正滲透技術，打造煤化工廢水零排放的利器

文/王紅珍/

正滲透技術，打造煤化工廢水零排放的利器

文/王紅珍/

陽煤集團清徐化工新材料園區(qū)配套工程及遷建項目——鍋爐補水濃鹽水濃縮處理裝置及1#蒸發(fā)結晶處理裝置BOT項目不久前正式開工。該項目主要工藝流程是：來水緩存—軟化—管式微濾過濾—二級軟化—反滲透濃縮—正滲透MBC濃縮—蒸發(fā)結晶。由此，正滲透零排放技術首次被引入煤化工水處理領域。

陽煤化工新材料廢水零排放項目是環(huán)保部備案的零排放工程，未來可供其他煤化工企業(yè)參考，示范意義重大。那么，企業(yè)為什么會采用正滲透技術？什么是正滲透技術？帶著疑問，筆者進行了調查。

煤化污水零排放處理迫在眉睫

據(jù)有關專家介紹，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)是中國能源戰(zhàn)略轉型的必由之路，這是我國能源資源稟賦現(xiàn)狀和能源革命大背景所決定的。我國煤炭資源和水資源呈逆向分布，以黃河中上游的山西、陜西、寧夏、內蒙古4省區(qū)為例，這里煤炭資源占有量為全國總量的67%，因為煤炭資源豐富，所以近幾年這些省規(guī)劃了很多煤化工項目，但這里水資源僅僅占全國水資源的3.85%。此外，煤化工生產(chǎn)會產(chǎn)生大量的含鹽廢水，常規(guī)的污水處理工藝，鹽是無法降解的。目前黃河流域鹽含量累積已經(jīng)接近生態(tài)紅線，如果再不加以嚴格控制，不以零排放作為要求，隨著這些地區(qū)煤化工項目的發(fā)展，環(huán)境矛盾就會十分突出，黃河流域的生態(tài)治理將變得更困難。

“目前最容易受到污染的是淺層的地下水，由于地表水的污染比較普遍，自然造成淺層地下水污染也比較普遍。在北方，地下水的超采比較嚴重，造成大面積地下水漏掉。由于地下水比周邊地區(qū)明顯低，形成漏斗區(qū)，在壓力作用下，周邊的地表水進入這塊區(qū)域，這使得地下水更容易受到污染。而飲用水源所受污染很難被傳統(tǒng)水處理工藝消除。”公眾與環(huán)境研究中心主任馬軍表示。

為此，近年來，為促進工業(yè)經(jīng)濟與水資源及環(huán)境的協(xié)調發(fā)展，國家有關部門頒布了不少政策法規(guī)。

2005年，國家發(fā)改委、科技部會同水利部、建設部和農(nóng)業(yè)部組織制定、發(fā)布的《中國節(jié)水資源政策大綱》首先提出要發(fā)展外排廢水回用和零排放技術。鼓勵和支持企業(yè)外排廢（污）水處理后回用，大力推廣外排廢（污）水處理后回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的技術。在缺水以及生態(tài)環(huán)境要求高的地區(qū)，鼓勵企業(yè)應用廢水零排放技術。在2006年前后，國家發(fā)改委批復現(xiàn)代煤化工示范項目的前提條件就是企業(yè)必須承諾零排放，否則項目環(huán)評就難以得到批復。

隨著環(huán)保政策和標準的日益嚴格，前幾年在西部地區(qū)啟動煤化工項目的企業(yè)在選址、立項上屢屢碰壁，陷入兩難境地。2015年以來，江蘇蘇新能源公司40億立方米煤制天然氣項目、伊犁新天20億立方米煤制氣項目、山西潞安煤制油項目的環(huán)評報告相繼遭到環(huán)保部駁回，引起業(yè)內震動。環(huán)評被否原因大多涉及煤制氣的環(huán)保“老大難”問題，水資源利用和廢水處理。所有問題歸結為一點——零排放能否實現(xiàn)。

