零排放技術(shù)在煤化工污水處理中的應(yīng)用展望

摘要：零排放技術(shù)在煤化工行業(yè)，特別是國(guó)外的相關(guān)行業(yè)中應(yīng)用相對(duì)較多。本文針對(duì)我國(guó)西北地區(qū)嚴(yán)重缺水且大多數(shù)企業(yè)沒(méi)有納污水體的特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述介紹了利用蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行升溫、加壓和蒸汽循環(huán)的降膜晶種蒸發(fā)結(jié)晶工藝和臥式噴淋降膜蒸發(fā)結(jié)晶工藝，以及反滲透濃縮與臺(tái)風(fēng)蒸發(fā)器工藝在國(guó)內(nèi)煤化工行業(yè)零排放中的應(yīng)用設(shè)想和展望。

關(guān)鍵詞：零排放；煤化工

中圖分類號(hào)：X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）05-0109-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.065

Abstract： zero emission technology is widely applied in coal chemical industry， especially in related industries abroad. In view of the characteristics of serious water shortage in Northwest China and most of the enterprises that have no sewage water， this paper focuses on the evaporation crystallization process of falling film crystal seed and horizontal spray falling film evaporation crystallization process using steam compressor for heating， pressure and steam circulation， and the process of reverse osmosis concentration and typhoon evaporator in domestic coal chemical industry. The idea and Prospect of the application of zero emission in the industry.

Keywords： Zero emission；coal chemical industry

1 概況

隨著我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的不斷推進(jìn)，越來(lái)越多的廢水隨之產(chǎn)生，然而到目前為止，很多煤化工企業(yè)的廢水還是以部分回用、部分排放作為廠區(qū)廢水的主要處理途徑。

排放的廢水以高含鹽、高堿度和高硬度為主要特征，這部分廢水直接排放河流會(huì)導(dǎo)致局部水域含鹽量增加從而影響當(dāng)?shù)毓喔葪l件、水環(huán)境及土壤環(huán)境。隨著國(guó)家環(huán)保政策要求越來(lái)越嚴(yán)格，這樣的處理方式已逐漸成為企業(yè)發(fā)展的瓶頸，采用零排放技術(shù)也逐漸發(fā)展成為煤化工廢水處理的必經(jīng)之路。

2 高含鹽水的來(lái)源及水質(zhì)情況

（1）目前煤化工生產(chǎn)過(guò)程中，高含鹽水的來(lái)源主要來(lái)自于化學(xué)水的濃水、循環(huán)水排污水及氣化裝置排出的含離子濃度較高的達(dá)標(biāo)污水。

（2）高含鹽水的水質(zhì)。對(duì)大多數(shù)煤化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有納污水體，企業(yè)一般都最大限度回收利用水資源，多股廢水一般進(jìn)行脫鹽處理。廢水經(jīng)過(guò)軟化、過(guò)濾、多級(jí)反滲透后，出水一般作為化學(xué)水、循環(huán)水的補(bǔ)水加以利用。反滲透的濃水處理一般采用的辦法是進(jìn)入蒸發(fā)塘。但由于蒸發(fā)塘受地點(diǎn)、氣候影響，不能發(fā)揮最大效能，且嚴(yán)重影響地下水的水質(zhì)。由于反滲透濃水的含鹽量很高，所以進(jìn)行零排放工作勢(shì)在必行。高含鹽水經(jīng)過(guò)濃縮、蒸發(fā)及結(jié)晶后，出水補(bǔ)充化學(xué)水、循環(huán)水，結(jié)晶鹽分輸送到掩埋場(chǎng)進(jìn)行掩埋。

3 高含鹽水一般采用的處理工藝

目前國(guó)外、國(guó)內(nèi)對(duì)高含鹽水的處理一般采用的工藝有：蒸發(fā)塘、多效蒸發(fā)-結(jié)晶、多效閃蒸、單效蒸發(fā)-結(jié)晶，而單效蒸發(fā)-結(jié)晶又分為：降膜蒸發(fā)、噴淋蒸發(fā)、濃縮蒸發(fā)-結(jié)晶等多種形式。目前在國(guó)內(nèi)使用主要是降膜蒸發(fā)+結(jié)晶工藝、噴淋蒸發(fā)+結(jié)晶工藝、濃縮蒸發(fā)+結(jié)晶工藝。下面就三種形式的蒸發(fā)+結(jié)晶工藝做一個(gè)簡(jiǎn)述。

