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煤化工浓盐水零排放处理工艺的应用研究

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王成胜

[导读] 摘要：现阶段我国呈现“富煤、缺油、少气”的能源结构，这种能源格局决定了煤化工的发展方向以煤制油和煤制气为代表，以满足日益增长的能源需求，减缓对外石油、天然气资源的依赖。

        贵州天福化工有限责任公司贵州福泉 550500
        摘要：现阶段我国呈现“富煤、缺油、少气”的能源结构，这种能源格局决定了煤化工的发展方向以煤制油和煤制气为代表，以满足日益增长的能源需求，减缓对外石油、天然气资源的依赖。煤和水是发展新型煤化工产业的两大资源要素，但我国煤炭资源和水资源总体呈逆向分布，煤炭资源主导着煤化工产业的布局，而大部分煤炭基地建设于水资源缺乏地区，同时也面临着地表水环境容量有限的问题，有些地区甚至没有纳污水体，这使得水资源的配置问题在产业发展中更为突出。基于此，本文对煤化工浓盐水零排放处理工艺的应用进行深入研究，以供参考。
        关键词：煤化工；浓盐水零排放；处理工艺；应用
        引言
        煤化工产业是推动我国国民经济增长的支柱型产业，在改善社会与市场对石油、天然气等不可再生资源依赖性方面具有积极影响。随着煤化工产业的不断发展，煤化工产业水资源应用问题愈发明显。如何应用科学、有效的工艺技术与手段进行浓盐水处理，实现煤化工废水的回收利用成为新时代企业现代化建设与可持续竞争发展研究的重点。
        1煤化工企业的废水来源与水质特征
        在对某煤化工企业废水水质检验分析时发现，煤化工企业废水水质具有如下特征：（1）煤化工企业废水中的SS（suspendedsolids，悬浮固体）与TDS（totaldissolvedsolids，总溶解固体）浓度相对较高，主要来源于循环排污水、化学水站排水以及煤气化废水。通常情况下，过高的SS与TDS将对煤化工企业水资源回收利用装置使用寿命与运行安全产生不利影响，降低淡水资源回收率。（2）煤化工企业生产运营过程所产生的废水中，氨氮（NH3-N）浓度与化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）浓度相对较高，就流化床煤气化工艺而言，其COD浓度普遍在200～300mg/L，NH3-N浓度普遍在9000mg/L；就气流床煤气化工艺而言，其COD浓度普遍在200～760mg/L，NH3-N浓度普遍在1300～2700mg/L。
        2煤化工浓盐水零排放处理工艺设计
        2.1浓盐水零排放处理工艺设计思路
        根据煤化工废水水质特征可知，煤化工废水无法直接回收利用，如果采用传统蒸发结晶工艺进行盐水分离，则无法满足煤化工企业浓盐水处理量大的需求，其经济效益与社会效益低。对此，有必要进行浓盐水零排放处理工艺创新设计。由于煤化工浓盐水水质硬度与碱度相对较高且废水量巨大，在脱盐之前需对其进行预处理，以降低废水硬度与碱度，提升浓盐水处理质量与效率。基于此，本文设计构建“预处理+脱盐处理+蒸发结晶”的预处理系统，满足预期设计目标。与此同时，由于循环排污水、化学水站排水以及煤气化废水最终形成的结晶盐为固废与危废，为降低浓盐水零排放处理成本，需对含盐废水进行浓缩，实现污水废水与清水废水RO（reverseosmosis，反渗透系统）的有效连接。依据处理流程进行划分，可分为“含盐废水处理”、“浓盐废水处理”与“高浓盐废水处理”3个阶段，则工艺处理系统由预处理、浓缩处理与蒸发结晶3部分构成。
        2.2浓盐水零排放处理工艺流程
        依据设计思路构建煤化工浓盐水零排放处理工艺系统，形成如下工艺流程：首先，在含盐废水预处理系统中，利用石灰进行水质硬度的软化，使其硬度小于1mg/L。其次，进入浓缩系统，在FSRO（第一级高压反渗透）作用下实现65%～75%水资源回收；对剩余废水进行SSRO（第二级高压反渗透）处理。在此过程中，含盐废水水量降低为10%～13%，废水中的TDS浓度超过50000mg/L。

