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煤化工高鹽水處理技術概述與問題探討
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作者: 來源: 日期:2017/11/28 10:40:50 人氣:2442
    現代煤化工是以煤為原料生產碳一化學品及其衍生物的新型化工產 業,也是近幾年快速發展並逐步成長起來的大型煤化工產業。 隨著全國各 類煤化工項目的密集建設和發展, 采取以環境和資源可承受能力為基礎 的高效率、低能耗、低汙染、低排放的經濟發展方式,是現代煤化工惟一可 接受的可持續發展道路。 尤其是處於大西北多旱少雨的地區,水資源再利 用與環境保護問題日益突出。 可以說,煤化工的環保問題,歸根到底是發 展方式與節能減排的問題。 要解決煤化工的環保問題,首先要解決高鹽水 治理與排放的問題,做到工業廢水“ 近零排放”是當前現代煤化工亟待需 要解決的重要問題之一。


1 高鹽水的來源與特點
1.1 高鹽水來源 現代煤化工高鹽水中的鹽分主要來自於循環水、除鹽水製備環節帶入和濃縮的, 以及工業廢水處理與再利用過程中添加的各種藥劑和產生 的濃鹽水。據現有項目分析,一個煤化工項目補充新鮮水( 以黃河為水源) 帶入 的鹽量超過整個係統鹽量的 1/2 以上, 其次是生產過程和水係統添加化 學藥劑產生的鹽量,占總鹽量的 1/3 以上。這表明,要降低水中的含鹽量達 到節水目的,可以通過確定合理的循環倍數和加藥方式得以實現,但最難 解決的是工業廢水循環再利用後產生的 15~30%( 體積百分比)濃鹽水。
1.2 高鹽水特點 根據日常水質檢測結果來看,煤化工高鹽水總體呈現排放量大、水質變化小、氯離子含量偏高、水質含鹽量較穩定且普遍不高等特點。 其組成 主要以有機物和無機鹽類為主,CODcr 一般在 60~120mg/l,TDS 一般在 1900~3000mg/l,NH3-N 含量極低,水體感觀性狀良好,清澈透底、無明顯 異味。 因煤化工生產工藝不同,排水水質的各項指標略有差異,以上水質 特點僅代表本企業實際情況。

2 高鹽水處理技術概述 根據煤化工高鹽水的特點及處置需求,現階段通常采用的高鹽水處理工藝有膜分離技術、熱蒸發技術以及兩種技術形成的組合工藝三大類。 2.1 膜分離技術[1,2] 膜分離技術是利用膜對混合物中各組分選擇透過性能的差異來分離、提純和濃縮目標物質的新型分離技術。 目前,在化工及石油工業領域 已廣泛應用的膜分離技術有五種,分別是超濾、微濾、納濾、滲析和反滲 透。按照脫鹽能力的大小可將其進行初步劃分,即微濾<超濾<納濾≤電滲 析<反滲透。
(1)超濾、微濾、納濾膜分離技術 超濾、微濾、納濾主要用於氣、液相微粒、細菌以及其他汙染物的截留去除, 最小截留分子量可達 80~1000Dal。 尤其是對標準有機物和 NaCl、 MgSO4、CaCl2 溶液的截留率最高可達 90%,可以有效去除懸浮物( SS)、膠 體等相對較大的顆粒物,以達到淨化、分離、濃縮的目的。 但以上技術的脫 鹽效果並不理想,其一般可作為料液的澄清、保安過濾、空氣除菌、大分子 有機物的分離與純化等。
( 2)電滲析與反滲透膜分離技術 電滲析與反滲透是脫鹽技術中常用的兩種方法。 前者是以電位差作為推動力,後者則是以滲透壓作為推動力的膜分離過程。 近些年來,這兩 種技術也得到了進一步的改良與優化, 主要體現在倒極式電滲析( EDR) 技術和高效反滲透( HERO)技術。 前者利用自動頻繁倒換電極的方式,有 效解決了裝置持續、穩定運行與頻繁結垢的問題;後者使 RO 在 PH 較高 的條件下,通過兩級軟化、脫氣處理去除了硬度和二氧化碳,提高了矽的 結垢極限,有效控製了生物和有機物的汙堵,並大大提高了廢水回用率( >90%)。由於 EDR 技術電耗大、處理成本高、操作經驗不足、回用水率普遍不 高等原因,目前已逐漸被具有節能、處理成本低、規模大、技術成熟等特點 的反滲透膜分離技術所取代。 但反滲透膜分離技術也存在著亟待需要解 決的膜汙染、堵塞、腐蝕、使用壽命短等問題,尤其是當給水 TDS 高於 6000mg/l 時,其脫鹽率會急劇下降[3]。

