煤化工废水浓缩技术的应用

煤化工废水浓缩技术的应用
发布时间：2021-09-02T03:11:01.380Z 来源：《科学与技术》2021年13期作者：郭潞
[导读] 煤化工高盐废水中含有可回收的氯化钠、硫酸钠等盐分，如果不对这些盐分进行
郭潞
山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平 048400
摘要：煤化工高盐废水中含有可回收的氯化钠、硫酸钠等盐分，如果不对这些盐分进行处理，不但会产生极难处理的高浓度废水，还会影响回用水的产品质量。

但是因煤化工含盐废水水量大、蒸发规模大、处理量大及能耗高等问题，废水进行蒸发结晶之前，应尽可能将其减量浓缩。

在浓缩过程中，由于浓水TDS的不断增长，适用的浓缩技术也在不断改变。

关键词：煤化工废水；减量浓缩；能量回收；零排放
1煤化工废水主要来源
近年来，煤化工产业在我国迅速发展，煤气化技术不断出新，其化学转变过程中产生的高污染浓度废水是个亟待解决的问题。

在践行绿水青山就是金山银山的发展理念的大背景下，各地污水排放标准不断提高，排放限制种类不断增加，甚至提出含盐量的限制要求，因此煤化工废水零排放逐渐被人们提上了日程。

煤化工生产过程中，COD、NH3-N主要是煤气化过程中发生化学反应产生，此外还有装置排油、排吸收循环液、排产品液等；盐分主要在给水系统中因工艺控制需要加入、在清浊两类循环水系统中被加入及富集，此外煤气化过程中煤炭中的无机离子也会带入、其它生产环节也会人为或非人为带入。

针对废水来源和特点，要秉持系统化处理思路，对其分阶处理，分质利用，最终实现零排放。

从煤化工生产有关情况看，其特点分为：1）色度深。

一般情况下，在实行煤化工方面生产作业时，各个环节都会有存在或者生成废弃杂物的风险，导致废弃杂物溶于某些工业废水中。

与此同时，工业废水杂质日渐会增加，使得各类污染物质出现大量融合，进而让废水变得非常污浊。

2）降解难度大。

由于污染废水内会涵盖一些有机物，比如，可能存在联苯或者喹啉，对于这些有机物来说，其本身结构较为稳定，所以降解难度就会加大，致使处理污染废水变得比较困难。

3）污染成分多样。

煤化工生产会因为其产出的产品比较多样，造成应用到各个生产工艺中也变得相对复杂，而且还会存在于多项或者不同生产环节。

与此同时，以上一些环境都会产生副产物，这也给废水处理带来更大困难，不但很难对污染物达到彻底清除，还会制约污染废水后续处理工作。

在此背景下，污水处理重要性日渐提升，因此，在面对烦琐以及复杂生产过程时，应对废弃物进行系统或者科学处理，增进污水处理效果。

2煤化工废水浓缩技术的应用措施
2.1煤化工废水浓缩阶段预处理
煤化工废水在浓缩前，由于水中的钙、镁离子含量较高，总硬度过高导致水体结垢倾向严重，造成膜孔阻塞，在进入膜处理浓缩前，通常需要增加一段预处理过程，将废水硬度控制在10mg/L以下。

2.2膜浓缩技术
2.2.1反渗透
对含盐废水施以外界推力克服其渗透压，使水分子通过膜，达到分离、提纯、浓缩目的的逆向渗透过程即为反渗透。

在煤化工废水处理工艺中，反渗透膜通常选用抗污染苦咸水淡化膜和海水淡化膜两种规格，可将浓盐水浓缩5倍以上，浓盐水经浓缩后实现了减量化，浓水TDS一般在50000mg/L左右，系统脱盐率≥98%，回收率≥80%；反渗透的产水已经能达到初级再生水水质指标。

2.2.2高压反渗透
由于普通反渗透膜运行时所能承受的压力一般为25～40bar，为了进一步提高浓水的含盐量，增大浓缩倍率，降低后续蒸发单元的处理压力，提高整个零排放系统的效率，必须加强相应膜组的进水压力。

近年来，不少水处理行业选用超高压卷式反渗透膜组合，碟管式反渗透（DTRO）是专门处理高浓度污水的膜组件，最大耐受压力可达120bar，高压反渗透系统回收率≥50%，脱盐率≥98%，盐分浓缩在100000～180000mg/L。

其它技术还有电渗析技术、超级反渗透技术、正渗透技术，其各有进水要求及出水标准，应根据不同的进水水质设计和产品设计，进行工艺组合选用，各有优缺点，不能完全相互代替。

2.3蒸发浓缩技术
混凝沉淀技术不能解决盐分的问题，膜分离技术也只能实现大部分水回用，浓水的TDS远低于饱和浓度，但膜浓缩技术受到压力等因素限制，已经不能满足结晶要求。

