煤化工高盐水处理技术概述与问题探讨

煤化工高盐水处理技术概述与问题探讨

江苏穹宇机械有限公司多年从事多效蒸发器和废水蒸发器的生产，现代煤化工是以煤为原料生产碳一化学品及其衍生物的新型化工产 业，也是近几年快速发展并逐步成长起来的大型煤化工产业。 随着全国各 类煤化工项目的密集建设和发展， 采取以环境和资源可承受能力为基础 的高效率、低能耗、低污染、低排放的经济发展方式，是现代煤化工惟一可 接受的可持续发展道路。 尤其是处于大西北多旱少雨的地区，水资源再利 用与环境保护问题日益突出。 可以说，煤化工的环保问题，归根到底是发 展方式与节能减排的问题。 要解决煤化工的环保问题，首先要解决高盐水 治理与排放的问题，做到工业废水“ 近零排放”是当前现代煤化工亟待需 要解决的重要问题之一。

1 高盐水的来源与特点

1.1 高盐水来源 现代煤化工高盐水中的盐分主要来自于循环水、除盐水制备环节带入和浓缩的， 以及工业废水处理与再利用过程中添加的各种药剂和产生 的浓盐水。据现有项目分析，一个煤化工项目补充新鲜水（ 以黄河为水源） 带入 的盐量超过整个系统盐量的 1/2 以上， 其次是生产过程和水系统添加化 学药剂产生的盐量，占总盐量的 1/3 以上。这表明，要降低水中的含盐量达 到节水目的，可以通过确定合理的循环倍数和加药方式得以实现，但最难 解决的是工业废水循环再利用后产生的 15~30%（ 体积百分比）浓盐水。

1.2 高盐水特点 根据日常水质检测结果来看，煤化工高盐水总体呈现排放量大、水质变化小、氯离子含量偏高、水质含盐量较稳定且普遍不高等特点。 其组成 主要以有机物和无机盐类为主，CODcr 一般在 60～120mg/l，TDS 一般在 1900～3000mg/l，NH3-N 含量极低，水体感观性状良好，清澈透底、无明显 异味。 因煤化工生产工艺不同，排水水质的各项指标略有差异，以上水质 特点仅代表本企业实际情况。

2 高盐水处理技术概述 根据煤化工高盐水的特点及处置需求，现阶段通常采用的高盐水处理工艺有膜分离技术、热蒸发技术以及两种技术形成的组合工艺三大类。 2.1 膜分离技术[1,2] 膜分离技术是利用膜对混合物中各组分选择透过性能的差异来分离、提纯和浓缩目标物质的新型分离技术。 目前，在化工及石油工业领域 已广泛应用的膜分离技术有五种，分别是超滤、微滤、纳滤、渗析和反渗 透。按照脱盐能力的大小可将其进行初步划分，即微滤＜超滤＜纳滤≤电渗 析＜反渗透。

（1）超滤、微滤、纳滤膜分离技术 超滤、微滤、纳滤主要用于气、液相微粒、细菌以及其他污染物的截留去除， 最小截留分子量可达 80~1000Dal。 尤其是对标准有机物和 NaCl、 MgSO4、CaCl2 溶液的截留率最高可达 90%，可以有效去除悬浮物（ SS）、胶 体等相对较大的颗粒物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 但以上技术的脱 盐效果并不理想，其一般可作为料液的澄清、保安过滤、空气除菌、大分子 有机物的分离与纯化等。

（ 2）电渗析与反渗透膜分离技术 电渗析与反渗透是脱盐技术中常用的两种方法。 前者是以电位差作为推动力，后者则是以渗透压作为推动力的膜分离过程。 近些年来，这两 种技术也得到了进一步的改良与优化， 主要体现在倒极式电渗析（ EDR） 技术和高效反渗透（ HERO）技术。 前者利用自动频繁倒换电极的方式，有 效解决了装置持续、稳定运行与频繁结垢的问题；后者使 RO 在 PH 较高 的条件下，通过两级软化、脱气处理去除了硬度和二氧化碳，提高了硅的 结垢极限，有效控制了生物和有机物的污堵，并大大提高了废水回用率（ ＞90%）。由于 EDR 技术电耗大、处理成本高、操作经验不足、回用水率普遍不 高等原因，目前已逐渐被具有节能、处理成本低、规模大、技术成熟等特点 的反渗透膜分离技术所取代。 但反渗透膜分离技术也存在着亟待需要解 决的膜污染、堵塞、腐蚀、使用寿命短等问题，尤其是当给水 TDS 高于 6000mg/l 时，其脱盐率会急剧下降[3]。

