離心母液水處理與PVC顆?；厥展に?/h1>
2013-03-31 03:05:16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）天能化工有限公司，新疆石河子832000）
新疆天業(yè)（集團）有限公司（以下簡稱天業(yè)）目前擁有120萬t/a PVC的生產規(guī)模，VCM懸浮聚合生產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，保護生態(tài)環(huán)境，實現可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。該公司在國內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，不僅成功實現了VCM懸浮聚合生產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聚合生產排水的來源與水質
VCM聚合生產排水主要集中在干燥工段，排水來源分為2部分，即PVC離心母液水和引風機出口的洗滌水。離心母液水包括了各類助劑的配制用水、聚合反應用水、管道沖洗水及機封冷卻水等，經干燥離心機分離排出，水量較大；洗滌水是用于回收干燥引風機出口細小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。其水質情況見表1。
表1 離心母液水的水質mg/L
洗滌水的水量不大，但在收集了引風機出口的細小PVC顆粒后，懸浮物含量較高，達到500～600mg/L，其水質指標與深井水相同。
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行時出現的問題
2.1 工藝選擇
根據離心母液水的水質，該公司選擇了傳統(tǒng)的物理處理與生化處理相結合的水處理工藝，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生的COD進行生化處理。
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到75℃，不適合微生物的生存，需經冷卻塔降溫后再進入生化處理單元。溫度適合的離心母液水先進入水解酸化池中，由厭氧或兼性厭氧微生物通過水解、發(fā)酵和產酸三個階段，將好氧微生物難降解的大分子有機物轉化為易降解的小分子有機物，提高了廢水的可生化性能，為好氧微生物的進一步處理提供了有利條件[1]。經厭氧處理后的水進入接觸氧化池，接觸氧化池中設計有曝氣裝置，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物會在好氧微生物的作用下氧化分解，再經后續(xù)沉淀池的加藥絮凝沉淀，除去水中的懸浮物，最終經砂濾罐過濾進入中水池，中水池中的水作為循環(huán)冷卻水輸送到用水單位。
2.3 運行中出現的問題
該水處理裝置在投入試運行3個月后，經驗收合格達標，處理后水質情況見表2。
表2 處理后的水質情況 mg/L
在裝置繼續(xù)運行到六七個月時，出水的水質開始惡化，懸浮物含量和COD值逐漸上升，甚至超標。經檢查發(fā)現，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，最終導致各項指標超標。
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，而在進入生化處理池后，由于池中填料和活性污泥等物質的存在，使PVC顆粒被吸附滯留下來。為保證生化處理裝置的正常運行，根據母液水處理裝置出現的問題及分析結果采取措施，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，設備規(guī)格參數為濾網多層金屬燒結網；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，堵塞濾網的微孔，自動反洗根本無法清除，必須拆開過濾器進行人工清除[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，易造成內部濾網的損壞，根本無法正常運行，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)集團在國內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入斜板沉淀槽，該槽的最大處理量為250 m3/h，最大SS負荷為1 000×10-6。沉淀的PVC顆粒自槽底部排出并進行收集。經斜板沉淀槽沉降后，上層澄清液依靠重力自流進入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砂床過濾，從頂部溢流出。由DCS靠壓差控制砂濾器的正常運行及反洗過程，過濾后的清液進入清液池，由泵輸送至生化處理裝置。此工藝主要的設備是斜板沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器。
（1）斜板沉淀槽的設備結構（見圖3）。
離心母液水由進口進入斜板沉淀槽，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備。
（2）氣動連續(xù)式砂濾器設備結構（見圖4）。
經斜板沉淀槽沉降后的澄清液依靠位差重力從進水口自流進入氣動連續(xù)式砂濾器，由分水管進入砂床的底部，進水向上流經砂床過濾，砂床為天然結晶篩選砂，粒徑為0.8～1.6 mm。過濾的母液水到達槽頂時，經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計，使氣動連續(xù)式砂濾器能夠在正常運行的同時連續(xù)高效地對污砂進行反洗，而不用停機。
在新裝置投入運行后，進生化處理裝置前的水質得到了明顯改善，懸浮物指標由原來經沉淀池后的100～150 mg/L，降至20 mg/L以下，使生化處理裝置恢復了正常穩(wěn)定的運行狀態(tài)，出水水質達到用水單位的標準要求。
（3）新工藝在運行過程出現了一些總是。夏季運行時，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了大量的泡沫，嚴重影響了設備的正常運行，導致出水指標波動較大，進而影響到后續(xù)生化處理裝置的運行。
通過分析化驗發(fā)現，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。根據分析結果，在進斜板沉淀槽前，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生泡沫的問題，保證了新裝置的穩(wěn)定運行。
4 結語
新疆天業(yè)集團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；運行時對溫度和壓力無特殊要求，操作運行粗放，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的電機功率為1.1 kW外，只需提供少量的壓縮空氣，運行費用很低。
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顆粒回收更是降低了生產成本，取得了顯著的經濟和社會效益。
［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進展.齊魯石油化工，2008，36（4）：316－319.
