煤化工廢水零排放技術(shù)的問(wèn)題與展望論文
1 煤化工廢水來(lái)源及特點(diǎn)
1.1 煤化工廢水來(lái)源
煤化工廢水可分為兩類(lèi)：有機廢水和含鹽廢水[1].有機廢水主要來(lái)源于煤氣化工藝廢水及裝置的生活污水等，其特點(diǎn)是含鹽量 TDS 較低，但有機物含量較高，污染物以 COD和氨氮為主。有機廢水的水質(zhì)差異主要取決于項目采用的煤氣化工藝。含鹽廢水主要來(lái)源于循環(huán)水排污、除鹽水站排污、鍋爐排污和化學(xué)清洗排污等，其特點(diǎn)是含鹽量 TDS 較高，而 COD 和氨氮濃度較低。
因此要按照分質(zhì)處理的原則，針對各類(lèi)廢水的不同性質(zhì)采用適當的處理工藝，將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行分類(lèi)處理，使處理后的再生水能夠達到回用的水質(zhì)指標。典型處理流程見(jiàn)下圖：
1.2 高含鹽廢水特點(diǎn)
回用水處理站產(chǎn)生的引高含鹽廢水含鹽量高，TDS 總量約20000 ppm,甚至高達 60000 ppm;有機物含量高，難以生化降解，有機物可能起溶液起泡，甚至影響鹽結晶；同時(shí)鈣、鎂、硅等離子含量較高，導致溶液污垢系數增加，結垢傾向增大。
2 煤化工廢水零排放技術(shù)現狀
煤化工產(chǎn)生的高含鹽廢水實(shí)現零排放的方式主要有兩種：
蒸發(fā) + 蒸發(fā)塘工藝、蒸發(fā)結晶工藝。
2.1 蒸發(fā) + 蒸發(fā)塘工藝
通過(guò)蒸發(fā)先將含鹽廢水濃縮到 TDS 約 150000~200000ppm,再送至蒸發(fā)塘進(jìn)行自然蒸發(fā)。該工藝的運行實(shí)例有神華鄂爾多斯煤直接液化項目的零排放裝置。
該工藝的缺點(diǎn)為：
蒸發(fā)塘具有一定的地域局限性，只適合建設于年平均蒸發(fā)量為降雨量 3~5 倍以上的區域[1].受氣候條件限制，西北地區冬季氣溫低，廢水自然蒸發(fā)量極小，無(wú)法滿(mǎn)足蒸發(fā)處理量要求；蒸發(fā)塘工藝沒(méi)有真正實(shí)現零排放，不能完全滿(mǎn)足環(huán)保要求；蒸發(fā)塘建設投資高，占地面積大，噸水占地約 1 萬(wàn)平方米；送至蒸發(fā)塘的水靠自然蒸發(fā)到大氣中，無(wú)法回收，造成水資源浪費；蒸發(fā)塘內析出的固體鹽需要定期清理，只能全部作為固廢處理，增加了廢水處理成本。
2.2 蒸發(fā)結晶工藝
蒸發(fā)結晶法處理含鹽廢水是通過(guò)蒸發(fā)濃縮，使廢水中具有結晶傾向的溶質(zhì)濃度達到過(guò)飽和狀態(tài)，形成許多微小的晶核，晶核長(cháng)大形成晶體析出，再進(jìn)行固液分離獲得固態(tài)結晶體；含鹽廢水中的水份吸熱后汽化形成二次蒸汽，二次蒸汽經(jīng)冷凝獲得產(chǎn)品水，從而實(shí)現含鹽廢水中鹽與水的分離。該工藝的運行實(shí)例有中煤鄂爾多斯能源圖克化肥項目的零排放裝置。
蒸發(fā)結晶工藝與傳統脫鹽工藝如反滲透、電滲析、離子交換相比，處理成本較高，但脫鹽率最高，且對進(jìn)水鹽分含量無(wú)限制。蒸發(fā)結晶工藝通常用于全廠(chǎng)水系統的末端，使無(wú)法采用傳統工藝進(jìn)行處理的濃鹽水達到零排放的要求。
3 蒸發(fā)結晶技術(shù)
由于結晶系統的設備造價(jià)和運行費用都比蒸發(fā)系統高，通常將蒸發(fā)系統作為結晶系統的預濃縮手段，以降低裝置的整體建設投資和運行費用。
3.1 蒸發(fā)
3.1.1 蒸發(fā)系統的驅動(dòng)方式
根據蒸發(fā)熱源的不同，可以將蒸發(fā)系統分為兩類(lèi)，包括蒸汽直接驅動(dòng)的單效或多效蒸發(fā)和電能驅動(dòng)的機械蒸汽壓縮再循環(huán)（MVC）蒸發(fā)。
�。�1）多效蒸發(fā)
蒸發(fā)系統的第一效采用新鮮蒸汽直接驅動(dòng)，第一效蒸發(fā)器中鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽用作第二效蒸發(fā)器的熱源，末效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽需要采用循環(huán)水冷卻或空冷后作為產(chǎn)品水回用。
多 效 蒸 發(fā)操作較繁瑣，雖然建設投資較MVC 蒸發(fā)稍低，但由于蒸汽價(jià)格遠高于電費，系統運行費用高。 對 于 工 廠(chǎng)有富裕蒸汽或其 他 廢 熱， 可以采用此工藝。
�。�2）機械蒸汽壓縮再循環(huán)（MVC）蒸發(fā)
