一种负压蒸汽汽提系统及其用于处理兰炭废水的方法

本发明涉及废水处理，尤其是涉及一种负压蒸汽汽提系统及其用于处理兰炭废水的方法。

背景技术：

1、兰炭废水是低阶煤经过中低温热解形成兰炭过程中所产生的高cod、高酚类、高氨氮、高毒性的深棕褐色废水，该废水必须经过严格处理以降低其毒性。兰炭废水可生化性极差且毒性较强，然而水中含有的高浓度氨氮及酚类物质可通过分离回收等手段产生经济价值。由于兰炭废水的复杂性，氨酚分离回收技术始终存在着投资和运行成本高、副产品市场不佳、尾水处理困难等问题，阻碍了兰炭工业的快速发展。

2、兰炭废水含有的酚类物质及氨氮是重要的化工原料，蒸氨-萃取脱酚的组合成为兰炭废水预处理的主流技术，在提高兰炭废水可生化性的同时回收一定的经济价值。然而，蒸氨处理兰炭废水时，需投加碱调节兰炭废水ph在12左右，且需加热进水至高温。蒸氨工艺处理兰炭废水运行成本过高，热源消耗大，用碱量大，且增加了废水的盐度导致后续处理的难度增加。萃取脱酚工艺处理脱氨后的兰炭废水时，脱酚前往往需要加酸调节至ph为2.5左右，且萃取剂昂贵，在萃取反萃取过程中流失率较高。因此，采用蒸氨-萃取脱酚的组合工艺处理兰炭废水成本过高，造成了一定程度的资源浪费。因此，寻找一种处理流程更短、占地面积更小、经济性更强的兰炭废水处理方法是有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种负压蒸汽汽提系统及其用于处理兰炭废水的方法。本发明解决了目前存在的兰炭废水处理流程长、面积大、运行成本高、副产品市场价值低等问题；本发明在兰炭废水脱氨步骤所需ph仅为9.2左右，无需添加大量碱剂，汽提附加产物所产生的酚醛树脂纯度高，性能较原有兰炭废水原水生产的性能更好。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一个目的是提供一种负压蒸汽汽提系统，所述系统包括汽提装置、供水装置、冷凝装置、供汽装置和出水装置；

4、所述汽提装置包括汽提柱，汽提柱由波纹丝网填料组成；

5、所述供水装置包括进水管和加热装置，通过第一管线q1与汽提装置的顶部连通；

6、所述冷凝装置设有冷凝柱，通过第二管线q2与汽提装置的顶部连通；

7、所述供汽装置包括蒸汽罐和加热台，通过第四管线q4与汽提装置的底部连通；

8、所述出水装置包括出水罐，通过第五管线q5与汽提装置的底部连通。

9、在本发明的一个实施例中，汽提柱的外壁设有保温层；汽提柱的顶部设有温度探头，用于监测汽提柱内的温度。

10、在本发明的一个实施例中，所述供水装置还包括搅拌器；第一管线q1上设有进水泵。

11、在本发明的一个实施例中，冷凝装置通过第二管线q2连接汽提装置顶部的出气口，冷凝装置通过第三管线q3和第六管线q6与吸收罐连通；第三管线q3和第六管线q6之前设有真空泵。

12、在本发明的一个实施例中，供汽装置中加热台位于蒸汽罐的底部，加热蒸汽罐使蒸汽通过第四管线q4由汽提装置的底部进入汽提柱。

13、在本发明的一个实施例中，所述出水装置设有减压阀。

14、在本发明的一个实施例中，第一管线q1、第四管线q4、第五管线q5上均设有阀门。

15、在本发明的一个实施例中，波纹丝网填料的型号为cy700。

16、cy700具有比表面积大、孔隙率高和重量轻的特点；气相通路倾角小，有规则的气相通路，压力损失小，填料压降低；径向扩散良好，可使得兰炭废水氨酚分离过程中汽液接触充分。

17、在本发明的一个实施例中，汽提装置顶部设有压力表和泄压阀，用于检测压力大小，以确保汽提装置的安全。

18、在本发明的一个实施例中，汽提装置顶部设有分液头，用于使兰炭废水均匀分布以确保和蒸汽的充分接触。

19、在本发明的一个实施例中，汽提装置底部设有进汽口，第四管线q4通过进汽口将蒸汽通入汽提柱。

20、在本发明的一个实施例中，进水泵，用于将兰炭废水泵入到汽提柱汽提；蒸汽罐，用于产生蒸汽作为汽提载体；汽提柱，用于将兰炭废水中的高氨氮及酚类脱除；出水罐，用于储存汽提后的兰炭废水；真空泵，用于控制整个装置的真空度；冷凝柱，用于将含氨蒸汽冷凝；吸收罐，用于吸收含氨尾气。

21、进水泵通过第一管线q1与汽提柱的顶部相连通；所述汽提柱的顶部通过第二管线q2与冷凝柱相连通；所述冷凝柱顶部通过第三管线q3与真空泵相连；所述蒸汽罐通过第四管线q4与汽提柱底部相连通；所述汽提柱的底部右通过第五管线q5与出水罐相连通。