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1 VCM聚合生產排水的來源與水質
VCM聚合生產排水主要集中在干燥工段，排水來源分為2部分，即PVC離心母液水和引風機出口的洗滌水。離心母液水包括了各類助劑的配制用水、聚合反應用水、管道沖洗水及機封冷卻水等，經干燥離心機分離排出，水量較大；洗滌水是用于回收干燥引風機出口細小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。其水質情況見表1。
表1 離心母液水的水質mg/L
洗滌水的水量不大，但在收集了引風機出口的細小PVC顆粒后，懸浮物含量較高，達到500～600mg/L，其水質指標與深井水相同。
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行時出現的問題
2.1 工藝選擇
根據離心母液水的水質，該公司選擇了傳統(tǒng)的物理處理與生化處理相結合的水處理工藝，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生的COD進行生化處理。
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到75℃，不適合微生物的生存，需經冷卻塔降溫后再進入生化處理單元。溫度適合的離心母液水先進入水解酸化池中，由厭氧或兼性厭氧微生物通過水解、發(fā)酵和產酸三個階段，將好氧微生物難降解的大分子有機物轉化為易降解的小分子有機物，提高了廢水的可生化性能，為好氧微生物的進一步處理提供了有利條件[1]。經厭氧處理后的水進入接觸氧化池，接觸氧化池中設計有曝氣裝置，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物會在好氧微生物的作用下氧化分解，再經后續(xù)沉淀池的加藥絮凝沉淀，除去水中的懸浮物，最終經砂濾罐過濾進入中水池，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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該水處理裝置在投入試運行3個月后，經驗收合格達標，處理后水質情況見表2。
表2 處理后的水質情況 mg/L
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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，而在進入生化處理池后，由于池中填料和活性污泥等物質的存在，使PVC顆粒被吸附滯留下來。為保證生化處理裝置的正常運行，根據母液水處理裝置出現的問題及分析結果采取措施，在生化處理裝置前將PVC顆粒截留。
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在運行一段時間后，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，堵塞濾網的微孔，自動反洗根本無法清除，必須拆開過濾器進行人工清除[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，易造成內部濾網的損壞，根本無法正常運行，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)集團在國內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入斜板沉淀槽，該槽的最大處理量為250 m3/h，最大SS負荷為1 000×10-6。沉淀的PVC顆粒自槽底部排出并進行收集。經斜板沉淀槽沉降后，上層澄清液依靠重力自流進入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砂床過濾，從頂部溢流出。由DCS靠壓差控制砂濾器的正常運行及反洗過程，過濾后的清液進入清液池，由泵輸送至生化處理裝置。此工藝主要的設備是斜板沉淀槽和氣動連續(xù)式砂濾器。
（1）斜板沉淀槽的設備結構（見圖3）。
離心母液水由進口進入斜板沉淀槽，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備。
（2）氣動連續(xù)式砂濾器設備結構（見圖4）。
經斜板沉淀槽沉降后的澄清液依靠位差重力從進水口自流進入氣動連續(xù)式砂濾器，由分水管進入砂床的底部，進水向上流經砂床過濾，砂床為天然結晶篩選砂，粒徑為0.8～1.6 mm。過濾的母液水到達槽頂時，經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計，使氣動連續(xù)式砂濾器能夠在正常運行的同時連續(xù)高效地對污砂進行反洗，而不用停機。
在新裝置投入運行后，進生化處理裝置前的水質得到了明顯改善，懸浮物指標由原來經沉淀池后的100～150 mg/L，降至20 mg/L以下，使生化處理裝置恢復了正常穩(wěn)定的運行狀態(tài)，出水水質達到用水單位的標準要求。
（3）新工藝在運行過程出現了一些總是。夏季運行時，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了大量的泡沫，嚴重影響了設備的正常運行，導致出水指標波動較大，進而影響到后續(xù)生化處理裝置的運行。
通過分析化驗發(fā)現，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。根據分析結果，在進斜板沉淀槽前，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生泡沫的問題，保證了新裝置的穩(wěn)定運行。
4 結語
新疆天業(yè)集團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；運行時對溫度和壓力無特殊要求，操作運行粗放，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的電機功率為1.1 kW外，只需提供少量的壓縮空氣，運行費用很低。
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顆粒回收更是降低了生產成本，取得了顯著的經濟和社會效益。
［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.
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