離心母液水處理與PVC顆?；厥展に?/h1>
2013-03-31 03:05李偉剛魏家福靖志國
中國氯堿 2013年2期
李偉剛，魏家福，靖志國
（新疆天業(yè)（集團(tuán)）天能化工有限公司，新疆石河子832000）
新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司（以下簡稱天業(yè)）目前擁有120萬t/a PVC的生產(chǎn)規(guī)模，VCM懸浮聚合生產(chǎn)1 t PVC需消耗去離子水約3.5 t。采取有效措施回收處理去離子水并加以循環(huán)利用，不僅節(jié)能降耗，節(jié)約成本，更是節(jié)約水資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。該公司在國內(nèi)首家采用了斜板式沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器去除離心母液水中PVC顆粒的工藝，不僅成功實現(xiàn)了VCM懸浮聚合生產(chǎn)廢水的處理與回收利用，并且方便、高效地回收了母液水中夾帶的PVC顆粒。
1 VCM聚合生產(chǎn)排水的來源與水質(zhì)
VCM聚合生產(chǎn)排水主要集中在干燥工段，排水來源分為2部分，即PVC離心母液水和引風(fēng)機(jī)出口的洗滌水。離心母液水包括了各類助劑的配制用水、聚合反應(yīng)用水、管道沖洗水及機(jī)封冷卻水等，經(jīng)干燥離心機(jī)分離排出，水量較大；洗滌水是用于回收干燥引風(fēng)機(jī)出口細(xì)小PVC顆粒的洗滌塔噴淋水，水量較小。
離心母液水主要含有少量PVC顆粒及聚合反應(yīng)后殘留的各種助劑，如作為分散劑的PVA和終止劑中的雙酚A等，而硬度和氯根含量則較低。其水質(zhì)情況見表1。
表1 離心母液水的水質(zhì)mg/L
洗滌水的水量不大，但在收集了引風(fēng)機(jī)出口的細(xì)小PVC顆粒后，懸浮物含量較高，達(dá)到500～600mg/L，其水質(zhì)指標(biāo)與深井水相同。
離心母液水與洗滌水最終匯合排出 （后面統(tǒng)稱為離心母液水），懸浮物含量為300～450 mg/L。
2 水處理工藝選擇及運(yùn)行時出現(xiàn)的問題
2.1 工藝選擇
根據(jù)離心母液水的水質(zhì)，該公司選擇了傳統(tǒng)的物理處理與生化處理相結(jié)合的水處理工藝，即通過沉降的方法除去水中的PVC顆粒等懸浮物，再對水中各類助劑產(chǎn)生的COD進(jìn)行生化處理。
2.2 工藝流程和原理
該公司水處理工藝流程示意圖如圖1所示。
由干燥裝置排出的離心母液水通過沉淀池沉降分離PVC顆粒，澄清液由泵輸送至生化處理裝置。離心母液水溫度最高可達(dá)到75℃，不適合微生物的生存，需經(jīng)冷卻塔降溫后再進(jìn)入生化處理單元。溫度適合的離心母液水先進(jìn)入水解酸化池中，由厭氧或兼性厭氧微生物通過水解、發(fā)酵和產(chǎn)酸三個階段，將好氧微生物難降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解的小分子有機(jī)物，提高了廢水的可生化性能，為好氧微生物的進(jìn)一步處理提供了有利條件[1]。經(jīng)厭氧處理后的水進(jìn)入接觸氧化池，接觸氧化池中設(shè)計有曝氣裝置，使池中水體溶解氧維持在2 mg/L以上，有利于好氧微生物的生存與繁殖。離心母液水中絕大部分有機(jī)物會在好氧微生物的作用下氧化分解，再經(jīng)后續(xù)沉淀池的加藥絮凝沉淀，除去水中的懸浮物，最終經(jīng)砂濾罐過濾進(jìn)入中水池，中水池中的水作為循環(huán)冷卻水輸送到用水單位。
