二氧化碳为工业污水处理增添活力

文/梅塞尔集团中国总部

二氧化碳为工业污水处理增添活力

文/梅塞尔集团中国总部

工业碱性污水的处理现在已悄然从强酸中和向更安全、更环保、更省钱的二氧化碳中和发展。在欧洲，二氧化碳中和工业污水技术已被广泛应用了数十年。德国梅塞尔集团凭籍100多年的气体专有技术，研发出一整套二氧化碳中和工业污水的精细工艺，在欧洲水处理市场广受推崇。印染行业大多是碱性污水。作为企业管理者或技术人员，您是否为污水处理操作人员使用强酸安全的可控性而感到担忧？您是否在花大量人力、物力去解决污水中含盐量的问题？您是否正在想办法提高硫酸根造成的厌氧处理低效率和硫化氢恶臭？您是否在想解决以上问题的同时还不增加企业的运行成本？如今这样的技术已来到中国，为改革中的中国传统企业带来的新活力。

1 二氧化碳中和的原理及优点

许多工业在生产过程中都会产生碱性污水。为了避免对下水管道系统和污水处理厂造成损害，碱性污水必须进行中和。传统工艺使用盐酸或硫酸等无机酸作为中和剂。但是，随着人们对环保、安全的日渐重视和经济上的考虑，使用二氧化碳进行碱性污水的中和已经越来越受到关注。

二氧化碳（CO2）常温下是一种无色无味、不助燃、不可燃的气体，密度比空气大，略溶于水，易溶于碱液，与水反应生成碳酸（H2CO3）。碳酸是一种弱酸，在水中电离出H+、H和，从而起到酸碱中和的作用。

1.1 CO2相比强酸的用量更少

当环境pH值越高时，碳酸电离出的H+越多。在pH＞10.3的情况下，碳酸的两个H+完全电离，此时CO2具有和硫酸相同的中和能力。在pH=8.3的情况下，碳酸电离出一个H+，此时CO2具有和盐酸相同的中和能力。由于CO2的分子量为44，仅为硫酸（分子量为98）的一半不到，且浓度为100%，因此，可以大幅减少酸的用量。CO2的用量可以根据现有的用酸量或污水碱度进行精确计算。下图可见中和1kg NaOH所需的CO2、硫酸和盐酸重量的比较。将污水中和至pH=10.5时，CO2的需求量为硫酸的47%；中和至pH=8.3时，CO2的需求量为硫酸的约90%。因此，待中和污水的初始和目标pH值越高，使用二氧化碳中和的优势就越明显。随着国内人工成本及强酸价格的的增加，二氧化碳在成本上有较强的竞争力。

1.2 平缓的中和曲线

由于碳酸的弱酸特性，其电离出H+的量是由污水的pH值决定的。因此，二氧化碳具有平缓的中和曲线。尤其在pH=6-8的中性阶段，pH值仍然缓慢变化，不会造成使用无机酸经常出现的pH值突变和酸化过度的问题，能实现准确的pH值控制。另外，使用二氧化碳进行中和是有pH下限的，通常适用于目标pH＞7.0的情况。

1.3 更加安全与环保

使用硫酸或盐酸时会对周围设备造成腐蚀，对人员存在安全隐患。而二氧化碳是一种性质稳定的气体，便可以避免此类问题。

使用二氧化碳进行中和不会增加污水中的无机盐的处理负担，无论使用盐酸或硫酸都无法避免水的盐化，盐酸盐、硫酸盐在污水中无法直接排放，为达到排放标准不可避免地要进行二次处理，而二氧化碳产生的碳酸盐则没有这个问题。因此，使用二氧化碳在提高污水排放通行标准和降低基于无机盐浓度的排放费用方面有着绝对优势。

另外，二氧化碳是造成的温室效应的主要气体之一，但其实，二氧化碳还是一种宝贵的碳资源。通过使用二氧化碳进行碱性污水中和的过程，能够将二氧化碳以碳酸盐的形式固化，将其回收、利用，真正做到“减排”，对可持续发展起到促进作用。

2 工艺原理

污水中和工艺中使用的二氧化碳来源于工厂尾气，如气井、合成氨、酒精发酵等。经净化后，纯度达99.5%以上，再经液化，便于运输和储存。二氧化碳中和污水工艺中所使用的二氧化碳即是由液态二氧化碳槽车定期送至低温储槽中储存，通过气化器转化为常温气态二氧化碳，经压力和流量调节装置送往中和系统。

根据用量和现场条件，二氧化碳的投加有多种方式。客户现场可以利用一些现有的设施，如污水管道水池或水泵井等，根据污水特性和现场条件，选择最合适的技术方案，并使用相应的监测及投加设备。这些设备会十分紧凑、经济。

3 梅塞尔二氧化碳中和成功案例介绍

目前，在中国和欧洲已经有大量成功案例。使用梅塞尔二氧化碳技术的公司来自各个行业，用气量从几克每小时到两千公斤每小时不等，包括：食品、饮料和奶制品、化学和制药、建筑、采矿和混凝土工业、炼钢及金属化工、电厂、饮用水生产、废物管理及回收、玻璃制造、纸浆及造纸、纺织及皮革、洗衣店、及其他各个行业。