22、本发明的第二个目的是提供一种处理兰炭废水的方法，所述方法包括如下步骤：

23、(1)采用上述负压蒸汽汽提系统对兰炭废水进行脱氨处理，制得脱氨兰炭废水和氨酚浓缩液；

24、(2)步骤(1)制得氨酚浓缩液与甲醛、氨水混合，用于制备酚醛树脂；

25、(3)采用上述负压蒸汽汽提系统对步骤(1)制得的脱氨兰炭废水进行脱酚处理，制得脱酚兰炭废水和酚浓缩液；其中酚浓缩液作为副产品产出；

26、(4)步骤(3)制得脱酚兰炭废水经过进一步生物处理，降低水体毒害性，以降低后续处理难度。

27、在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，脱氨处理过程中进水ph调节为8.8-9.8，进水温度为30℃，进水流速为1-5l·h-1；蒸汽用量为0.4-1.2kgh2o·h-1，真空度为-0.08mpa。

28、在本发明的一个实施例中，步骤(3)中，脱酚处理过程中进水ph调节为1-7，进水温度为30℃，进水流速为1-6l·h-1；蒸汽用量为0.2-1.2kgh2o·h-1，真空度为-0.08mpa。

29、在本发明的一个实施例中，负压蒸汽汽提系统在负压环境可使汽提条件降低，所需热源及蒸汽量减少，与常规萃取脱酚相比，处理流程短，处理效果稳定。

30、在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，脱氨处理过程为：

31、采用上述负压蒸汽汽提系统，打开冷凝装置，将去离子水加入蒸汽罐，开启真空泵抽真空至-0.08mpa，加热蒸汽罐使去离子水沸腾并产生蒸汽，通过温度探头观察汽提柱内部温度，在温度恒定后，打开进水阀门并通过进水泵将兰炭废水泵入汽提柱内，蒸汽在负压的作用下从汽提柱顶部吸出，进入冷凝柱内将蒸汽冷凝，最后尾气进入吸收罐内。在运行结束后，关闭真空泵并缓慢打开减压阀，收集脱氨兰炭废水及氨酚浓缩液。

32、在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，处理过程为：

33、控制在每150ml氨酚浓缩液投加2.5-20ml甲醛，0-10ml氨水，70-100℃下反应1-4h，生成高纯度酚醛树脂。酚醛树脂合成过程中少量氨氮和甲醛可在加热下产生六亚甲基四胺，对树脂合成起到增韧效果。

34、在本发明的一个实施例中，步骤(3)中，脱酚处理过程为：

35、采用上述负压蒸汽汽提系统，打开冷凝装置，将去离子水加入蒸汽罐，开启真空泵抽真空至-0.08mpa，加热蒸汽罐使去离子水沸腾并产生蒸汽，通过温度探头观察汽提柱内部温度，在温度恒定后，打开进水阀门并通过进水泵将脱氨兰炭废水泵入汽提柱内，蒸汽在负压的作用下从汽提柱顶部吸出，进入冷凝装置内将蒸汽冷凝，最后尾气进入吸收罐内。运行结束后，关闭真空泵并缓慢打开减压阀，收集脱酚兰炭废水及酚浓缩液。

36、在本发明的一个实施例中，步骤(4)中，处理过程为：

37、生物处理采用mbr反应器装置，其包括好氧池(简称o池)和膜分离池，每个池的有效体积为44升，整系统总体积为88升。溶解氧水平维持在3-5mg·l-1，以聚偏氟乙烯(pvdf)中空纤维膜进行过滤，其有效过滤面积为0.43m2。膜元件的底部配备了射流式曝气系统，提供了溶解氧的同时可通过冲刷作用减轻膜面污染。

38、通过进水泵将兰炭废水尾水打入好氧池内部，每日实时监测溶解氧含量，并通过膜组件的进出水泵速调节功能控制水量。膜组件的抽停比例为9min:1min；膜组件的有效过滤面积为0.43m2；膜组件采用聚偏氟乙烯(pvdf)中空纤维膜进行过滤。

39、本发明有益的技术效果在于：

40、本发明脱氨处理过程中优先利用水体自身碱度，通过负压环境降低汽提温度要求，可在氨氮去除效率良好的同时具有温度要求低和碱量需求小的优点。负压汽提脱氨产生的蒸汽冷凝液可用于制备酚醛树脂。

41、本发明脱氨处理过程碱度消耗导致ph降低，所需投加酸量减少，通过引入负压环境降低汽提脱酚所需的温度要求，可实现脱酚过程的节能减耗。控制进水流速，速度低使得气液接触时间长，氨氮脱除效率高，消耗了大量碱度，造成反应体系偏酸性，进而使得挥发酚更易被转移。

42、本发明工艺流程更短，占地面积更小，运行成本较低，在脱氨步骤，对蒸汽品质要求更低，对蒸汽压力要求更低。且本发明通过利用氨酚分离在不同ph下的特性，产出氨酚浓缩液及酚浓缩液，可将氨酚浓缩液再利用制得高纯度酚醛树脂，而常规工艺中单纯回收氨水产品往往需要在脱氨中投加过量碱使进水ph在12左右，且氨水中易附带少量酚类。