2.2 熱蒸發技術 熱蒸發技術主要針對含鹽量在 4%( 質量分數) 左右或更高濃度的含鹽廢水進行蒸發濃縮的工藝,其特點主要表現在:①一般使用物理方法進 行蒸發濃縮,有時可見化學法( 焚燒、高級氧化等) ;②廢水處理量普遍不 大,有的甚至很小;③處理成本和能耗普遍較高;④固廢產生量大,成分複 雜,無法有效回收再利用等。熱蒸發技術主要有多效蒸發、機械壓縮再蒸發、膜蒸餾等技術。 ( 1)多效蒸發( MED)技術多效蒸發是讓加熱後的鹽水在多個串聯的蒸發器中蒸發, 前一個蒸 發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源並冷凝成為淡水, 每一蒸發 器稱作“ 一效”。 一般情況下,循環蒸發器的串聯個數( 效數)在 3~4 個。 根 據工藝條件的不同,其工藝流程主要有並流法、逆流法、平流法、混流法四種。在廢水處理上,多效蒸發主要適用於高鹽份、高有機物含量廢水的單 獨處理,同時配合膜技術實現全範圍的“ 零排放”工藝。

( 2)機械壓縮再蒸發( MVR)技術 利用高能效蒸汽壓縮機壓縮蒸發係統產生的二次蒸汽, 提高二次蒸汽的熱焓,並將二次蒸汽導入原蒸發係統作為熱源循環使用[4]。 該技術大 幅度降低了蒸發器生蒸汽的消耗量, 補充的生蒸汽也僅用於係統熱損失 和進出料溫差所需熱焓的補充,節能效果相當於十效蒸發係統,是目前國 際上應用較為廣泛和先進的蒸發器技術。

( 3)膜蒸餾( MD)技術 膜蒸餾是一種以蒸汽壓差為推動力的新型分離技術,即通過冷、熱側相變過程,實現混合物分離或提純。 與傳統蒸餾方法和其他膜分離技術相 比,該技術具有運行壓力低、運行溫度低、分離效率高等優點,可充分利用 太陽能、廢熱和餘熱等作為熱源。 根據膜下遊側冷凝方式的不同,膜蒸餾 技術可劃分為接觸式、空氣隙式、氣掃式和真空膜蒸餾四種形式[5]。

    近些年來,膜蒸餾技術得到了一定程度的發展,但仍然存在著與膜分 離技術相同的問題,如:膜汙染、結垢堵塞等,應用領域還不是很廣泛,可 商業化運行的技術難題仍需進一步解決。

2.3 膜分離與熱蒸發組合技術 隨著國家及地方針對煤化工廢水排放的環保政策與要求的不斷深化,高鹽水處理的工藝組合技術得到了較快的發展與研究,正向多樣化、 可協同處理的成熟路線穩步發展。 該組合工藝最大的優點在於工藝的選 擇性多,水質適應性好,可根據脫鹽規模大小、水質要求、地理氣候條件、 技術與安全性、投資來源與管理體製等實際條件形成不同的處理方法。該工藝主要采用了石灰石軟化、超濾、反滲透、熱蒸發組合技術。 其 中,石灰石軟化預處理工藝增加了 PAM 加藥係統、高效沉澱器、中和池及 二次過濾係統,可進一步提高析出鹽分的絮凝、沉降與分離,並具有一定 程度的 CODcr 去除能力。 超濾與反滲透的工藝組合是目前普遍采用的除 鹽技術,處理效果明顯,運行較為穩定,適用於 TDS<6000mg/l 的含鹽廢水 的再處理、再利用,回用水率可達 70%以上,膜使用壽命可達 3 年。 外排的 濃鹽水可通過 DM( 蝶式振動膜)裝置進行回收再利用,其最大優勢在於膜 汙染控製效果好、水質適應性強、能耗較低,汙水回收率最高可達 85%以 上, 並同時設置了機械壓縮再蒸發係統和鹽分離器, 使鹽水得以完全分 離,達到“ 近零排放”的處理需求。

3 高鹽水處理存在的主要問題[6] 高鹽水處理的要問題有以下幾個方麵:

1)膜及蒸發係統汙堵與腐蝕問題的解決。 引起膜及蒸發係統汙堵和 腐蝕的主要原因是膠體物質、微生物及無機鹽分別在膜表麵進行沉積、生 長、結晶以及高濃度氯離子和低 PH 值水質所致。 雖然目前也采取了一些 控製手段,但從根本上解決此類問題的方法還不成熟,絕大部分尚處於研 究階段。

2)技術應用生產成本的控製。 不論是膜分離技術還是熱蒸發技術, 都存在著高投入、高消耗、高能耗的突出問題,高鹽水處理的經濟代價是 巨大的。 可以簡單地說,目前解決高鹽水排放的方法主要是以較多的能源 消耗換取汙染物的減排。 因此,使高水處理係統能夠真正運行下去,必 須考慮其運行成本。

3)固體廢棄物“ 三化”( 減量化、資源化、無害化)問題的解決。 
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