煤化工廢水零排放技術的問題與展望論文

煤化工廢水零排放技術的問題與展望論文

　　1 煤化工廢水來源及特點

　　1.1 煤化工廢水來源

　　煤化工廢水可分為兩類：有機廢水和含鹽廢水[1].有機廢水主要來源于煤氣化工藝廢水及裝置的生活污水等，其特點是含鹽量 TDS 較低，但有機物含量較高，污染物以 COD和氨氮為主。有機廢水的水質差異主要取決于項目采用的煤氣化工藝。含鹽廢水主要來源于循環水排污、除鹽水站排污、鍋爐排污和化學清洗排污等，其特點是含鹽量 TDS 較高，而 COD 和氨氮濃度較低。

　　因此要按照分質處理的原則，針對各類廢水的不同性質采用適當的處理工藝，將生產過程中產生的廢水進行分類處理，使處理后的再生水能夠達到回用的水質指標。典型處理流程見下圖：

　　1.2 高含鹽廢水特點

　　回用水處理站產生的引高含鹽廢水含鹽量高，TDS 總量約20000 ppm,甚至高達 60000 ppm;有機物含量高，難以生化降解，有機物可能起溶液起泡，甚至影響鹽結晶；同時鈣、鎂、硅等離子含量較高，導致溶液污垢系數增加，結垢傾向增大。

　　2 煤化工廢水零排放技術現狀

　　煤化工產生的高含鹽廢水實現零排放的方式主要有兩種：

　　蒸發 + 蒸發塘工藝、蒸發結晶工藝。

　　2.1 蒸發 + 蒸發塘工藝

　　通過蒸發先將含鹽廢水濃縮到 TDS 約 150000~200000ppm,再送至蒸發塘進行自然蒸發。該工藝的運行實例有神華鄂爾多斯煤直接液化項目的零排放裝置。

　　該工藝的缺點為：

　　蒸發塘具有一定的地域局限性，只適合建設于年平均蒸發量為降雨量 3~5 倍以上的區域[1].受氣候條件限制，西北地區冬季氣溫低，廢水自然蒸發量極小，無法滿足蒸發處理量要求；蒸發塘工藝沒有真正實現零排放，不能完全滿足環保要求；蒸發塘建設投資高，占地面積大，噸水占地約 1 萬平方米；送至蒸發塘的水靠自然蒸發到大氣中，無法回收，造成水資源浪費；蒸發塘內析出的固體鹽需要定期清理，只能全部作為固廢處理，增加了廢水處理成本。

　　2.2 蒸發結晶工藝

　　蒸發結晶法處理含鹽廢水是通過蒸發濃縮，使廢水中具有結晶傾向的溶質濃度達到過飽和狀態，形成許多微小的晶核，晶核長大形成晶體析出，再進行固液分離獲得固態結晶體；含鹽廢水中的水份吸熱后汽化形成二次蒸汽，二次蒸汽經冷凝獲得產品水，從而實現含鹽廢水中鹽與水的分離。該工藝的運行實例有中煤鄂爾多斯能源圖克化肥項目的零排放裝置。

　　蒸發結晶工藝與傳統脫鹽工藝如反滲透、電滲析、離子交換相比，處理成本較高，但脫鹽率最高，且對進水鹽分含量無限制。蒸發結晶工藝通常用于全廠水系統的末端，使無法采用傳統工藝進行處理的濃鹽水達到零排放的要求。

　　3 蒸發結晶技術

　　由于結晶系統的設備造價和運行費用都比蒸發系統高，通常將蒸發系統作為結晶系統的預濃縮手段，以降低裝置的整體建設投資和運行費用。

　　3.1 蒸發

　　3.1.1 蒸發系統的驅動方式

　　根據蒸發熱源的不同，可以將蒸發系統分為兩類，包括蒸汽直接驅動的單效或多效蒸發和電能驅動的機械蒸汽壓縮再循環（MVC）蒸發。

　　（1）多效蒸發

　　蒸發系統的第一效采用新鮮蒸汽直接驅動，第一效蒸發器中鹽水蒸發產生的蒸汽用作第二效蒸發器的熱源，末效蒸發器產生的二次蒸汽需要采用循環水冷卻或空冷后作為產品水回用。

　　多 效 蒸 發操作較繁瑣，雖然建設投資較MVC 蒸發稍低，但由于蒸汽價格遠高于電費，系統運行費用高。 對 于 工 廠有富裕蒸汽或其 他 廢 熱， 可以采用此工藝。

