煤化工廢水零排放技術(shù)的問題與展望論文
1 煤化工廢水來源及特點(diǎn)
1.1 煤化工廢水來源
煤化工廢水可分為兩類：有機(jī)廢水和含鹽廢水[1].有機(jī)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(diǎn)是含鹽量 TDS 較低，但有機(jī)物含量較高，污染物以 COD和氨氮為主。有機(jī)廢水的水質(zhì)差異主要取決于項(xiàng)目采用的煤氣化工藝。含鹽廢水主要來源于循環(huán)水排污、除鹽水站排污、鍋爐排污和化學(xué)清洗排污等，其特點(diǎn)是含鹽量 TDS 較高，而 COD 和氨氮濃度較低。
因此要按照分質(zhì)處理的原則，針對(duì)各類廢水的不同性質(zhì)采用適當(dāng)?shù)奶幚砉に�，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行分類處理，使處理后的再生水能夠達(dá)到回用的水質(zhì)指標(biāo)。典型處理流程見下圖：
1.2 高含鹽廢水特點(diǎn)
回用水處理站產(chǎn)生的引高含鹽廢水含鹽量高，TDS 總量約20000 ppm,甚至高達(dá) 60000 ppm;有機(jī)物含量高，難以生化降解，有機(jī)物可能起溶液起泡，甚至影響鹽結(jié)晶；同時(shí)鈣、鎂、硅等離子含量較高，導(dǎo)致溶液污垢系數(shù)增加，結(jié)垢傾向增大。
2 煤化工廢水零排放技術(shù)現(xiàn)狀
煤化工產(chǎn)生的高含鹽廢水實(shí)現(xiàn)零排放的方式主要有兩種：
蒸發(fā) + 蒸發(fā)塘工藝、蒸發(fā)結(jié)晶工藝。
2.1 蒸發(fā) + 蒸發(fā)塘工藝
通過蒸發(fā)先將含鹽廢水濃縮到 TDS 約 150000~200000ppm,再送至蒸發(fā)塘進(jìn)行自然蒸發(fā)。該工藝的運(yùn)行實(shí)例有神華鄂爾多斯煤直接液化項(xiàng)目的零排放裝置。
該工藝的缺點(diǎn)為：
蒸發(fā)塘具有一定的地域局限性，只適合建設(shè)于年平均蒸發(fā)量為降雨量 3~5 倍以上的區(qū)域[1].受氣候條件限制，西北地區(qū)冬季氣溫低，廢水自然蒸發(fā)量極小，無法滿足蒸發(fā)處理量要求；蒸發(fā)塘工藝沒有真正實(shí)現(xiàn)零排放，不能完全滿足環(huán)保要求；蒸發(fā)塘建設(shè)投資高，占地面積大，噸水占地約 1 萬平方米；送至蒸發(fā)塘的水靠自然蒸發(fā)到大氣中，無法回收，造成水資源浪費(fèi)；蒸發(fā)塘內(nèi)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(fā)結(jié)晶工藝
蒸發(fā)結(jié)晶法處理含鹽廢水是通過蒸發(fā)濃縮，使廢水中具有結(jié)晶傾向的溶質(zhì)濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，形成許多微小的晶核，晶核長(zhǎng)大形成晶體析出，再進(jìn)行固液分離獲得固態(tài)結(jié)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(jīng)冷凝獲得產(chǎn)品水，從而實(shí)現(xiàn)含鹽廢水中鹽與水的分離。該工藝的運(yùn)行實(shí)例有中煤鄂爾多斯能源圖克化肥項(xiàng)目的零排放裝置。
蒸發(fā)結(jié)晶工藝與傳統(tǒng)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(duì)進(jìn)水鹽分含量無限制。蒸發(fā)結(jié)晶工藝通常用于全廠水系統(tǒng)的末端，使無法采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行處理的濃鹽水達(dá)到零排放的要求。
3 蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)
由于結(jié)晶系統(tǒng)的設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用都比蒸發(fā)系統(tǒng)高，通常將蒸發(fā)系統(tǒng)作為結(jié)晶系統(tǒng)的預(yù)濃縮手段，以降低裝置的整體建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用。
3.1 蒸發(fā)
3.1.1 蒸發(fā)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式
根據(jù)蒸發(fā)熱源的不同，可以將蒸發(fā)系統(tǒng)分為兩類，包括蒸汽直接驅(qū)動(dòng)的單效或多效蒸發(fā)和電能驅(qū)動(dòng)的機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)（MVC）蒸發(fā)。
�。�1）多效蒸發(fā)
蒸發(fā)系統(tǒng)的第一效采用新鮮蒸汽直接驅(qū)動(dòng)，第一效蒸發(fā)器中鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽用作第二效蒸發(fā)器的熱源，末效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽需要采用循環(huán)水冷卻或空冷后作為產(chǎn)品水回用。
多 效 蒸 發(fā)操作較繁瑣，雖然建設(shè)投資較MVC 蒸發(fā)稍低，但由于蒸汽價(jià)格遠(yuǎn)高于電費(fèi)，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高。 對(duì) 于 工 廠有富裕蒸汽或其 他 廢 熱， 可以采用此工藝。
（2）機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)（MVC）蒸發(fā)
