二氧化碳為工業(yè)污水處理增添活力

文/梅塞爾集團(tuán)中國總部

二氧化碳為工業(yè)污水處理增添活力

文/梅塞爾集團(tuán)中國總部

工業(yè)堿性污水的處理現(xiàn)在已悄然從強(qiáng)酸中和向更安全、更環(huán)保、更省錢的二氧化碳中和發(fā)展。在歐洲，二氧化碳中和工業(yè)污水技術(shù)已被廣泛應(yīng)用了數(shù)十年。德國梅塞爾集團(tuán)憑籍100多年的氣體專有技術(shù)，研發(fā)出一整套二氧化碳中和工業(yè)污水的精細(xì)工藝，在歐洲水處理市場(chǎng)廣受推崇。印染行業(yè)大多是堿性污水。作為企業(yè)管理者或技術(shù)人員，您是否為污水處理操作人員使用強(qiáng)酸安全的可控性而感到擔(dān)憂？您是否在花大量人力、物力去解決污水中含鹽量的問題？您是否正在想辦法提高硫酸根造成的厭氧處理低效率和硫化氫惡臭？您是否在想解決以上問題的同時(shí)還不增加企業(yè)的運(yùn)行成本？如今這樣的技術(shù)已來到中國，為改革中的中國傳統(tǒng)企業(yè)帶來的新活力。

1 二氧化碳中和的原理及優(yōu)點(diǎn)

許多工業(yè)在生產(chǎn)過程中都會(huì)產(chǎn)生堿性污水。為了避免對(duì)下水管道系統(tǒng)和污水處理廠造成損害，堿性污水必須進(jìn)行中和。傳統(tǒng)工藝使用鹽酸或硫酸等無機(jī)酸作為中和劑。但是，隨著人們對(duì)環(huán)保、安全的日漸重視和經(jīng)濟(jì)上的考慮，使用二氧化碳進(jìn)行堿性污水的中和已經(jīng)越來越受到關(guān)注。

二氧化碳（CO2）常溫下是一種無色無味、不助燃、不可燃的氣體，密度比空氣大，略溶于水，易溶于堿液，與水反應(yīng)生成碳酸（H2CO3）。碳酸是一種弱酸，在水中電離出H+、H和，從而起到酸堿中和的作用。

1.1 CO2相比強(qiáng)酸的用量更少

當(dāng)環(huán)境pH值越高時(shí)，碳酸電離出的H+越多。在pH＞10.3的情況下，碳酸的兩個(gè)H+完全電離，此時(shí)CO2具有和硫酸相同的中和能力。在pH=8.3的情況下，碳酸電離出一個(gè)H+，此時(shí)CO2具有和鹽酸相同的中和能力。由于CO2的分子量為44，僅為硫酸（分子量為98）的一半不到，且濃度為100%，因此，可以大幅減少酸的用量。CO2的用量可以根據(jù)現(xiàn)有的用酸量或污水堿度進(jìn)行精確計(jì)算。下圖可見中和1kg NaOH所需的CO2、硫酸和鹽酸重量的比較。將污水中和至pH=10.5時(shí)，CO2的需求量為硫酸的47%；中和至pH=8.3時(shí)，CO2的需求量為硫酸的約90%。因此，待中和污水的初始和目標(biāo)pH值越高，使用二氧化碳中和的優(yōu)勢(shì)就越明顯。隨著國內(nèi)人工成本及強(qiáng)酸價(jià)格的的增加，二氧化碳在成本上有較強(qiáng)的競爭力。

1.2 平緩的中和曲線

由于碳酸的弱酸特性，其電離出H+的量是由污水的pH值決定的。因此，二氧化碳具有平緩的中和曲線。尤其在pH=6-8的中性階段，pH值仍然緩慢變化，不會(huì)造成使用無機(jī)酸經(jīng)常出現(xiàn)的pH值突變和酸化過度的問題，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的pH值控制。另外，使用二氧化碳進(jìn)行中和是有pH下限的，通常適用于目標(biāo)pH＞7.0的情況。

1.3 更加安全與環(huán)保

使用硫酸或鹽酸時(shí)會(huì)對(duì)周圍設(shè)備造成腐蝕，對(duì)人員存在安全隱患。而二氧化碳是一種性質(zhì)穩(wěn)定的氣體，便可以避免此類問題。

使用二氧化碳進(jìn)行中和不會(huì)增加污水中的無機(jī)鹽的處理負(fù)擔(dān)，無論使用鹽酸或硫酸都無法避免水的鹽化，鹽酸鹽、硫酸鹽在污水中無法直接排放，為達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)不可避免地要進(jìn)行二次處理，而二氧化碳產(chǎn)生的碳酸鹽則沒有這個(gè)問題。因此，使用二氧化碳在提高污水排放通行標(biāo)準(zhǔn)和降低基于無機(jī)鹽濃度的排放費(fèi)用方面有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