蒸發(fā)器換熱管內鹽水蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)過(guò)壓縮機升溫升壓后，送回蒸發(fā)器的加熱室，作為鹽水蒸發(fā)的熱源。蒸發(fā)系統通過(guò)電能驅動(dòng)，正常操作時(shí)無(wú)需外供蒸汽。與外供蒸汽直接驅動(dòng)的蒸發(fā)系統相比，MVC 系統能夠獲得更高的熱效率。相比于多效蒸發(fā)系統，MVC 技術(shù)的應用可以簡(jiǎn)化工藝流程和操作，并大幅降低運行費用。蒸發(fā)系統鹽水的沸點(diǎn)升高值（BPR）不大，蒸汽壓縮機通�？梢赃x用離心風(fēng)機，相比離心壓縮機投資較低。
3.1.2 蒸發(fā)器的結構形式
蒸發(fā)器是一種特殊的傳熱設備，在結構上除設有用于熱量交換的加熱室、用于汽液分離的鹽水槽，此外，為了使蒸汽和液沫能有效地分離，還設有除沫器。
根據溶液在蒸發(fā)器中流動(dòng)的情況，常用的蒸發(fā)器形式有垂直降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器。
�。�1）垂直降膜蒸發(fā)
原料液由加熱室的頂部加入，溶液在重力的作用下沿管內壁呈膜狀下流，并被蒸發(fā)濃縮。降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液，也適用于黏度較大的物料，但對于易結晶的溶液不適用[2].降膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內停留時(shí)間短，傳熱效率較強制循環(huán)蒸發(fā)大，設備造價(jià)較強制循環(huán)蒸發(fā)器低。
2）強制循環(huán)蒸發(fā)強制循環(huán)蒸發(fā)器的溶液循環(huán)速度較高，適宜處理黏度大、易結垢及有大量結晶析出的溶液。它是利用外加動(dòng)力（循環(huán)泵）使溶液沿一定方向作高速循環(huán)流動(dòng)，其循環(huán)速度在 2.5 m/s 以上，動(dòng)力消耗較大[3].
3. 2 結晶
由于結晶系統的濃鹽水中有結垢和晶體析出，一般選用強制循環(huán)結晶工藝。結晶系統包括閃蒸罐、循環(huán)泵、加熱器、離心脫水機或板框壓濾機等基本設備。
結晶系統也可以選用蒸汽直接驅動(dòng)或電能驅動(dòng)方式。由于結晶系統的鹽水濃度更高，溶液的沸點(diǎn)升高值（BPR）大，如選用 MVC 結晶，蒸汽壓縮機必須選用離心式壓縮機，設備投資較大。
4 零排放技術(shù)存在的問(wèn)題及發(fā)展
4.1 零排放技術(shù)存在的問(wèn)題
由于高含鹽廢水中鈣、鎂、硅、氯離子含量較高，零排放裝置普遍存在蒸發(fā)器結垢及設備腐蝕等問(wèn)題[3].同時(shí)由于有機物含量高，導致蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)達不到設計指標。結晶系統中通過(guò)離心脫水機或板框壓濾機分離出的固體鹽為雜鹽，成分復雜，只能作為固體廢棄物進(jìn)行填埋處理，雜鹽的處理費用高于 2000 元 / 噸。高昂的結晶鹽處理費用限制了零排放技術(shù)的推廣應用。
縱觀(guān)國內已建成運行的零排放裝置，在經(jīng)過(guò)不斷的摸索和經(jīng)驗積累后，廢水零排放完全可以實(shí)現，但在實(shí)踐操作時(shí)，由于主工藝裝置不穩定運行，會(huì )對零排放的可靠性產(chǎn)生影響。
4.2 零排放技術(shù)的發(fā)展
為降低煤化工含鹽廢水零排放的投資成本和運行費用，對前端膜處理技術(shù)提出更高的要求，高效反滲透、震動(dòng)膜、正滲透、電滲析等技術(shù)將會(huì )被更多的企業(yè)所關(guān)注和應用。雜鹽資源化利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。通過(guò)鹽的分離提取，得到較純的單鹽，可以外銷(xiāo)作為其他行業(yè)的原料，既減少了固體鹽填埋對環(huán)境造成的二次污染風(fēng)險，又降低了結晶系統的運行費用。
通過(guò)對現有零排放裝置的運行實(shí)踐進(jìn)行總結，零排放工藝技術(shù)會(huì )逐漸得到優(yōu)化，新型耐腐蝕材料、蒸發(fā)結晶設備也會(huì )被研發(fā)和應用。隨著(zhù)《水污染防治行動(dòng)計劃》的出臺，國家將對污水處理、工業(yè)廢水、全面控制污染物排放等多方面進(jìn)行強力監管并啟動(dòng)嚴格問(wèn)責制，這意味著(zhù)鐵腕治污將進(jìn)入“新常態(tài)”,廢水零排放也必然成為發(fā)展趨勢。（圖略）
參考文獻：
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