　�。�2）機械蒸汽壓縮再循環（MVC）蒸發

　　蒸發器換熱管內鹽水蒸發產生的二次蒸汽經過壓縮機升溫升壓后，送回蒸發器的加熱室，作為鹽水蒸發的熱源。蒸發系統通過電能驅動，正常操作時無需外供蒸汽。與外供蒸汽直接驅動的蒸發系統相比，MVC 系統能夠獲得更高的熱效率。相比于多效蒸發系統，MVC 技術的應用可以簡化工藝流程和操作，并大幅降低運行費用。蒸發系統鹽水的沸點升高值（BPR）不大，蒸汽壓縮機通常可以選用離心風機，相比離心壓縮機投資較低。

　　3.1.2 蒸發器的結構形式

　　蒸發器是一種特殊的傳熱設備，在結構上除設有用于熱量交換的加熱室、用于汽液分離的鹽水槽，此外，為了使蒸汽和液沫能有效地分離，還設有除沫器。

　　根據溶液在蒸發器中流動的情況，常用的蒸發器形式有垂直降膜蒸發器和強制循環蒸發器。

　�。�1）垂直降膜蒸發

　　原料液由加熱室的頂部加入，溶液在重力的作用下沿管內壁呈膜狀下流，并被蒸發濃縮。降膜蒸發器可以蒸發濃度較高的溶液，也適用于黏度較大的物料，但對于易結晶的溶液不適用[2].降膜蒸發器的蒸發速度快，溶液在蒸發器內停留時間短，傳熱效率較強制循環蒸發大，設備造價較強制循環蒸發器低。

　　2）強制循環蒸發強制循環蒸發器的溶液循環速度較高，適宜處理黏度大、易結垢及有大量結晶析出的溶液。它是利用外加動力（循環泵）使溶液沿一定方向作高速循環流動，其循環速度在 2.5 m/s 以上，動力消耗較大[3].

　　3. 2 結晶

　　由于結晶系統的濃鹽水中有結垢和晶體析出，一般選用強制循環結晶工藝。結晶系統包括閃蒸罐、循環泵、加熱器、離心脫水機或板框壓濾機等基本設備。

　　結晶系統也可以選用蒸汽直接驅動或電能驅動方式。由于結晶系統的鹽水濃度更高，溶液的沸點升高值（BPR）大，如選用 MVC 結晶，蒸汽壓縮機必須選用離心式壓縮機，設備投資較大。

　　4 零排放技術存在的問題及發展

　　4.1 零排放技術存在的問題

　　由于高含鹽廢水中鈣、鎂、硅、氯離子含量較高，零排放裝置普遍存在蒸發器結垢及設備腐蝕等問題[3].同時由于有機物含量高，導致蒸發產水水質達不到設計指標。結晶系統中通過離心脫水機或板框壓濾機分離出的固體鹽為雜鹽，成分復雜，只能作為固體廢棄物進行填埋處理，雜鹽的處理費用高于 2000 元 / 噸。高昂的結晶鹽處理費用限制了零排放技術的推廣應用。

　　縱觀國內已建成運行的零排放裝置，在經過不斷的摸索和經驗積累后，廢水零排放完全可以實現，但在實踐操作時，由于主工藝裝置不穩定運行，會對零排放的可靠性產生影響。

　　4.2 零排放技術的發展

　　為降低煤化工含鹽廢水零排放的投資成本和運行費用，對前端膜處理技術提出更高的要求，高效反滲透、震動膜、正滲透、電滲析等技術將會被更多的企業所關注和應用。雜鹽資源化利用技術的開發迫在眉睫。通過鹽的分離提取，得到較純的單鹽，可以外銷作為其他行業的原料，既減少了固體鹽填埋對環境造成的二次污染風險，又降低了結晶系統的運行費用。

　　通過對現有零排放裝置的運行實踐進行總結，零排放工藝技術會逐漸得到優化，新型耐腐蝕材料、蒸發結晶設備也會被研發和應用。隨著《水污染防治行動計劃》的出臺，國家將對污水處理、工業廢水、全面控制污染物排放等多方面進行強力監管并啟動嚴格問責制，這意味著鐵腕治污將進入“新常態”,廢水零排放也必然成為發展趨勢。（圖略）

　　參考文獻：

　　[1] 曲風臣 . 煤化工廢水零排放技術要點及存在問題 [J]. 化學工業 ,2013,31（2）：18-23.

　　[2] 柴誠敬 , 張國亮 . 化工流體流動與傳熱 [M]. 北京 : 化學工業出版社 ,2007.

　　[3]韓忠明，潘勇延�，F代煤化工企業的廢水處理技術及應用分析[J].化學工業與工程技術 ,2013,34（6）：28-32.

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