高效，除此之外，生物法除污还具有花费低，耗能低，处理效率高等多种优点，因此被广泛的应用于化工废水污染处理中。

　　(4)物理化学法的化工废水处理方式

　　物理化学法可以通过物理化学反应去除废水中的污染物质。物理化学法主要包括吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法等，这一方法的使用是在前几种污水处理方法的基础上的进一步强化，能够更地去除污水中的有害物质，优化污染防治的效果。