蒸发浓缩技术由于对进水水质的要求低、传热效率高、浓缩倍数大等优势，被广泛应用于高盐度水处理行业中。

蒸发结晶能耗高、处理量小，为了降低运行成本，蒸发过程中的节能显得尤为重要。

在蒸发过程中合理分配热能，使其满足系统内各结晶装置能耗需求，以下3种节能技术应用较为广泛。

2.3.1多效蒸发技术
所谓多效蒸发（MED），即生蒸气进入第一效蒸发器第一次使用后，排出的二次蒸气不进入冷凝器冷凝，而是作为二效蒸发结晶器的热源再次利用，达到节能的目的。

MED技术可将系统加热蒸气利用率提升至50%。

由第一效蒸发器允许进入的最高蒸气温度减去最后一效蒸发器的最低沸点温度，即MED系统的总温差。

在总温差范围内，随着蒸发器效数的增多，每一效之间的温差减小。

为了保证蒸发量，各效的加热面积必须相应地扩大，而煤化工浓水中大量氯离子的存在，使设备选型时都使用耐腐蚀的超级碳钢材料，扩大换热面积会使投资费用大幅度增多。

2.3.2热力蒸气再压缩技术
热力蒸气再压缩技术（TVR）主要是使压力较高的生蒸气在蒸气喷射器中高速流动形成负压，利用蒸气的黏性和湍流效应，将蒸发器产生的二次蒸气吸入，将两股不同压力的蒸气混合（一般生蒸气和二次蒸气的混合比例为1.0∶1.0～1.0∶1.2）发生能量交换后，形成一种压力居中的混合蒸气，实现二次蒸气再利用。

TVR技术采用蒸气喷射器，设计简单有效、没有转动部件、造价低廉、方便维护。

但喷射器在现场使用时产生的噪声大、引射率低、增压比不高，并且产生的动力蒸气只能利用在下一效蒸发器中，或者被送入冷凝器中作为残余蒸气，不能回到原系统中。

2.3.3机械蒸气再压缩技术
机械蒸气再压缩技术（MVR）的基本原理是将蒸发器排出的二次蒸气经过蒸气压缩机压缩，提高其饱和温度和压力后，再次送入蒸发
器中作为热源[14]。

MVR技术使本该需要用冷凝水来冷凝的二次蒸气潜热得到了充分的利用，通过使用相对较少的能量，即压缩机叶轮的机械能量被加入系统中，加热二次蒸气连续循环，不需要生蒸气作为加热介质。

与TVR技术相比较，由于蒸气喷射器只能压缩一次二次蒸气，剩余蒸气的能量必须作为预热释放给冷凝水，而MVR技术可以减少甚至消除通过冷凝器释放的热量，因而蒸气利用率更高，更加节约能源。

2.4载气萃取技术
载气萃取技术是通过空气的增湿去湿过程实现废水浓缩减量的新型脱盐技术。

当温度在20℃以上时，随着温度升高，空气中含水量上升趋势迅猛；空气与加热的废水直接接触，升温增湿将废水中的水蒸气带出，使废水浓缩减量；后由湿空气与冷凝水直接接触，温度下降，湿空气携带水能力下降，空气与水分离去湿后产水回用，空气排入大气。

载气萃取装置由增湿塔和去湿塔两大运行设备组成，空气在增湿塔升温携带水气减量浓缩，在去湿塔冷却气水分离，产生的淡水冷凝回收并在换热器预热时回给到水中。

与传统的蒸发技术不同，载气萃取技术所用的增湿塔与去湿塔均为直接接触的传热传质设备，避免了结垢腐蚀对传热传质的影响。

同时，载气与废水直接接触，使浓缩倍数不受渗透压和沸点等废水水质的影响，可将废水浓缩至饱和状态。

此外，根据空气升温特性，在80～90℃时携带水的能力足以满足煤化工高盐废水需求，因此，加热热源选择较为灵活，既可以是90℃左右的热水，也可以用0.1MPa的饱和蒸气进行加热，能耗低廉。

3结语
煤化工高盐废水浓缩处理是一项复杂的处理工程，往往需要根据水质选择一系列浓缩工艺组合应用并进行灵活的搭配，通过分级浓缩，既能让回用水达到初级再生水水质指标要求，又能减少浓水水量，减轻蒸发结晶处理压力，有效降低整体建设成本及运营成本，实现煤化工废水零排放。

参考文献
[1]范维唐，杜铭华.中国煤化工的现状及展望[J].煤化工，2005，33（1）：1-5.
[2]牟伟腾，刘宁，卢清松，等.煤化工含盐废水“近零排放”技术进展[J].煤炭加工与综合利用，2018（6）：42-48.。