另外，二氧化碳是造成的溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w之一，但其實(shí)，二氧化碳還是一種寶貴的碳資源。通過使用二氧化碳進(jìn)行堿性污水中和的過程，能夠?qū)⒍趸家蕴妓猁}的形式固化，將其回收、利用，真正做到“減排”，對(duì)可持續(xù)發(fā)展起到促進(jìn)作用。

2 工藝原理

污水中和工藝中使用的二氧化碳來源于工廠尾氣，如氣井、合成氨、酒精發(fā)酵等。經(jīng)凈化后，純度達(dá)99.5%以上，再經(jīng)液化，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。二氧化碳中和污水工藝中所使用的二氧化碳即是由液態(tài)二氧化碳槽車定期送至低溫儲(chǔ)槽中儲(chǔ)存，通過氣化器轉(zhuǎn)化為常溫氣態(tài)二氧化碳，經(jīng)壓力和流量調(diào)節(jié)裝置送往中和系統(tǒng)。

根據(jù)用量和現(xiàn)場(chǎng)條件，二氧化碳的投加有多種方式?？蛻衄F(xiàn)場(chǎng)可以利用一些現(xiàn)有的設(shè)施，如污水管道水池或水泵井等，根據(jù)污水特性和現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇最合適的技術(shù)方案，并使用相應(yīng)的監(jiān)測(cè)及投加設(shè)備。這些設(shè)備會(huì)十分緊湊、經(jīng)濟(jì)。

3 梅塞爾二氧化碳中和成功案例介紹

目前，在中國和歐洲已經(jīng)有大量成功案例。使用梅塞爾二氧化碳技術(shù)的公司來自各個(gè)行業(yè)，用氣量從幾克每小時(shí)到兩千公斤每小時(shí)不等，包括：食品、飲料和奶制品、化學(xué)和制藥、建筑、采礦和混凝土工業(yè)、煉鋼及金屬化工、電廠、飲用水生產(chǎn)、廢物管理及回收、玻璃制造、紙漿及造紙、紡織及皮革、洗衣店、及其他各個(gè)行業(yè)。

四川綿陽佳聯(lián)佳禧印染

佳聯(lián)佳禧印染位于四川省綿陽市三臺(tái)縣，是中國西南規(guī)模最大的專業(yè)軍用迷彩生產(chǎn)企業(yè)。自2014年7月起，佳聯(lián)佳禧印染開始使用二氧化碳進(jìn)行污水和回用中水的中和。污水以退漿廢水為主，水量為 3000m3/d，pH值在10.5-11.0之間。梅塞爾采用了文丘里管旁路注入的方式，在初

1.4 有利于生化處理

污水中和中最常用的試劑是硫酸。加入硫酸后，水中會(huì)含有大量硫酸根離子。在后續(xù)的生化處理過程中，硫酸根會(huì)抑制厭氧處理池（或水解酸化池）微生物的活性，影響厭氧處理的效果。并且，在厭氧環(huán)境中，硫酸根會(huì)轉(zhuǎn)化為硫化氫（H2S）氣體，產(chǎn)生惡臭和泡沫。

改用二氧化碳進(jìn)行中和后，硫酸根大幅減少，厭氧處理池或水解酸化池的微生物活性可以得到提高，增加處理系統(tǒng)的整體效率。工藝示意圖見下圖。沉池與水解酸化池之間的管路中引出一股廢水，通過文丘里管注入二氧化碳?xì)怏w，充分混合后送回管路，將污水pH值降至7.0左右，CO2用量為1.3 ton/d。改為使用CO2中和后，pH值的控制非常穩(wěn)定，同時(shí)由于加入的硫酸根減少，水解酸化池的微生物活性得到了很大的提高，異味和腐蝕問題也有極大改善。

回用的中水主要由鍋爐冷凝水和回用軟水組成，水量1300m3/d ，pH=8.5左右，水溫約45°C，需要調(diào)節(jié)至pH=5.0-6.0，回用至生產(chǎn)車間。之前用硫酸進(jìn)行調(diào)節(jié)，無法精確控制，水質(zhì)經(jīng)常不能滿足生產(chǎn)車間的要求，需要加入大量藥劑，并且還影響產(chǎn)品質(zhì)量。改用二氧化碳調(diào)節(jié)后，使用噴嘴和靜態(tài)混合器加入氣態(tài)二氧化碳并充分混合，降低中水pH值至5.5左右，CO2用量約為400 kg/d。處理后水質(zhì)穩(wěn)定，無需其他處理可直接用于生產(chǎn)，極大的節(jié)約了生產(chǎn)成本。

