煤化工高鹽廢水處理及資源化回收進展

孫晉琳　劉紅麗　楊偉　覃一洲　劉鎮(zhèn)銘

摘? ?要：隨著大型煤化工企業(yè)污水排放與環(huán)境保護矛盾日益突出，再加上就近水體流域納污能力接近飽和，順應(yīng)時代發(fā)展要求的綠色GDP理念被推出。煤化工企業(yè)不得不一次又一次挑戰(zhàn)與攻克高鹽廢水資源化利用的技術(shù)性難題，以應(yīng)對環(huán)保壓力。當(dāng)前，高鹽廢水處理技術(shù)雖然已有較為成熟的經(jīng)驗，但是可資源化回收和利用高鹽廢水還有很多難點要突破。

關(guān)鍵詞：煤化工;高鹽廢水處理;回收利用

1? ? 煤化工高鹽廢水簡介

高鹽廢水是指總?cè)芙夤腆w質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到3.5%以上且含有有機物的廢水。煤化工項目流程最終外排水大多數(shù)為高鹽廢水。高鹽廢水的排放途徑較廣泛，污染較嚴(yán)重，因而處理高鹽廢水排放的污染問題顯得較為急迫與突出。高鹽廢水的處理方法有多效蒸發(fā)（Multi-Effect Evaporation，MED）、多級閃蒸（Multi-Stage Flash，MSF）、蒸汽壓縮（Vapor Compression，VC）冷凝生化處理等諸多方法。能源的開發(fā)與創(chuàng)新不能以犧牲環(huán)境作為代價，應(yīng)優(yōu)先考慮在保護環(huán)境的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟，突出技術(shù)的創(chuàng)新與開發(fā)，將許多先進、成熟的節(jié)能環(huán)保技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)實踐，在化工企業(yè)的廢水排放技術(shù)方面應(yīng)考慮改進應(yīng)用與創(chuàng)新污水“零排放”技術(shù)。

2? ? 煤化工高鹽廢水處理現(xiàn)狀

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)正成為我國煤炭清潔、高效利用的重要新生力量，對保障我國能源安全、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境質(zhì)量形成有力的補充[1]。近些年來，煤化工高鹽廢水處理利用技術(shù)成為熱門的研究領(lǐng)域，國內(nèi)主要的技術(shù)路線大多描述的是理論性的流程，缺乏具體的參考數(shù)據(jù)及實踐經(jīng)驗。通過對國內(nèi)一些相關(guān)企業(yè)高鹽廢水處理技術(shù)的進一步分析，梳理出主要的煤化工高鹽廢水及結(jié)晶鹽處理利用工藝特征、處理效果及技術(shù)進展（見表1）。

此外，2016年，阿奎特水處理有限公司煤化工廢水零排放技術(shù)，實現(xiàn)高鹽廢水“零排放”并產(chǎn)出合格工業(yè)鹽，不過處理成本達到10元/t。據(jù)該公司介紹，目前應(yīng)用了阿奎特公司煤化工廢水零排放技術(shù)的在建項目還有神華寧煤煤制油生化污水深度處理項目、云天化呼倫貝爾能源化工濃鹽水處理項目、匯能煤制氣水處理項目、甘肅宏匯能源零排放項目、圖克工業(yè)園礦井水深度處理工程等項目。

成熟的廢水減量化工藝可大大減輕后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶的負荷，減小能源消耗，結(jié)晶鹽資源化實現(xiàn)外售不但降低了雜鹽處理成本，還能獲得最大的經(jīng)濟效益，這也是高鹽廢水處理的發(fā)展趨勢。為此，國內(nèi)一些企業(yè)在積極探索開發(fā)更經(jīng)濟、合理的煤化工高鹽廢水資源化利用新途徑，如寧夏寶豐集團的高鹽廢水海藻養(yǎng)殖項目已開始試驗，神華寧煤集團、寧夏寶豐集團、中國石化長城能源等大型煤化工企業(yè)已經(jīng)開始展開高鹽廢水資源化利用或可行性研究[1]。

3? ? 高鹽廢水的主要處理技術(shù)