3.1 降膜晶種法（利用蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行升溫、加壓和蒸汽循環(huán)）蒸發(fā)器+結(jié)晶工藝

3.1.1 蒸發(fā)器工藝描述

（1）鹽水蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)基于裝置的進(jìn)水水質(zhì)，一般循環(huán)水排污水、脫鹽水濃水與處理后的達(dá)標(biāo)污水，經(jīng)二至三級(jí)反滲透處理后的濃水，成為蒸發(fā)系統(tǒng)的進(jìn)水。為了防止蒸發(fā)器內(nèi)結(jié)垢，硫酸鈣（鹽種）在濕的蒸發(fā)器表面循環(huán)。通過(guò)對(duì)鹽種濃度、鹽種特性和設(shè)備的幾何參數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)的控制，蒸發(fā)器得以在這種具有嚴(yán)重結(jié)垢傾向的環(huán)境中正常運(yùn)行。在蒸發(fā)器換熱管內(nèi)壁，隨著水從鹽水膜中蒸發(fā)出來(lái)，剩余的鹽水濃度達(dá)到過(guò)飽和，硫酸鈣、硅酸和其他易結(jié)垢的化合物開(kāi)始沉積。由于鹽種的存在，開(kāi)始沉淀的物質(zhì)會(huì)沉積在鹽種晶體表面，促使晶體的生長(zhǎng)，而不會(huì)形成新的晶核附著在換熱表面。也就是說(shuō)硅酸和其他具有結(jié)垢傾向的鹽分會(huì)附著在硫酸鈣晶體表面。這種防止結(jié)垢的機(jī)理叫做“優(yōu)先沉淀”，該理論被實(shí)踐證明能夠有助于保持換熱表面的清潔。鹽種工藝最大程度降低了硫酸鈣的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)可以緩解其他化合物如硅酸等產(chǎn)生的結(jié)垢問(wèn)題。然而有一種鹽分的結(jié)垢不能通過(guò)鹽種工藝來(lái)預(yù)防，它就是碳酸鈣。因此需要在蒸發(fā)器上游的除氧器中去除CO2 來(lái)消除碳酸鈣在蒸發(fā)器中結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。除添加阻垢劑和氯化鈣（用于幫助引晶）以外，廢水給水 pH 值還在給水箱中進(jìn)行調(diào)整，之后給水流過(guò)一臺(tái)板式換熱器后進(jìn)入除氧器，在這里去除二氧化碳和其他揮發(fā)性物質(zhì)。在此去除二氧化碳可防止當(dāng)給水在蒸發(fā)器中濃縮時(shí)形成碳酸鹽結(jié)垢的可能性。去除氧氣可降低腐蝕。除氧器在一個(gè)略高于蒸發(fā)器鹽水槽中壓力的恒定壓力下運(yùn)行。

（2）工藝原理。進(jìn)料廢水進(jìn)入給水箱，在除氣和脫二氧化碳前在這里將 pH 值調(diào)整到5.5 ～6.0。酸化的廢水經(jīng)泵流經(jīng)換熱器，在這里將其溫度提高到接近沸點(diǎn)。管子內(nèi)部產(chǎn)生的蒸氣流經(jīng)除霧器，并進(jìn)入蒸氣壓縮機(jī)中。壓縮蒸氣流到傳熱管的外側(cè)。廢水進(jìn)入除氧器與低壓蒸汽逆流接觸，去除水中氧氣和二氧化碳等不可凝氣體。濃鹽水從管子內(nèi)下降，工廠蒸汽或工藝蒸汽的熱量被傳至較冷的鹽水側(cè)，使一部分水蒸發(fā)。當(dāng)工廠蒸氣（工藝蒸汽）釋放熱量時(shí)，其自身冷凝成冷凝液。熱進(jìn)料廢水與鹽水槽中的濃鹽水相混合。濃鹽水從底槽不斷循環(huán)流到傳熱管束頂部的頂部管箱。冷凝液經(jīng)換熱器泵回，并在換熱器中將熱量釋放給新進(jìn)入的進(jìn)料廢水。當(dāng)濃鹽水在傳熱管內(nèi)部以降膜流下并返回到底槽時(shí)，一部分水被蒸發(fā)。少量濃鹽水從鹽水槽排出，以控制鹽水槽中的鹽水濃度，并將進(jìn)一步在結(jié)晶器系統(tǒng)進(jìn)一步處理后最終成為固體鹽分。

