零排放技術在煤化工污水處理中的應用展望

摘要：零排放技術在煤化工行業，特別是國外的相關行業中應用相對較多。本文針對我國西北地區嚴重缺水且大多數企業沒有納污水體的特點，重點闡述介紹了利用蒸汽壓縮機進行升溫、加壓和蒸汽循環的降膜晶種蒸發結晶工藝和臥式噴淋降膜蒸發結晶工藝，以及反滲透濃縮與臺風蒸發器工藝在國內煤化工行業零排放中的應用設想和展望。

關鍵詞：零排放；煤化工

中圖分類號：X131.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0109-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.065

Abstract： zero emission technology is widely applied in coal chemical industry， especially in related industries abroad. In view of the characteristics of serious water shortage in Northwest China and most of the enterprises that have no sewage water， this paper focuses on the evaporation crystallization process of falling film crystal seed and horizontal spray falling film evaporation crystallization process using steam compressor for heating， pressure and steam circulation， and the process of reverse osmosis concentration and typhoon evaporator in domestic coal chemical industry. The idea and Prospect of the application of zero emission in the industry.

Keywords： Zero emission；coal chemical industry

1 概況

隨著我國煤化工產業的不斷推進，越來越多的廢水隨之產生，然而到目前為止，很多煤化工企業的廢水還是以部分回用、部分排放作為廠區廢水的主要處理途徑。

排放的廢水以高含鹽、高堿度和高硬度為主要特征，這部分廢水直接排放河流會導致局部水域含鹽量增加從而影響當地灌溉條件、水環境及土壤環境。隨著國家環保政策要求越來越嚴格，這樣的處理方式已逐漸成為企業發展的瓶頸，采用零排放技術也逐漸發展成為煤化工廢水處理的必經之路。

2 高含鹽水的來源及水質情況

（1）目前煤化工生產過程中，高含鹽水的來源主要來自于化學水的濃水、循環水排污水及氣化裝置排出的含離子濃度較高的達標污水。

（2）高含鹽水的水質。對大多數煤化工企業來說，由于沒有納污水體，企業一般都最大限度回收利用水資源，多股廢水一般進行脫鹽處理。廢水經過軟化、過濾、多級反滲透后，出水一般作為化學水、循環水的補水加以利用。反滲透的濃水處理一般采用的辦法是進入蒸發塘。但由于蒸發塘受地點、氣候影響，不能發揮最大效能，且嚴重影響地下水的水質。由于反滲透濃水的含鹽量很高，所以進行零排放工作勢在必行。高含鹽水經過濃縮、蒸發及結晶后，出水補充化學水、循環水，結晶鹽分輸送到掩埋場進行掩埋。

3 高含鹽水一般采用的處理工藝

目前國外、國內對高含鹽水的處理一般采用的工藝有：蒸發塘、多效蒸發-結晶、多效閃蒸、單效蒸發-結晶，而單效蒸發-結晶又分為：降膜蒸發、噴淋蒸發、濃縮蒸發-結晶等多種形式。目前在國內使用主要是降膜蒸發+結晶工藝、噴淋蒸發+結晶工藝、濃縮蒸發+結晶工藝。下面就三種形式的蒸發+結晶工藝做一個簡述。

3.1 降膜晶種法（利用蒸汽壓縮機進行升溫、加壓和蒸汽循環）蒸發器+結晶工藝

3.1.1 蒸發器工藝描述

（1）鹽水蒸發器的設計基于裝置的進水水質，一般循環水排污水、脫鹽水濃水與處理后的達標污水，經二至三級反滲透處理后的濃水，成為蒸發系統的進水。為了防止蒸發器內結垢，硫酸鈣（鹽種）在濕的蒸發器表面循環。通過對鹽種濃度、鹽種特性和設備的幾何參數等設計參數的控制，蒸發器得以在這種具有嚴重結垢傾向的環境中正常運行。在蒸發器換熱管內壁，隨著水從鹽水膜中蒸發出來，剩余的鹽水濃度達到過飽和，硫酸鈣、硅酸和其他易結垢的化合物開始沉積。由于鹽種的存在，開始沉淀的物質會沉積在鹽種晶體表面，促使晶體的生長，而不會形成新的晶核附著在換熱表面。也就是說硅酸和其他具有結垢傾向的鹽分會附著在硫酸鈣晶體表面。這種防止結垢的機理叫做“優先沉淀”，該理論被實踐證明能夠有助于保持換熱表面的清潔。鹽種工藝最大程度降低了硫酸鈣的結垢風險。同時可以緩解其他化合物如硅酸等產生的結垢問題。然而有一種鹽分的結垢不能通過鹽種工藝來預防，它就是碳酸鈣。因此需要在蒸發器上游的除氧器中去除CO2 來消除碳酸鈣在蒸發器中結垢的風險。除添加阻垢劑和氯化鈣（用于幫助引晶）以外，廢水給水 pH 值還在給水箱中進行調整，之后給水流過一臺板式換熱器后進入除氧器，在這里去除二氧化碳和其他揮發性物質。在此去除二氧化碳可防止當給水在蒸發器中濃縮時形成碳酸鹽結垢的可能性。去除氧氣可降低腐蝕。除氧器在一個略高于蒸發器鹽水槽中壓力的恒定壓力下運行。