2.3 運(yùn)行中出現(xiàn)的問題
該水處理裝置在投入試運(yùn)行3個月后，經(jīng)驗收合格達(dá)標(biāo)，處理后水質(zhì)情況見表2。
表2 處理后的水質(zhì)情況 mg/L
在裝置繼續(xù)運(yùn)行到六七個月時，出水的水質(zhì)開始惡化，懸浮物含量和COD值逐漸上升，甚至超標(biāo)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，生化處理池中沉積了大量的PVC顆粒，使水解酸化池與接觸氧化池有效容積減少，污水在池中的停留和處理時間縮短，最終導(dǎo)致各項指標(biāo)超標(biāo)。
通過對水樣檢測分析，生化處理池中PVC顆粒的粒徑基本都在15 μm以下，在分散劑等助劑的作用下，表面黏度高，粒徑如此小的PVC顆粒很難用沉淀的方法從離心母液水中分離出來，而在進(jìn)入生化處理池后，由于池中填料和活性污泥等物質(zhì)的存在，使PVC顆粒被吸附滯留下來。為保證生化處理裝置的正常運(yùn)行，根據(jù)母液水處理裝置出現(xiàn)的問題及分析結(jié)果采取措施，在生化處理裝置前將PVC顆粒截留。
3 解決問題
3.1 機(jī)械過濾截留PVC顆粒
在沉淀池與冷卻塔之間增加過濾器，用于去除未沉淀的PVC顆粒。過濾器選擇的是帶自動反洗功能的高壓輔助反洗過濾器，共2臺，1開1備，設(shè)備規(guī)格參數(shù)為濾網(wǎng)多層金屬燒結(jié)網(wǎng)；過濾精度10 μm；過濾流量250 m3/h；反洗水量2 m3/h；反洗泵功率0.75 kW。
在運(yùn)行一段時間后，由于母液水中殘留的分散劑等助劑在母液水中形成一些黏稠的膠狀物，堵塞濾網(wǎng)的微孔，自動反洗根本無法清除，必須拆開過濾器進(jìn)行人工清除[2]。夏季環(huán)境溫度高時，清理過濾器的周期為15～20天，在冬季，由于膠狀物越來越多，兩三天就需清理1次過濾器，并且在清理時，易造成內(nèi)部濾網(wǎng)的損壞，根本無法正常運(yùn)行，最終只能廢棄不用。
3.2 新工藝對PVC顆粒的截留和回收
新疆天業(yè)集團(tuán)在國內(nèi)首次采用了斜板沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器對離心母液水中PVC顆粒進(jìn)行回收處理的新工藝，工藝流程簡圖見圖2。
離心母液水和洗滌水進(jìn)入斜板沉淀槽，該槽的最大處理量為250 m3/h，最大SS負(fù)荷為1 000×10-6。沉淀的PVC顆粒自槽底部排出并進(jìn)行收集。經(jīng)斜板沉淀槽沉降后，上層澄清液依靠重力自流進(jìn)入5臺并聯(lián)的氣動連續(xù)式砂濾器，每臺砂濾器處理量為50 m3/h。過濾液由砂濾器底部向上流經(jīng)砂床過濾，從頂部溢流出。由DCS靠壓差控制砂濾器的正常運(yùn)行及反洗過程，過濾后的清液進(jìn)入清液池，由泵輸送至生化處理裝置。此工藝主要的設(shè)備是斜板沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器。
（1）斜板沉淀槽的設(shè)備結(jié)構(gòu)（見圖3）。
離心母液水由進(jìn)口進(jìn)入斜板沉淀槽，由渠道底部分流至斜板組，水中懸浮物借斜板作用滑落，沉積于槽底。槽底部的刮泥板由刮泥機(jī)帶動，將底部槽壁上沉淀的PVC顆粒刮到底部排污口排出，用太空包瀝干收集。澄清液則由溢流水槽底部的開孔溢出從出水口排出槽外。