“2008年，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的GB/T21534-2008《工業(yè)用水節(jié)水術語》中對零排放解釋為企業(yè)或主體單元的生產(chǎn)用水系統(tǒng)達到無工業(yè)廢水外排。可以理解為，零排放就是將工業(yè)廢水濃縮成為固體或濃縮液的形式再加以處理，而不是以廢水的形式外排到自然水體。目前國內廢水零排放工程，普遍投資較大且成本較高。”中國水利協(xié)會脫鹽分會秘書長郭有智舉例說，國內首家已建成但還未真正實現(xiàn)廢水零排放的神華集團有限責任公司煤制油項目在環(huán)保上投入達13.4億元，占到項目總投資的10%，試運行期間每噸有機廢水的處理成本超過5元，每噸含鹽水的處理成本則超過38元。

正滲透技術應用多領域已有示范

“煤化工廢水傳統(tǒng)處理技術存在投資額巨大、運行費用高、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等弊端。正滲透技術正是基于目前零排放領域的現(xiàn)狀，開發(fā)的一項具有劃時代意義的新技術。” 科萊克環(huán)境資源技術（北京）有限公司技術總監(jiān)李素青介紹說，正滲透技術是利用自然界的滲透現(xiàn)象，通過化學聚合制成的半透膜，水分子會利用滲透壓差從低濃度含鹽液體自然擴散到高含鹽液體中，不需要外加高壓泵等設備作為分離驅動力。此外，該技術對膜的污染相對較輕，滲透膜可以持續(xù)長時間運行而不需要清洗，從而實現(xiàn)投資和運行費用的大幅度下降。

據(jù)了解，美國Oasys公司在美國Permian盆地的頁巖氣項目，是世界第一個運用正滲透膜技術。該技術處理石油化工的高鹽廢水，實現(xiàn)了零排放，且處理后的水質可達到飲用水的品質。2013年，北京沃特爾水技術股份有限公司投資入股美國Oasys Water，并將正滲透膜處理技術引進國內，與公司自有的石灰混凝澄清技術相結合，形成了獨特的針對高COD、高含鹽工業(yè)廢水零排放解決方案。

自此，國內高鹽廢水零排放有兩種技術路線：一種是石灰軟化+正滲透膜濃縮+結晶干燥；另一種是石灰軟化+蒸發(fā)+結晶干燥。這兩種技術路線目前在我國燃煤電廠均有示范項目，華能長興電廠采用的是正滲透+結晶技術，廣東某電廠采用的是傳統(tǒng)蒸發(fā)+結晶工藝。

“這兩種技術路線的最大區(qū)別是傳統(tǒng)蒸發(fā)結晶技術能耗高，正滲透膜濃縮技術相對能耗低。”李素青介紹說，蒸發(fā)結晶工藝是利用蒸發(fā)器將廢水進行濃縮至15%左右的含鹽量，濃縮的高含鹽水通過結晶、干燥轉化成固體鹽進行處置。由于蒸發(fā)器是將廢水通過相變形成水蒸氣，冷凝后回收水，這過程中將廢水汽化需要吸收大量蒸汽，整個過程廢水100%相變，消耗大量的能源。比如廣東某電廠零排放示范項目采用該技術運行費用達180元/噸廢水。而正滲透膜濃縮過程是把水分子吸入到汲取液中，不用使用大量的蒸汽和電就可以把廢水含鹽量提升至25%左右，汲取液的氣水分離相對廢水相變量較低，僅占廢水量的1/3，既減少了結晶器的處理水量，又降低了能耗。比如華能長興電廠采用該技術的運行費用為45元/噸廢水。

另外，正滲透膜濃縮抗沖擊性負荷大，操作維護簡單。蒸發(fā)結晶工藝都是采用蒸汽加熱，停機前需要降溫循環(huán)，而啟機前則需要大量蒸汽預熱，整個啟停機過程操作復雜；而正滲透膜濃縮工藝可以根據(jù)廢水含鹽量自動調節(jié)濃縮倍率，保證結晶的含鹽量，啟停機不需復雜的操作程序，實現(xiàn)一鍵啟停。

據(jù)華能長興電廠技術主管邵國華介紹，華能電廠22立方米/時的電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)，引進正滲透膜處理技術處理后，每小時18噸脫硫鹽水可以濃縮至3～4噸，廢水100%回用，廢水中的污染物質可全部以結晶和污泥的形式分離。而且在運行中，蒸汽、藥劑、電的耗量大大降低。比如處理一噸廢水的能耗由傳統(tǒng)蒸發(fā)結晶法的20～40千瓦時降低到10千瓦時，運行成本降低30%。預計公司每年可回收18萬噸優(yōu)質淡水，產(chǎn)出可銷售的工業(yè)級鹽約2000噸，實現(xiàn)了社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟效益三贏。