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此外，进入蒸发结晶系统，利用三效强制循环闪工艺技术，处理浓缩后的高浓盐水，其中经过一效与二效结晶器处理后的废盐渣，含水率低于20%，作为普通固废与危废处理，经过多效处理后的水为可回收利用水。
        3煤化工浓盐水零排放处理工艺的应用
        3.1膜浓缩单元
        浓盐水中存在大量胶体、悬浮物以及结垢的钙镁离子，严重影响了膜系统的正常运行。在进入膜浓缩前必须进行预处理才能保证后续的稳定运行。常规的浓盐水预处理包括混凝沉淀、多介质过滤、超滤和离子交换树脂等方法，现已运行的煤化工项目选用了其中的一种或几种处理工艺组合，但由于煤化工废水水质波动大，传统的处理操作方式存在运行效率低、能耗较高、药剂消耗量大等问题，无法有效降低废水中的结垢离子，从而造成了后续膜组的堵塞，加大了膜组的清洗频率。本浓盐水水处理系统中的预处理选择了“高效澄清池+多介质过滤+超滤+离子交换树脂”的工艺。经化学软化和过滤后，废水中的总硬度能降到100mg/L以下，由此可以看出，即使浓盐水系统的进水总硬度波动较大，最后的出水硬度总是控制在100mg/L以内，去除率稳定在95%以上。高效澄清池的出水再通过多介质过滤去除废水中大部分固体悬浮物，延长后续超滤系统的清洗周期，保证超滤膜组的长期稳定运行；超滤装置去除废水中剩余的SS及胶体，其系统出水泥密度指数（SDI）＜5，再通过离子交换树脂的吸附作用基本去除钙镁离子，出水的钙离子＜1mg/L，使RO系统长期稳定运行；树脂软化单元产水再经反渗透膜组高倍浓缩，实现浓盐水的减量。因而本项目选用的预处理工艺能够对煤化工浓盐水中的钙镁离子有很好的去除效果。
        3.2蒸发预处理单元
        蒸发预处理单元的工艺流程通过蒸发预处理可降低浓缩后浓水中的钙镁硬度、碳酸根、硅、碱度等，同时将大部分难降解的有机物浓缩分离和氧化处理，减少了回流到前端处理系统中的盐分，保证了后续蒸发结晶单元产出盐的品质，和盐资源化利用率。其中的有机浓缩液可通过氧化将有机物断链，提高可生化性，降解部分COD后回流至生化系统循环处理，产水则经过树脂软化、氧化、回调pH后进入蒸发结晶系统。
        3.3蒸发结晶单元
        蒸发结晶单元先将浓盐水蒸发浓缩至饱和状态，再通过冷冻法或热法分离结晶出盐水中的NaCl和Na2SO4。蒸发浓缩段蒸发技术主要有多效蒸发（MED）工艺和机械压缩蒸发（MVR）工艺，前者利用低压蒸汽加热物料，加热物料产生的二次蒸汽再加热下一效的物料，依次循环，可通过调节蒸汽量和压力控制各蒸发罐的料温，适用各种盐浓度的废水；MVR中蒸发罐产生的二次汽通过压缩机压缩提高压力和饱和温度，增加了热焓后作为热源再送入加热室，减少了生蒸汽的消耗从而达到了节能的目的。但是存在蒸汽压缩机依靠进口，初期投资较高，且后期保养费用高。该单元附属于煤化工企业，厂区内存在较多富余低压蒸汽，运行成本低，同时考虑到煤化工项目的水量波动大要求蒸发单元具有很好的操作弹性。
        结束语
        总而言之，大水量的消耗与大废水量的产生决定了煤化工浓盐水零排放处理工艺应用研究的必要性与重要性。依据煤化工浓盐水来源与水质特征，在零排放处理工艺设计过程中，需做好预处理工作，以改善零排放处理工艺系统设备运行风险。在未来发展过程中，需立足实践，依托先进技术进行不断创新，以推动煤化工产业可持续发展。
        参考文献：
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