重力式沉降一直是廢水處理中去除懸浮固體的最佳方法，但是傳統(tǒng)的沉降池存在占地面積大、沉淀效果不佳等問題，而斜板沉淀槽利用流速與流量的控制，使得水中固體物因本身重力大于水流拉力而沿著傾斜板快速沉降于槽體底部，有效克服了傳統(tǒng)沉降池的缺點，具有占地面積小、沉降時間短及可擴(kuò)充處理量等特點，比一般沉淀池處理能力高7～10倍，是一種高效的沉淀處理設(shè)備。
（2）氣動連續(xù)式砂濾器設(shè)備結(jié)構(gòu)（見圖4）。
經(jīng)斜板沉淀槽沉降后的澄清液依靠位差重力從進(jìn)水口自流進(jìn)入氣動連續(xù)式砂濾器，由分水管進(jìn)入砂床的底部，進(jìn)水向上流經(jīng)砂床過濾，砂床為天然結(jié)晶篩選砂，粒徑為0.8～1.6 mm。過濾的母液水到達(dá)槽頂時，經(jīng)溢流堰從出水口流出。在過濾的同時，氣升泵通過壓縮空氣將槽底的污砂向上抽至砂濾器上端的洗砂器中，被少量的過濾水逆流沖洗，污砂洗凈后落入砂床的上表面，依此循環(huán)，污砂則在洗砂器中被洗凈，而洗出的懸浮固體隨著反洗水從反洗水口排出。由于氣升泵和洗砂器的巧妙設(shè)計，使氣動連續(xù)式砂濾器能夠在正常運(yùn)行的同時連續(xù)高效地對污砂進(jìn)行反洗，而不用停機(jī)。
在新裝置投入運(yùn)行后，進(jìn)生化處理裝置前的水質(zhì)得到了明顯改善，懸浮物指標(biāo)由原來經(jīng)沉淀池后的100～150 mg/L，降至20 mg/L以下，使生化處理裝置恢復(fù)了正常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，出水水質(zhì)達(dá)到用水單位的標(biāo)準(zhǔn)要求。
（3）新工藝在運(yùn)行過程出現(xiàn)了一些總是。夏季運(yùn)行時，隨著溫度的升高，在斜板沉淀槽及氣動連續(xù)式砂濾器的水體中出現(xiàn)了大量的泡沫，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致出水指標(biāo)波動較大，進(jìn)而影響到后續(xù)生化處理裝置的運(yùn)行。
通過分析化驗發(fā)現(xiàn)，這種狀況是由于環(huán)境溫度升高，使水體滋生了大量的微生物所致。根據(jù)分析結(jié)果，在進(jìn)斜板沉淀槽前，向離心母液水中連續(xù)滴加次氯酸鈉溶液，加入濃度為5 mg/L。實驗證明，該方法有效解決了由于微生物滋生而產(chǎn)生泡沫的問題，保證了新裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
4 結(jié)語
新疆天業(yè)集團(tuán)使用的去除離心母液水中懸浮物的新工藝全程由DCS控制，自動化程度高，控制系統(tǒng)簡單可靠，便于維護(hù)；運(yùn)行時對溫度和壓力無特殊要求，操作運(yùn)行粗放，要求條件低；反洗使用處理后的清液，不需額外的水源，整個流程靠重力自流，除斜板沉淀槽刮泥機(jī)的電機(jī)功率為1.1 kW外，只需提供少量的壓縮空氣，運(yùn)行費(fèi)用很低。
斜板沉淀槽及氣動連續(xù)式砂濾器工藝的使用，不僅為天業(yè)水處理裝置的穩(wěn)定運(yùn)行及回收利用提供了可靠的前提條件，同時，方便、高效的PVC顆?；厥崭墙档土松a(chǎn)成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
［1］史志偉，張宏超，李開明.PVC離心母液回用新工藝.中國氯堿，2011，（8）：21－23.
［2］袁輝志.PVC離心母液處理及回用技術(shù)進(jìn)展.齊魯石油化工，2008，36（4）：316－319.