此外，正滲透技術在海水淡化領域也顯示了它的潛在應用價值。目前，河北黃驊建立的首個正滲透技術海水濃縮中試裝置已投入了使用，為海水淡化及綜合利用試驗室的研究工作提供了可靠的運行數(shù)據(jù)。

據(jù)了解，正滲透技術可使海水淡化產(chǎn)水率從現(xiàn)行技術的40%提升至85%，同時提高濃鹽水中溴、鎂、鉀的濃度，有利于提取利用這些資源，大幅降低海水淡化的運行成本，減少高鹽度海水對環(huán)境的污染，能耗為現(xiàn)行水技術能耗的70%。

打造煤化工零排放示范工程

正是基于這些成功的應用實例，陽煤集團煤化工新材料園區(qū)污水處理項目鎖定了正滲透技術。

負責陽煤化工新材料園區(qū)污水處理項目建設的己二酸分公司總工程師李楷介紹說，陽煤化工新材料園區(qū)鍋爐補水濃鹽水處理裝置設計進水量為50立方米/時，出水量要求濃縮至5立方米/時；出水水質要求TDS高于2.4×105ppm，回用水達到國家《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》GB/ T19923-2005）中關于再生水用做敞開式循環(huán)冷卻水補充水的水質標準。新材料零排放工程給國家環(huán)保部承諾，建成煤化工零排放示范樣板工程。環(huán)保部表示竣工投產(chǎn)后，將組織煤化工業(yè)界人士在這里開現(xiàn)場會，所以公司對零排放技術選擇要求特別高。

“而正滲透零排放技術是目前全球最前沿的技術之一，也是目前全球唯一可以將TDS高達5×104ppm以上的高濃鹽水濃縮處理到超過2.4×105ppm以上的技術。這是我們看好正滲透技術的一個重要原因。第二個原因就是業(yè)界對正滲透技術的認可。Oasys Water（北京沃特水技術股份有限公司在美國投資入股的企業(yè)）獲得《全球水情報》雜志頒發(fā)的‘2014年度最佳水科技公司獎’；Permian盆地項目，以革命性的正滲透膜濃縮（MBC）技術獲‘2014全球最佳工程獎’；2014年，該技術被中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會評定為煤化工行業(yè)環(huán)境保護重點技術；北京沃特爾水技術股份有限公司廢水石灰混凝沉淀及正滲透濃縮處理零排放技術榮獲北京市新技術新產(chǎn)品（服務）認定……第三就是它在行業(yè)里的業(yè)績。國內已經(jīng)投產(chǎn)使用的華能長興電廠脫硫廢水零排放工程、正在設計的神華王曲電廠脫硫廢水零排放工程，以及在美國的一些應用成功實例。我們公司大膽引進正滲透技術，就是相信這個技術同樣可以在煤化工廢水零排放創(chuàng)造出奇跡，打造出煤化工零排放示范工程。”李楷表示。

“正滲透技術利用目前日臻成熟的預處理和預濃縮技術，對現(xiàn)有蒸發(fā)結晶零排放技術進行提升，實現(xiàn)了不依賴蒸發(fā)器完成對煤化工廢水的再回收利用和高倍率濃縮，大幅度降低投資和運行費用，順應了市場發(fā)展要求。此外，公司依托正滲透零排放實驗室和研發(fā)中心，可以給煤化工企業(yè)量身定做零排放技術解決方案，再通過小試、中試最終成功應用到實際生產(chǎn)，可以極大降低技術應用的風險率。目前國內煤化工等行業(yè)已有數(shù)十家企業(yè)對正滲透技術表達了濃厚的興趣，而公司的EPC、BT、BOT、PPP等多種經(jīng)營模式也將是正滲透技術快速推廣的一個重要原因。”科萊克環(huán)境資源技術（北京）有限公司總經(jīng)理高飛義表示。

北京沃特爾水技術股份有限公司首席營銷官陽華衡充滿信心地表示：“目前正滲透技術很火，以后還會更火。因為它順應了國家環(huán)保政策發(fā)展的要求，滿足了煤化工等行業(yè)廢水減量化、資源化和零排放的需求。”