蒸發(fā)器換熱管內(nèi)鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)升溫升壓后，送回蒸發(fā)器的加熱室，作為鹽水蒸發(fā)的熱源。蒸發(fā)系統(tǒng)通過電能驅(qū)動(dòng)，正常操作時(shí)無需外供蒸汽。與外供蒸汽直接驅(qū)動(dòng)的蒸發(fā)系統(tǒng)相比，MVC 系統(tǒng)能夠獲得更高的熱效率。相比于多效蒸發(fā)系統(tǒng)，MVC 技術(shù)的應(yīng)用可以簡(jiǎn)化工藝流程和操作，并大幅降低運(yùn)行費(fèi)用。蒸發(fā)系統(tǒng)鹽水的沸點(diǎn)升高值（BPR）不大，蒸汽壓縮機(jī)通常可以選用離心風(fēng)機(jī)，相比離心壓縮機(jī)投資較低。
3.1.2 蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式
蒸發(fā)器是一種特殊的傳熱設(shè)備，在結(jié)構(gòu)上除設(shè)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(shè)有除沫器。
根據(jù)溶液在蒸發(fā)器中流動(dòng)的情況，常用的蒸發(fā)器形式有垂直降膜蒸發(fā)器和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。
（1）垂直降膜蒸發(fā)
原料液由加熱室的頂部加入，溶液在重力的作用下沿管內(nèi)壁呈膜狀下流，并被蒸發(fā)濃縮。降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液，也適用于黏度較大的物料，但對(duì)于易結(jié)晶的溶液不適用[2].降膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間短，傳熱效率較強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)大，設(shè)備造價(jià)較強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器低。
2）強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器的溶液循環(huán)速度較高，適宜處理黏度大、易結(jié)垢及有大量結(jié)晶析出的溶液。它是利用外加動(dòng)力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動(dòng)，其循環(huán)速度在 2.5 m/s 以上，動(dòng)力消耗較大[3].
3. 2 結(jié)晶
由于結(jié)晶系統(tǒng)的濃鹽水中有結(jié)垢和晶體析出，一般選用強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶工藝。結(jié)晶系統(tǒng)包括閃蒸罐、循環(huán)泵、加熱器、離心脫水機(jī)或板框壓濾機(jī)等基本設(shè)備。
結(jié)晶系統(tǒng)也可以選用蒸汽直接驅(qū)動(dòng)或電能驅(qū)動(dòng)方式。由于結(jié)晶系統(tǒng)的鹽水濃度更高，溶液的沸點(diǎn)升高值（BPR）大，如選用 MVC 結(jié)晶，蒸汽壓縮機(jī)必須選用離心式壓縮機(jī)，設(shè)備投資較大。
4 零排放技術(shù)存在的問題及發(fā)展
4.1 零排放技術(shù)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(fā)器結(jié)垢及設(shè)備腐蝕等問題[3].同時(shí)由于有機(jī)物含量高，導(dǎo)致蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)。結(jié)晶系統(tǒng)中通過離心脫水機(jī)或板框壓濾機(jī)分離出的固體鹽為雜鹽，成分復(fù)雜，只能作為固體廢棄物進(jìn)行填埋處理，雜鹽的處理費(fèi)用高于 2000 元 / 噸。高昂的結(jié)晶鹽處理費(fèi)用限制了零排放技術(shù)的推廣應(yīng)用。
縱觀國(guó)內(nèi)已建成運(yùn)行的零排放裝置，在經(jīng)過不斷的摸索和經(jīng)驗(yàn)積累后，廢水零排放完全可以實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)踐操作時(shí)，由于主工藝裝置不穩(wěn)定運(yùn)行，會(huì)對(duì)零排放的可靠性產(chǎn)生影響。
4.2 零排放技術(shù)的發(fā)展
為降低煤化工含鹽廢水零排放的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)前端膜處理技術(shù)提出更高的要求，高效反滲透、震動(dòng)膜、正滲透、電滲析等技術(shù)將會(huì)被更多的企業(yè)所關(guān)注和應(yīng)用。雜鹽資源化利用技術(shù)的開發(fā)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(yè)的原料，既減少了固體鹽填埋對(duì)環(huán)境造成的二次污染風(fēng)險(xiǎn)，又降低了結(jié)晶系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。
通過對(duì)現(xiàn)有零排放裝置的運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，零排放工藝技術(shù)會(huì)逐漸得到優(yōu)化，新型耐腐蝕材料、蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備也會(huì)被研發(fā)和應(yīng)用。隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的出臺(tái)，國(guó)家將對(duì)污水處理、工業(yè)廢水、全面控制污染物排放等多方面進(jìn)行強(qiáng)力監(jiān)管并啟動(dòng)嚴(yán)格問責(zé)制，這意味著鐵腕治污將進(jìn)入“新常態(tài)”,廢水零排放也必然成為發(fā)展趨勢(shì)。（圖略）
參考文獻(xiàn)：
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