3.2 反滲透濃縮與臺(tái)風(fēng)蒸發(fā)器

反滲透濃縮與臺(tái)風(fēng)蒸發(fā)器是根據(jù)廢水特征，將來(lái)水經(jīng)過(guò)水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后首先進(jìn)入到疊片式過(guò)濾器去除廢水中有可能影響膜濃縮的懸浮物，過(guò)濾出水進(jìn)入膜濃縮系統(tǒng)進(jìn)行濃縮，濃縮系統(tǒng)分為一級(jí)兩段，總回收率為80%，滲透液可供循環(huán)冷卻用水或制取脫鹽水，濃縮液進(jìn)入臺(tái)風(fēng)蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)水和鹽分的分離，從而實(shí)現(xiàn)含鹽廢水的零排放處理。

3.2.1 調(diào)節(jié)預(yù)處理單元

調(diào)節(jié)預(yù)處理單元包含調(diào)節(jié)池、疊片式過(guò)濾器兩部分。調(diào)節(jié)池——進(jìn)行廢水水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)廢水的均質(zhì)化及均量化。疊片式過(guò)濾器—作為膜濃縮段的預(yù)處理單元體的高效分離系統(tǒng)，過(guò)濾精度為20μm，操作壓力為1.0疊片式過(guò)濾器是由一系列的薄片疊在一起組成的，薄薄的塑料疊片兩邊刻有大量一定微米尺寸的溝槽。一串同種模式的疊片疊壓在特別設(shè)計(jì)的內(nèi)撐上。通過(guò)彈簧和液體壓力壓緊時(shí)，疊片之間的溝槽交叉從而制造出擁有一系列獨(dú)特過(guò)濾通道的深層過(guò)濾單元，這個(gè)過(guò)濾單元裝在一個(gè)耐壓耐腐蝕的濾筒中形成過(guò)濾器。SPIN KLIN 自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器是疊片式過(guò)濾器在于它的專利設(shè)計(jì)的內(nèi)撐，一體式內(nèi)撐上有一組彈簧，一個(gè)活塞，和三組反沖噴嘴，他們配合其他控制系統(tǒng)共同作用達(dá)到高效過(guò)濾和完全反沖的功效。

3.2.2 膜濃縮單元

膜濃縮單元包含中間水池、膜堆及其配套系統(tǒng)。中間水池——調(diào)節(jié)水量，為膜濃縮提供穩(wěn)定水量。膜濃縮單元——利用特殊的WLRO 膜濃縮系統(tǒng)進(jìn)行廢水回收，回收率為80%以上，可以大大降低蒸發(fā)結(jié)晶單元的處理規(guī)模。廢水經(jīng)過(guò)本單元之后濃縮的TDS上升至100000mg/L 以上。

4 結(jié)論

本文對(duì)上述零排放處理工藝進(jìn)行了系統(tǒng)論述、探討和比較。根據(jù)有關(guān)文件介紹和了解，目前我國(guó)在煤化工行業(yè)，使用和正準(zhǔn)備使用零排放的企業(yè)越來(lái)越多，其主要應(yīng)用上述處理技術(shù)對(duì)高含鹽水進(jìn)行處理，以此最大限度地進(jìn)行水利用，達(dá)到企業(yè)零排放的目的。隨著環(huán)保壓力的越來(lái)越大，特別是西北缺水地區(qū)，由于沒(méi)有納污水體，對(duì)企業(yè)污染治理必須全方位進(jìn)行，也必須采用零排放技術(shù)。利用上述零排放技術(shù)完全可以避免對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤奈廴荆m然目前尚在中國(guó)企業(yè)應(yīng)用較少，但在國(guó)外使用技術(shù)卻較為成熟。隨著環(huán)保壓力的加大，采用零排放技術(shù)勢(shì)在必行，只要企業(yè)克服技術(shù)和投資瓶頸，零排放完全可以在化工行業(yè)、煤化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)。

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收稿日期：2018-04-02

作者簡(jiǎn)介：郭磊（1989-），男，研究方向?yàn)樗幚怼踩h(huán)保管理工作。