根據(jù)高鹽廢水處理原理的不同，可分為膜分離法、蒸發(fā)結(jié)晶法、離子交換法、生物法、冷凍法等。

膜分離法是利用膜的選擇性（孔徑大小），以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實現(xiàn)分離的一種技術(shù)[2]。常用的液體膜分離過程主要包括微濾、超濾、納濾、電滲析、反滲透（Reverse Osmosis，RO）、膜蒸餾和滲透汽化。膜材料和組件的開發(fā)是決定膜分離法大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。膜分離法可對各鹽組分選擇性透過，實現(xiàn)分離、提純和濃縮，但是成本較高，膜易受到有機物污染。蒸發(fā)結(jié)晶法使用蒸汽加熱濃縮后廢水，將水蒸發(fā)后再冷凝，實現(xiàn)水的回收和鹽的濃縮、結(jié)晶。

離子交換法是使用一種在交聯(lián)聚合物結(jié)構(gòu)中含有離子交換基團的功能高分子樹脂吸附離子，達到凈化廢水的目的。不過，樹脂再生需要消耗大量酸堿，產(chǎn)生二次高鹽廢水，不能在根本上解決鹽回收問題。

生物法包括好氧生物處理、厭氧生物處理和好氧/厭氧組合工藝，處理性能主要取決于嗜鹽微生物的培養(yǎng)和馴化。高鹽環(huán)境會抑制微生物生存，一般需要大量水稀釋到較低濃度，才能保證微生物生存。

冷凍法利用水在結(jié)晶過程中會自動排除雜質(zhì)的原理，可實現(xiàn)鹽分離，但是不能將鹽分步結(jié)晶，混合鹽無太大經(jīng)濟價值，而且耗能較高。

近年來，結(jié)合了蒸發(fā)結(jié)晶和冷凍結(jié)晶技術(shù)的分質(zhì)結(jié)晶法引起廣泛研究，分質(zhì)結(jié)晶法處理以NaSO4和NaCl為溶質(zhì)的濃鹽溶液時，效果較明顯，若溶液成分較雜、較多時，效果較差。除此之外，還有電化學(xué)、焚燒等方法。焚燒法易產(chǎn)生有毒物質(zhì)，且難以資源化利用。電化學(xué)法主要是借助電解鹽溶液，但是無論是離子膜法還是隔膜法，都因為鹽濃度不穩(wěn)定、鹽種類復(fù)雜和有機物污染問題而很難滿足電解要求。分質(zhì)結(jié)晶法（也稱為鹽沉析），即根據(jù)溶解度的不同，將濃鹽水分步析出、結(jié)晶，得到較純凈的結(jié)晶鹽。該方法目前只是實驗室研究，還沒有工程案例實際應(yīng)用[3]。

通常情況下，煤化工項目中會使用2種及以上的組合技術(shù)來完成高鹽廢水的處理。通常采用膜法為核心的處理技術(shù)，最大限度地將回收優(yōu)質(zhì)水回用到系統(tǒng)水循環(huán)中，減少后期蒸發(fā)或結(jié)晶的系統(tǒng)規(guī)模，使投資項目的經(jīng)濟效益得到提高。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，因為煤化工項目中原水特點及項目內(nèi)部回用率、濃縮倍數(shù)的大幅提高，致使煤化工含鹽廢水處理技術(shù)和處理的投資難度大幅度增加。高鹽廢水資源回收處理技術(shù)方案既要考慮技術(shù)的牢靠性、也要考慮經(jīng)濟的實惠性，那就要從水質(zhì)、預(yù)處理工藝最優(yōu)化、減量化工藝的膜法處理級數(shù)及設(shè)備選型、工藝投資和運行成本等多方面開展綜合論證，同時從整體規(guī)劃出發(fā)，逐步完善高鹽廢水資源化回收技術(shù)方案。

[參考文獻]

[1]紀(jì)欽洪，熊? ?亮，于廣欣，等.煤化工高鹽廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及對策建議[J].現(xiàn)代化工，2017，37（12）：1-4.

[2]王彥飛，楊? ?靜，王婧瑩，等.煤化工高濃鹽廢水蒸發(fā)處理工藝進展[J].無機鹽工業(yè)，2017，49（1）：10-14.

[3]KUAN H，DEQING L，HAO Z，et al.Application of homogeneous membrane electrodialysis in the treatment of high-salt organic wastewater[J].IOP Conference Series：Earth and Environmental Science，2019，227（6）：62 043.