（2）工藝原理。進料廢水進入給水箱，在除氣和脫二氧化碳前在這里將 pH 值調整到5.5 ～6.0。酸化的廢水經泵流經換熱器，在這里將其溫度提高到接近沸點。管子內部產生的蒸氣流經除霧器，并進入蒸氣壓縮機中。壓縮蒸氣流到傳熱管的外側。廢水進入除氧器與低壓蒸汽逆流接觸，去除水中氧氣和二氧化碳等不可凝氣體。濃鹽水從管子內下降，工廠蒸汽或工藝蒸汽的熱量被傳至較冷的鹽水側，使一部分水蒸發。當工廠蒸氣（工藝蒸汽）釋放熱量時，其自身冷凝成冷凝液。熱進料廢水與鹽水槽中的濃鹽水相混合。濃鹽水從底槽不斷循環流到傳熱管束頂部的頂部管箱。冷凝液經換熱器泵回，并在換熱器中將熱量釋放給新進入的進料廢水。當濃鹽水在傳熱管內部以降膜流下并返回到底槽時，一部分水被蒸發。少量濃鹽水從鹽水槽排出，以控制鹽水槽中的鹽水濃度，并將進一步在結晶器系統進一步處理后最終成為固體鹽分。

3.2 反滲透濃縮與臺風蒸發器

反滲透濃縮與臺風蒸發器是根據廢水特征，將來水經過水質水量調節后首先進入到疊片式過濾器去除廢水中有可能影響膜濃縮的懸浮物，過濾出水進入膜濃縮系統進行濃縮，濃縮系統分為一級兩段，總回收率為80%，滲透液可供循環冷卻用水或制取脫鹽水，濃縮液進入臺風蒸發系統進行蒸發結晶，實現水和鹽分的分離，從而實現含鹽廢水的零排放處理。

3.2.1 調節預處理單元

調節預處理單元包含調節池、疊片式過濾器兩部分。調節池——進行廢水水質水量的調節，實現廢水的均質化及均量化。疊片式過濾器—作為膜濃縮段的預處理單元體的高效分離系統，過濾精度為20μm，操作壓力為1.0疊片式過濾器是由一系列的薄片疊在一起組成的，薄薄的塑料疊片兩邊刻有大量一定微米尺寸的溝槽。一串同種模式的疊片疊壓在特別設計的內撐上。通過彈簧和液體壓力壓緊時，疊片之間的溝槽交叉從而制造出擁有一系列獨特過濾通道的深層過濾單元，這個過濾單元裝在一個耐壓耐腐蝕的濾筒中形成過濾器。SPIN KLIN 自動反沖洗過濾器是疊片式過濾器在于它的專利設計的內撐，一體式內撐上有一組彈簧，一個活塞，和三組反沖噴嘴，他們配合其他控制系統共同作用達到高效過濾和完全反沖的功效。

3.2.2 膜濃縮單元

膜濃縮單元包含中間水池、膜堆及其配套系統。中間水池——調節水量，為膜濃縮提供穩定水量。膜濃縮單元——利用特殊的WLRO 膜濃縮系統進行廢水回收，回收率為80%以上，可以大大降低蒸發結晶單元的處理規模。廢水經過本單元之后濃縮的TDS上升至100000mg/L 以上。

4 結論

本文對上述零排放處理工藝進行了系統論述、探討和比較。根據有關文件介紹和了解，目前我國在煤化工行業，使用和正準備使用零排放的企業越來越多，其主要應用上述處理技術對高含鹽水進行處理，以此最大限度地進行水利用，達到企業零排放的目的。隨著環保壓力的越來越大，特別是西北缺水地區，由于沒有納污水體，對企業污染治理必須全方位進行，也必須采用零排放技術。利用上述零排放技術完全可以避免對當地的地下水的污染，雖然目前尚在中國企業應用較少，但在國外使用技術卻較為成熟。隨著環保壓力的加大，采用零排放技術勢在必行，只要企業克服技術和投資瓶頸，零排放完全可以在化工行業、煤化工行業實現。

參考文獻

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收稿日期：2018-04-02

作者簡介：郭磊（1989-），男，研究方向為水處理、安全環保管理工作。