法國羅賽洛明膠

位于法國L'Isle-sur-la-Sorgue的羅塞洛公司，主要生產(chǎn)食品用和照片業(yè)用的明膠。該公司使用二氧化碳代替鹽酸進(jìn)行污水中和及鈣離子去除已有數(shù)年時(shí)間。產(chǎn)生污水300 m3/h (7000 m3/day)，緩沖水1000 m3。液態(tài)的二氧化碳直接注入緩沖池與沉淀池之間的帶壓管路中，經(jīng)過一個(gè)錐型容器混合均勻。進(jìn)水pH為12.4左右，中和后pH值為10.5-11。污水中和所用二氧化碳的量為850 噸/年。

愛沙尼亞Balti發(fā)電廠

Balti發(fā)電廠位于愛沙尼亞第三大城納爾瓦。油頁巖燃燒后產(chǎn)生的灰通過水力除灰的方式除去，因此產(chǎn)生堿性廢水。廢水平均堿度為79 mmol/L，需要加入大量鹽酸，不僅成本高，還會(huì)造成廢水中的氯鹽含量升高 2800 mg/L，而當(dāng)?shù)芈塞}的排放標(biāo)準(zhǔn)為200 mg/L。同時(shí)還有儲(chǔ)存和投加量控制方面的問題。

梅塞爾采用了液態(tài)CO2從旁路注入的方式，為500 m3/h的廢水高效的提供2000 kg CO2/h的大用量。用CO2代替鹽酸進(jìn)行中和后，降低了運(yùn)行成本，同時(shí)由于不會(huì)增加水中的含鹽量，大大減少了對(duì)生態(tài)的影響，也避免了排放氯鹽帶來的費(fèi)用。

4.梅塞爾公司介紹

梅塞爾集團(tuán)是世界領(lǐng)先的工業(yè)氣體集團(tuán)之一，公司總部坐落在德國法蘭克福附近的巴佐登。公司從1898 年開始運(yùn)作，以氣體應(yīng)用技術(shù)開發(fā)和發(fā)展、增加客戶的利益為目的，主要從事工業(yè)氣體、特種氣體、稀有氣體等氣體產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸和應(yīng)用技術(shù)推廣，能根據(jù)客戶的需求提供各種各樣的氣體供應(yīng)解決方案。梅塞爾集團(tuán)在世界各地建有300多處生產(chǎn)裝置，并在36個(gè)國家建立了分公司。梅塞爾集團(tuán)在氣體生產(chǎn)和高質(zhì)工業(yè)氣體的市場(chǎng)營銷等方面在世界上享有很高聲譽(yù)，并同時(shí)提供生產(chǎn)設(shè)備和滿足用戶需求的應(yīng)用技術(shù)專業(yè)解決方案，業(yè)務(wù)覆蓋汽車、建筑行業(yè)、生產(chǎn)和制造業(yè)、食品和飲料、冶金、鋼鐵、醫(yī)療、焊接、化學(xué)和水處理等領(lǐng)域。梅塞爾在水處理行業(yè)擁有多項(xiàng)專利技術(shù)。所提供的全面氣體管理模式包含了供氣、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備、操作和服務(wù)等方面的內(nèi)容。

梅塞爾集團(tuán)于1995年進(jìn)駐中國市場(chǎng)，總部設(shè)在上海。迄今為止，梅塞爾集團(tuán)在中國立了10家獨(dú)資企業(yè)和15家合資企業(yè)，其成功的運(yùn)作豐富了公司在中國的經(jīng)驗(yàn)。公司在中國總投資額近10億美元，空氣分離設(shè)備數(shù)達(dá)31套，有2000多名員工，公司業(yè)務(wù)主要覆蓋西南、華南和華東地區(qū)。梅塞爾在中國的二氧化碳公司，四川美豐梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司產(chǎn)能達(dá)到10萬噸，梅塞爾氣體產(chǎn)品（南京）有限公司產(chǎn)能15萬噸，云南云天化梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司一期產(chǎn)能5萬噸。梅塞爾對(duì)中國市場(chǎng)的長期承諾和員工的不懈努力，使其完全有能力為客戶度身定制出各種解決方案。中國已日趨成為梅塞爾集團(tuán)最重要也是發(fā)展最快的地區(qū)之一。梅塞爾將不斷加強(qiáng)對(duì)中國市場(chǎng)的關(guān)注，并努力將其世界級(jí)的專業(yè)技能和科學(xué)技術(shù)有效地應(yīng)用到中國，梅塞爾中國團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)追求卓越運(yùn)營，將最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)呈現(xiàn)給廣大客戶。

（如果您對(duì)以上內(nèi)容感興趣，歡迎聯(lián)系梅塞爾集團(tuán)中國總部高潔julia.gao@messer.com.cn ;季承cheng.ji@ messer.com.cn，聯(lián)系方式：021-23126666轉(zhuǎn)5043）