煤化工高鹽水處理技術(shù)概述與問題探討

煤化工高鹽水處理技術(shù)概述與問題探討

江蘇穹宇機(jī)械有限公司多年從事多效蒸發(fā)器和廢水蒸發(fā)器的生產(chǎn)，現(xiàn)代煤化工是以煤為原料生產(chǎn)碳一化學(xué)品及其衍生物的新型化工產(chǎn) 業(yè)，也是近幾年快速發(fā)展并逐步成長(zhǎng)起來的大型煤化工產(chǎn)業(yè)。 隨著全國(guó)各 類煤化工項(xiàng)目的密集建設(shè)和發(fā)展， 采取以環(huán)境和資源可承受能力為基礎(chǔ) 的高效率、低能耗、低污染、低排放的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，是現(xiàn)代煤化工惟一可 接受的可持續(xù)發(fā)展道路。 尤其是處于大西北多旱少雨的地區(qū)，水資源再利 用與環(huán)境保護(hù)問題日益突出。 可以說，煤化工的環(huán)保問題，歸根到底是發(fā) 展方式與節(jié)能減排的問題。 要解決煤化工的環(huán)保問題，首先要解決高鹽水 治理與排放的問題，做到工業(yè)廢水“ 近零排放”是當(dāng)前現(xiàn)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(diǎn)

1.1 高鹽水來源 現(xiàn)代煤化工高鹽水中的鹽分主要來自于循環(huán)水、除鹽水制備環(huán)節(jié)帶入和濃縮的， 以及工業(yè)廢水處理與再利用過程中添加的各種藥劑和產(chǎn)生 的濃鹽水。據(jù)現(xiàn)有項(xiàng)目分析，一個(gè)煤化工項(xiàng)目補(bǔ)充新鮮水（ 以黃河為水源） 帶入 的鹽量超過整個(gè)系統(tǒng)鹽量的 1/2 以上， 其次是生產(chǎn)過程和水系統(tǒng)添加化 學(xué)藥劑產(chǎn)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(dá) 到節(jié)水目的，可以通過確定合理的循環(huán)倍數(shù)和加藥方式得以實(shí)現(xiàn)，但最難 解決的是工業(yè)廢水循環(huán)再利用后產(chǎn)生的 15~30%（ 體積百分比）濃鹽水。

1.2 高鹽水特點(diǎn) 根據(jù)日常水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果來看，煤化工高鹽水總體呈現(xiàn)排放量大、水質(zhì)變化小、氯離子含量偏高、水質(zhì)含鹽量較穩(wěn)定且普遍不高等特點(diǎn)。 其組成 主要以有機(jī)物和無機(jī)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(chǎn)工藝不同，排水水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)略有差異，以上水質(zhì) 特點(diǎn)僅代表本企業(yè)實(shí)際情況。

2 高鹽水處理技術(shù)概述 根據(jù)煤化工高鹽水的特點(diǎn)及處置需求，現(xiàn)階段通常采用的高鹽水處理工藝有膜分離技術(shù)、熱蒸發(fā)技術(shù)以及兩種技術(shù)形成的組合工藝三大類。 2.1 膜分離技術(shù)[1,2] 膜分離技術(shù)是利用膜對(duì)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(biāo)物質(zhì)的新型分離技術(shù)。 目前，在化工及石油工業(yè)領(lǐng)域 已廣泛應(yīng)用的膜分離技術(shù)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(jìn)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(shù) 超濾、微濾、納濾主要用于氣、液相微粒、細(xì)菌以及其他污染物的截留去除， 最小截留分子量可達(dá) 80~1000Dal。 尤其是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)物和 NaCl、 MgSO4、CaCl2 溶液的截留率最高可達(dá) 90%，可以有效去除懸浮物（ SS）、膠 體等相對(duì)較大的顆粒物，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。 但以上技術(shù)的脫 鹽效果并不理想，其一般可作為料液的澄清、保安過濾、空氣除菌、大分子 有機(jī)物的分離與純化等。

（ 2）電滲析與反滲透膜分離技術(shù) 電滲析與反滲透是脫鹽技術(shù)中常用的兩種方法。 前者是以電位差作為推動(dòng)力，后者則是以滲透壓作為推動(dòng)力的膜分離過程。 近些年來，這兩 種技術(shù)也得到了進(jìn)一步的改良與優(yōu)化， 主要體現(xiàn)在倒極式電滲析（ EDR） 技術(shù)和高效反滲透（ HERO）技術(shù)。 前者利用自動(dòng)頻繁倒換電極的方式，有 效解決了裝置持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行與頻繁結(jié)垢的問題；后者使 RO 在 PH 較高 的條件下，通過兩級(jí)軟化、脫氣處理去除了硬度和二氧化碳，提高了硅的 結(jié)垢極限，有效控制了生物和有機(jī)物的污堵，并大大提高了廢水回用率（ ＞90%）。由于 EDR 技術(shù)電耗大、處理成本高、操作經(jīng)驗(yàn)不足、回用水率普遍不 高等原因，目前已逐漸被具有節(jié)能、處理成本低、規(guī)模大、技術(shù)成熟等特點(diǎn) 的反滲透膜分離技術(shù)所取代。 但反滲透膜分離技術(shù)也存在著亟待需要解 決的膜污染、堵塞、腐蝕、使用壽命短等問題，尤其是當(dāng)給水 TDS 高于 6000mg/l 時(shí)，其脫鹽率會(huì)急劇下降[3]。