四川绵阳佳联佳禧印染

佳联佳禧印染位于四川省绵阳市三台县，是中国西南规模最大的专业军用迷彩生产企业。自2014年7月起，佳联佳禧印染开始使用二氧化碳进行污水和回用中水的中和。污水以退浆废水为主，水量为 3000m3/d，pH值在10.5-11.0之间。梅塞尔采用了文丘里管旁路注入的方式，在初

1.4 有利于生化处理

污水中和中最常用的试剂是硫酸。加入硫酸后，水中会含有大量硫酸根离子。在后续的生化处理过程中，硫酸根会抑制厌氧处理池（或水解酸化池）微生物的活性，影响厌氧处理的效果。并且，在厌氧环境中，硫酸根会转化为硫化氢（H2S）气体，产生恶臭和泡沫。

改用二氧化碳进行中和后，硫酸根大幅减少，厌氧处理池或水解酸化池的微生物活性可以得到提高，增加处理系统的整体效率。工艺示意图见下图。沉池与水解酸化池之间的管路中引出一股废水，通过文丘里管注入二氧化碳气体，充分混合后送回管路，将污水pH值降至7.0左右，CO2用量为1.3 ton/d。改为使用CO2中和后，pH值的控制非常稳定，同时由于加入的硫酸根减少，水解酸化池的微生物活性得到了很大的提高，异味和腐蚀问题也有极大改善。

回用的中水主要由锅炉冷凝水和回用软水组成，水量1300m3/d ，pH=8.5左右，水温约45°C，需要调节至pH=5.0-6.0，回用至生产车间。之前用硫酸进行调节，无法精确控制，水质经常不能满足生产车间的要求，需要加入大量药剂，并且还影响产品质量。改用二氧化碳调节后，使用喷嘴和静态混合器加入气态二氧化碳并充分混合，降低中水pH值至5.5左右，CO2用量约为400 kg/d。处理后水质稳定，无需其他处理可直接用于生产，极大的节约了生产成本。

法国罗赛洛明胶

位于法国L'Isle-sur-la-Sorgue的罗塞洛公司，主要生产食品用和照片业用的明胶。该公司使用二氧化碳代替盐酸进行污水中和及钙离子去除已有数年时间。产生污水300 m3/h (7000 m3/day)，缓冲水1000 m3。液态的二氧化碳直接注入缓冲池与沉淀池之间的带压管路中，经过一个锥型容器混合均匀。进水pH为12.4左右，中和后pH值为10.5-11。污水中和所用二氧化碳的量为850 吨/年。

爱沙尼亚Balti发电厂

Balti发电厂位于爱沙尼亚第三大城纳尔瓦。油页岩燃烧后产生的灰通过水力除灰的方式除去，因此产生碱性废水。废水平均碱度为79 mmol/L，需要加入大量盐酸，不仅成本高，还会造成废水中的氯盐含量升高 2800 mg/L，而当地氯盐的排放标准为200 mg/L。同时还有储存和投加量控制方面的问题。

梅塞尔采用了液态CO2从旁路注入的方式，为500 m3/h的废水高效的提供2000 kg CO2/h的大用量。用CO2代替盐酸进行中和后，降低了运行成本，同时由于不会增加水中的含盐量，大大减少了对生态的影响，也避免了排放氯盐带来的费用。

4.梅塞尔公司介绍

梅塞尔集团是世界领先的工业气体集团之一，公司总部坐落在德国法兰克福附近的巴佐登。公司从1898 年开始运作，以气体应用技术开发和发展、增加客户的利益为目的，主要从事工业气体、特种气体、稀有气体等气体产品的生产、销售、运输和应用技术推广，能根据客户的需求提供各种各样的气体供应解决方案。梅塞尔集团在世界各地建有300多处生产装置，并在36个国家建立了分公司。梅塞尔集团在气体生产和高质工业气体的市场营销等方面在世界上享有很高声誉，并同时提供生产设备和满足用户需求的应用技术专业解决方案，业务覆盖汽车、建筑行业、生产和制造业、食品和饮料、冶金、钢铁、医疗、焊接、化学和水处理等领域。梅塞尔在水处理行业拥有多项专利技术。所提供的全面气体管理模式包含了供气、工艺设计、设备、操作和服务等方面的内容。

梅塞尔集团于1995年进驻中国市场，总部设在上海。迄今为止，梅塞尔集团在中国立了10家独资企业和15家合资企业，其成功的运作丰富了公司在中国的经验。公司在中国总投资额近10亿美元，空气分离设备数达31套，有2000多名员工，公司业务主要覆盖西南、华南和华东地区。梅塞尔在中国的二氧化碳公司，四川美丰梅塞尔气体产品有限公司产能达到10万吨，梅塞尔气体产品（南京）有限公司产能15万吨，云南云天化梅塞尔气体产品有限公司一期产能5万吨。梅塞尔对中国市场的长期承诺和员工的不懈努力，使其完全有能力为客户度身定制出各种解决方案。中国已日趋成为梅塞尔集团最重要也是发展最快的地区之一。梅塞尔将不断加强对中国市场的关注，并努力将其世界级的专业技能和科学技术有效地应用到中国，梅塞尔中国团队将继续追求卓越运营，将最优质的产品和服务呈现给广大客户。

（如果您对以上内容感兴趣，欢迎联系梅塞尔集团中国总部高洁julia.gao@messer.com.cn ;季承cheng.ji@ messer.com.cn，联系方式：021-23126666转5043）