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1 VCM聚合生產(chǎn)排水的來源與水質(zhì)
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離心母液水主要含有少量PVC顆粒及聚合反應(yīng)后殘留的各種助劑，如作為分散劑的PVA和終止劑中的雙酚A等，而硬度和氯根含量則較低。其水質(zhì)情況見表1。
表1 離心母液水的水質(zhì)mg/L
洗滌水的水量不大，但在收集了引風(fēng)機(jī)出口的細(xì)小PVC顆粒后，懸浮物含量較高，達(dá)到500～600mg/L，其水質(zhì)指標(biāo)與深井水相同。
離心母液水與洗滌水最終匯合排出 （后面統(tǒng)稱為離心母液水），懸浮物含量為300～450 mg/L。
2 水處理工藝選擇及運(yùn)行時出現(xiàn)的問題
2.1 工藝選擇
根據(jù)離心母液水的水質(zhì)，該公司選擇了傳統(tǒng)的物理處理與生化處理相結(jié)合的水處理工藝，即通過沉降的方法除去水中的PVC顆粒等懸浮物，再對水中各類助劑產(chǎn)生的COD進(jìn)行生化處理。
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由干燥裝置排出的離心母液水通過沉淀池沉降分離PVC顆粒，澄清液由泵輸送至生化處理裝置。離心母液水溫度最高可達(dá)到75℃，不適合微生物的生存，需經(jīng)冷卻塔降溫后再進(jìn)入生化處理單元。溫度適合的離心母液水先進(jìn)入水解酸化池中，由厭氧或兼性厭氧微生物通過水解、發(fā)酵和產(chǎn)酸三個階段，將好氧微生物難降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解的小分子有機(jī)物，提高了廢水的可生化性能，為好氧微生物的進(jìn)一步處理提供了有利條件[1]。經(jīng)厭氧處理后的水進(jìn)入接觸氧化池，接觸氧化池中設(shè)計有曝氣裝置，使池中水體溶解氧維持在2 mg/L以上，有利于好氧微生物的生存與繁殖。離心母液水中絕大部分有機(jī)物會在好氧微生物的作用下氧化分解，再經(jīng)后續(xù)沉淀池的加藥絮凝沉淀，除去水中的懸浮物，最終經(jīng)砂濾罐過濾進(jìn)入中水池，中水池中的水作為循環(huán)冷卻水輸送到用水單位。
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通過對水樣檢測分析，生化處理池中PVC顆粒的粒徑基本都在15 μm以下，在分散劑等助劑的作用下，表面黏度高，粒徑如此小的PVC顆粒很難用沉淀的方法從離心母液水中分離出來，而在進(jìn)入生化處理池后，由于池中填料和活性污泥等物質(zhì)的存在，使PVC顆粒被吸附滯留下來。為保證生化處理裝置的正常運(yùn)行，根據(jù)母液水處理裝置出現(xiàn)的問題及分析結(jié)果采取措施，在生化處理裝置前將PVC顆粒截留。
3 解決問題
3.1 機(jī)械過濾截留PVC顆粒
在沉淀池與冷卻塔之間增加過濾器，用于去除未沉淀的PVC顆粒。過濾器選擇的是帶自動反洗功能的高壓輔助反洗過濾器，共2臺，1開1備，設(shè)備規(guī)格參數(shù)為濾網(wǎng)多層金屬燒結(jié)網(wǎng)；過濾精度10 μm；過濾流量250 m3/h；反洗水量2 m3/h；反洗泵功率0.75 kW。
在運(yùn)行一段時間后，由于母液水中殘留的分散劑等助劑在母液水中形成一些黏稠的膠狀物，堵塞濾網(wǎng)的微孔，自動反洗根本無法清除，必須拆開過濾器進(jìn)行人工清除[2]。夏季環(huán)境溫度高時，清理過濾器的周期為15～20天，在冬季，由于膠狀物越來越多，兩三天就需清理1次過濾器，并且在清理時，易造成內(nèi)部濾網(wǎng)的損壞，根本無法正常運(yùn)行，最終只能廢棄不用。
3.2 新工藝對PVC顆粒的截留和回收
新疆天業(yè)集團(tuán)在國內(nèi)首次采用了斜板沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器對離心母液水中PVC顆粒進(jìn)行回收處理的新工藝，工藝流程簡圖見圖2。
離心母液水和洗滌水進(jìn)入斜板沉淀槽，該槽的最大處理量為250 m3/h，最大SS負(fù)荷為1 000×10-6。沉淀的PVC顆粒自槽底部排出并進(jìn)行收集。經(jīng)斜板沉淀槽沉降后，上層澄清液依靠重力自流進(jìn)入5臺并聯(lián)的氣動連續(xù)式砂濾器，每臺砂濾器處理量為50 m3/h。過濾液由砂濾器底部向上流經(jīng)砂床過濾，從頂部溢流出。由DCS靠壓差控制砂濾器的正常運(yùn)行及反洗過程，過濾后的清液進(jìn)入清液池，由泵輸送至生化處理裝置。此工藝主要的設(shè)備是斜板沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器。