2.2 热蒸发技术 热蒸发技术主要针对含盐量在 4%（ 质量分数） 左右或更高浓度的含盐废水进行蒸发浓缩的工艺，其特点主要表现在：①一般使用物理方法进 行蒸发浓缩，有时可见化学法（ 焚烧、高级氧化等） ；②废水处理量普遍不 大，有的甚至很小；③处理成本和能耗普遍较高；④固废产生量大，成分复 杂，无法有效回收再利用等。热蒸发技术主要有多效蒸发、机械压缩再蒸发、膜蒸馏等技术。 （ 1）多效蒸发（ MED）技术多效蒸发是让加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸发， 前一个蒸 发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源并冷凝成为淡水， 每一蒸发 器称作“ 一效”。 一般情况下，循环蒸发器的串联个数（ 效数）在 3~4 个。 根 据工艺条件的不同，其工艺流程主要有并流法、逆流法、平流法、混流法四种。在废水处理上，多效蒸发主要适用于高盐份、高有机物含量废水的单 独处理，同时配合膜技术实现全范围的“ 零排放”工艺。

（ 2）机械压缩再蒸发（ MVR）技术 利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽， 提高二次蒸汽的热焓，并将二次蒸汽导入原蒸发系统作为热源循环使用[4]。 该技术大 幅度降低了蒸发器生蒸汽的消耗量， 补充的生蒸汽也仅用于系统热损失 和进出料温差所需热焓的补充，节能效果相当于十效蒸发系统，是目前国 际上应用较为广泛和先进的蒸发器技术。

（ 3）膜蒸馏（ MD）技术 膜蒸馏是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术，即通过冷、热侧相变过程，实现混合物分离或提纯。 与传统蒸馏方法和其他膜分离技术相 比，该技术具有运行压力低、运行温度低、分离效率高等优点，可充分利用 太阳能、废热和余热等作为热源。 根据膜下游侧冷凝方式的不同，膜蒸馏 技术可划分为接触式、空气隙式、气扫式和真空膜蒸馏四种形式[5]。

    近些年来，膜蒸馏技术得到了一定程度的发展，但仍然存在着与膜分 离技术相同的问题，如：膜污染、结垢堵塞等，应用领域还不是很广泛，可 商业化运行的技术难题仍需进一步解决。

2.3 膜分离与热蒸发组合技术 随着国家及地方针对煤化工废水排放的环保政策与要求的不断深化，高盐水处理的工艺组合技术得到了较快的发展与研究，正向多样化、 可协同处理的成熟路线稳步发展。 该组合工艺最大的优点在于工艺的选 择性多，水质适应性好，可根据脱盐规模大小、水质要求、地理气候条件、 技术与安全性、投资来源与管理体制等实际条件形成不同的处理方法。该工艺主要采用了石灰石软化、超滤、反渗透、热蒸发组合技术。 其 中，石灰石软化预处理工艺增加了 PAM 加药系统、高效沉淀器、中和池及 二次过滤系统，可进一步提高析出盐分的絮凝、沉降与分离，并具有一定 程度的 CODcr 去除能力。 超滤与反渗透的工艺组合是目前普遍采用的除 盐技术，处理效果明显，运行较为稳定，适用于 TDS＜6000mg/l 的含盐废水 的再处理、再利用，回用水率可达 70%以上，膜使用寿命可达 3 年。 外排的 浓盐水可通过 DM（ 蝶式振动膜）装置进行回收再利用，其最大优势在于膜 污染控制效果好、水质适应性强、能耗较低，污水回收率最高可达 85%以 上， 并同时设置了机械压缩再蒸发系统和盐分离器， 使盐水得以完全分 离，达到“ 近零排放”的处理需求。

3 高盐水处理存在的主要问题[6] 高盐水处理的要问题有以下几个方面：

1）膜及蒸发系统污堵与腐蚀问题的解决。 引起膜及蒸发系统污堵和 腐蚀的主要原因是胶体物质、微生物及无机盐分别在膜表面进行沉积、生 长、结晶以及高浓度氯离子和低 PH 值水质所致。 虽然目前也采取了一些 控制手段，但从根本上解决此类问题的方法还不成熟，绝大部分尚处于研 究阶段。

2）技术应用生产成本的控制。 不论是膜分离技术还是热蒸发技术， 都存在着高投入、高消耗、高能耗的突出问题，高盐水处理的经济代价是 巨大的。 可以简单地说，目前解决高盐水排放的方法主要是以较多的能源 消耗换取污染物的减排。 因此，使高水处理系统能够真正运行下去，必 须考虑其运行成本。

3）固体废弃物“ 三化”（ 减量化、资源化、无害化）问题的解决。