2.2 熱蒸發(fā)技術(shù) 熱蒸發(fā)技術(shù)主要針對(duì)含鹽量在 4%（ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 左右或更高濃度的含鹽廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的工藝，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①一般使用物理方法進(jìn) 行蒸發(fā)濃縮，有時(shí)可見化學(xué)法（ 焚燒、高級(jí)氧化等） ；②廢水處理量普遍不 大，有的甚至很?。虎厶幚沓杀竞湍芎钠毡檩^高；④固廢產(chǎn)生量大，成分復(fù) 雜，無法有效回收再利用等。熱蒸發(fā)技術(shù)主要有多效蒸發(fā)、機(jī)械壓縮再蒸發(fā)、膜蒸餾等技術(shù)。 （ 1）多效蒸發(fā)（ MED）技術(shù)多效蒸發(fā)是讓加熱后的鹽水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)， 前一個(gè)蒸 發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源并冷凝成為淡水， 每一蒸發(fā) 器稱作“ 一效”。 一般情況下，循環(huán)蒸發(fā)器的串聯(lián)個(gè)數(shù)（ 效數(shù)）在 3~4 個(gè)。 根 據(jù)工藝條件的不同，其工藝流程主要有并流法、逆流法、平流法、混流法四種。在廢水處理上，多效蒸發(fā)主要適用于高鹽份、高有機(jī)物含量廢水的單 獨(dú)處理，同時(shí)配合膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)全范圍的“ 零排放”工藝。

（ 2）機(jī)械壓縮再蒸發(fā)（ MVR）技術(shù) 利用高能效蒸汽壓縮機(jī)壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽， 提高二次蒸汽的熱焓，并將二次蒸汽導(dǎo)入原蒸發(fā)系統(tǒng)作為熱源循環(huán)使用[4]。 該技術(shù)大 幅度降低了蒸發(fā)器生蒸汽的消耗量， 補(bǔ)充的生蒸汽也僅用于系統(tǒng)熱損失 和進(jìn)出料溫差所需熱焓的補(bǔ)充，節(jié)能效果相當(dāng)于十效蒸發(fā)系統(tǒng)，是目前國(guó) 際上應(yīng)用較為廣泛和先進(jìn)的蒸發(fā)器技術(shù)。

（ 3）膜蒸餾（ MD）技術(shù) 膜蒸餾是一種以蒸汽壓差為推動(dòng)力的新型分離技術(shù)，即通過冷、熱側(cè)相變過程，實(shí)現(xiàn)混合物分離或提純。 與傳統(tǒng)蒸餾方法和其他膜分離技術(shù)相 比，該技術(shù)具有運(yùn)行壓力低、運(yùn)行溫度低、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，可充分利用 太陽(yáng)能、廢熱和余熱等作為熱源。 根據(jù)膜下游側(cè)冷凝方式的不同，膜蒸餾 技術(shù)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(shù)得到了一定程度的發(fā)展，但仍然存在著與膜分 離技術(shù)相同的問題，如：膜污染、結(jié)垢堵塞等，應(yīng)用領(lǐng)域還不是很廣泛，可 商業(yè)化運(yùn)行的技術(shù)難題仍需進(jìn)一步解決。

2.3 膜分離與熱蒸發(fā)組合技術(shù) 隨著國(guó)家及地方針對(duì)煤化工廢水排放的環(huán)保政策與要求的不斷深化，高鹽水處理的工藝組合技術(shù)得到了較快的發(fā)展與研究，正向多樣化、 可協(xié)同處理的成熟路線穩(wěn)步發(fā)展。 該組合工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于工藝的選 擇性多，水質(zhì)適應(yīng)性好，可根據(jù)脫鹽規(guī)模大小、水質(zhì)要求、地理氣候條件、 技術(shù)與安全性、投資來源與管理體制等實(shí)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(fā)組合技術(shù)。 其 中，石灰石軟化預(yù)處理工藝增加了 PAM 加藥系統(tǒng)、高效沉淀器、中和池及 二次過濾系統(tǒng)，可進(jìn)一步提高析出鹽分的絮凝、沉降與分離，并具有一定 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(shù)，處理效果明顯，運(yùn)行較為穩(wěn)定，適用于 TDS＜6000mg/l 的含鹽廢水 的再處理、再利用，回用水率可達(dá) 70%以上，膜使用壽命可達(dá) 3 年。 外排的 濃鹽水可通過 DM（ 蝶式振動(dòng)膜）裝置進(jìn)行回收再利用，其最大優(yōu)勢(shì)在于膜 污染控制效果好、水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、能耗較低，污水回收率最高可達(dá) 85%以 上， 并同時(shí)設(shè)置了機(jī)械壓縮再蒸發(fā)系統(tǒng)和鹽分離器， 使鹽水得以完全分 離，達(dá)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(gè)方面：

1）膜及蒸發(fā)系統(tǒng)污堵與腐蝕問題的解決。 引起膜及蒸發(fā)系統(tǒng)污堵和 腐蝕的主要原因是膠體物質(zhì)、微生物及無機(jī)鹽分別在膜表面進(jìn)行沉積、生 長(zhǎng)、結(jié)晶以及高濃度氯離子和低 PH 值水質(zhì)所致。 雖然目前也采取了一些 控制手段，但從根本上解決此類問題的方法還不成熟，絕大部分尚處于研 究階段。

2）技術(shù)應(yīng)用生產(chǎn)成本的控制。 不論是膜分離技術(shù)還是熱蒸發(fā)技術(shù)， 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(jīng)濟(jì)代價(jià)是 巨大的。 可以簡(jiǎn)單地說，目前解決高鹽水排放的方法主要是以較多的能源 消耗換取污染物的減排。 因此，使高水處理系統(tǒng)能夠真正運(yùn)行下去，必 須考慮其運(yùn)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。