（1）斜板沉淀槽的設(shè)備結(jié)構(gòu)（見圖3）。
離心母液水由進(jìn)口進(jìn)入斜板沉淀槽，由渠道底部分流至斜板組，水中懸浮物借斜板作用滑落，沉積于槽底。槽底部的刮泥板由刮泥機(jī)帶動，將底部槽壁上沉淀的PVC顆粒刮到底部排污口排出，用太空包瀝干收集。澄清液則由溢流水槽底部的開孔溢出從出水口排出槽外。
重力式沉降一直是廢水處理中去除懸浮固體的最佳方法，但是傳統(tǒng)的沉降池存在占地面積大、沉淀效果不佳等問題，而斜板沉淀槽利用流速與流量的控制，使得水中固體物因本身重力大于水流拉力而沿著傾斜板快速沉降于槽體底部，有效克服了傳統(tǒng)沉降池的缺點，具有占地面積小、沉降時間短及可擴(kuò)充處理量等特點，比一般沉淀池處理能力高7～10倍，是一種高效的沉淀處理設(shè)備。
（2）氣動連續(xù)式砂濾器設(shè)備結(jié)構(gòu)（見圖4）。
經(jīng)斜板沉淀槽沉降后的澄清液依靠位差重力從進(jìn)水口自流進(jìn)入氣動連續(xù)式砂濾器，由分水管進(jìn)入砂床的底部，進(jìn)水向上流經(jīng)砂床過濾，砂床為天然結(jié)晶篩選砂，粒徑為0.8～1.6 mm。過濾的母液水到達(dá)槽頂時，經(jīng)溢流堰從出水口流出。在過濾的同時，氣升泵通過壓縮空氣將槽底的污砂向上抽至砂濾器上端的洗砂器中，被少量的過濾水逆流沖洗，污砂洗凈后落入砂床的上表面，依此循環(huán)，污砂則在洗砂器中被洗凈，而洗出的懸浮固體隨著反洗水從反洗水口排出。由于氣升泵和洗砂器的巧妙設(shè)計，使氣動連續(xù)式砂濾器能夠在正常運(yùn)行的同時連續(xù)高效地對污砂進(jìn)行反洗，而不用停機(jī)。
在新裝置投入運(yùn)行后，進(jìn)生化處理裝置前的水質(zhì)得到了明顯改善，懸浮物指標(biāo)由原來經(jīng)沉淀池后的100～150 mg/L，降至20 mg/L以下，使生化處理裝置恢復(fù)了正常穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，出水水質(zhì)達(dá)到用水單位的標(biāo)準(zhǔn)要求。
（3）新工藝在運(yùn)行過程出現(xiàn)了一些總是。夏季運(yùn)行時，隨著溫度的升高，在斜板沉淀槽及氣動連續(xù)式砂濾器的水體中出現(xiàn)了大量的泡沫，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致出水指標(biāo)波動較大，進(jìn)而影響到后續(xù)生化處理裝置的運(yùn)行。
通過分析化驗發(fā)現(xiàn)，這種狀況是由于環(huán)境溫度升高，使水體滋生了大量的微生物所致。根據(jù)分析結(jié)果，在進(jìn)斜板沉淀槽前，向離心母液水中連續(xù)滴加次氯酸鈉溶液，加入濃度為5 mg/L。實驗證明，該方法有效解決了由于微生物滋生而產(chǎn)生泡沫的問題，保證了新裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
4 結(jié)語
新疆天業(yè)集團(tuán)使用的去除離心母液水中懸浮物的新工藝全程由DCS控制，自動化程度高，控制系統(tǒng)簡單可靠，便于維護(hù)；運(yùn)行時對溫度和壓力無特殊要求，操作運(yùn)行粗放，要求條件低；反洗使用處理后的清液，不需額外的水源，整個流程靠重力自流，除斜板沉淀槽刮泥機(jī)的電機(jī)功率為1.1 kW外，只需提供少量的壓縮空氣，運(yùn)行費(fèi)用很低。
斜板沉淀槽及氣動連續(xù)式砂濾器工藝的使用，不僅為天業(yè)水處理裝置的穩(wěn)定運(yùn)行及回收利用提供了可靠的前提條件，同時，方便、高效的PVC顆?；厥崭墙档土松a(chǎn)成本，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
［1］史志偉，張宏超，李開明.PVC離心母液回用新工藝.中國氯堿，2011，（8）：21－23.
［2］袁輝志.PVC離心母液處理及回用技術(shù)進(jìn)展.齊魯石油化工，2008，36（4）：316－319.
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