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化工高浓度含盐废水零排放技术
来源:中国节能产业网 时间:2017-5-3 9:48:31 用手机浏览

  我国是煤炭资源消耗大国,煤化工产业众多。但发展煤化工产业的过程中存在着一定难题,如耗水量大,废水排放污染等等。在环保理念下为实现煤化工废水排放问题的有效解决,提出废水“零排放”设计,以实现废水处理技术创新应用从而解决废水污染问题。

  1.煤化工废水概况

  根据煤焦化、煤气化、煤液化等生产工艺和用水目的的不同,各阶段煤化工废水的排放量、组成差异很大。

  气化废水:煤气化是以煤或煤焦为原料,在一定的温度和压力条件下,将煤或煤焦与氧气、水蒸气等气化剂反应转化为水煤气的过程。碎煤加压气化废水,污染物浓度高,污染物成分复杂,废水中COD浓度为3000-5000mg/L,同时含有挥发酚、氨氮及较少量的苯系物、芳环化合物等难降解物质,B/C值小于0.3,可生化性较差。

  水煤浆气化废水,有机物浓度低,COD浓度在500mg/L左右,B/C值大于0.5,可生化性较好,但总溶解性固体物质(TDS)浓度大于3000mg/L,Cl-浓度在500mg/L左右。粉煤气化废水COD浓度与水煤浆气化废水大致相同,但TDS浓度大于10000mg/L,Cl-浓度2000-3000mg/L。煤气化废水是典型的高浓度难降解有机废水。

  焦化废水:煤焦化是指煤炭在隔绝空气和高温加热的条件下,受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程。在炼焦、煤气净化、焦油及粗苯加工精制等过程中容易产生含有酚、氨及大量有机物的工业废水,排放量大,成分复杂。

  以武钢焦化公司焦油车间蒸馏氨水废水水质特性为例,废水中COD平均含量为19302mg/L,挥发酚含量1854mg/L,氨氮含量1457mg/L,油含量11286mg/L。同时含有含氮硫类杂环化合物和苯系物、多环芳烃等。煤焦化废水水质易受煤质和炼焦工艺影响,废水达标处理的难度较大。

  煤液化包括煤的直接液化和间接液化2种工艺,是以煤为原料生产汽柴煤等油品的煤炭转化技术。煤液化废水主要来源于液化、加氢精制、加氢裂化等操作过程中产生的含酚、含氨氮等工业废水,成分复杂,可生化性差。煤液化废水具有油含量大,乳化程度高,难以生物降解的特点。

  2.零排放技术方式

  含盐废水经膜浓缩或热浓缩技术处理后产生的浓液,称为浓盐水,浓盐水的处置是真正实现废水零排放最重要的环节。实现浓盐水的零排放的方式主要分为两大类,一类是区域性的零排放,另一类属于厂区内的零排放。

  区域性的零排放主要是指项目周围区域内有可消纳浓盐水的其他企业或场所,通过综合利用的方式实现水资源的梯级利用,可消纳浓盐水的其他企业或场所包括炼铁高炉、洗煤厂等对水质要求较低的企业以及锅炉冲渣、煤场、渣场喷洒等。

  浓盐水的消耗量会受到周围企业的用水量、灰渣场及煤场面积、储存量等限制,且随着环保要求的提高灰渣场及煤场一般采取封闭措施,因此水量消耗也有限。另一类则属于厂区内的零排放,即浓盐水综合利用的方式有限,必须通过膜法、蒸发、结晶、焚烧等方式对其进行处理,以实现零排放。

(1)自然蒸发池法是建设面积较大的水池,贮存浓液,利用太阳能自然蒸发的方式蒸腾水分,使盐分留在池底定期清理,同时蒸发池需采用相应的防渗措施。该方式比较适合于降雨量小、蒸发量大、地广人稀地区,属于在经济上比较合理且的浓盐水处置方式。

(2)蒸发结晶法是使浓液中的盐分以结晶方式析出。蒸发结晶的方式主要为多效蒸发处理技术及机械蒸汽再压缩循环蒸发技术。多效蒸发目前应用较多,淡水回收率达到90%左右?;笛顾踅峋Ъ际跞刃式细?,淡水的回收率可达到98%,该技术设备投资大,目前在南非Sasol公司的煤间接液化项目及波兰Debiensko煤矿等处投入运行。

(3)“NACE”发是将反渗透和蒸馏技术结合为一体,该工艺核心组件为“纳米结构高核电电解质”,它是一种商业纳米结构聚合物材料,该材料的性质是仅允许水分子通过,而其他离子无法通过。采用温度差作为分离驱动力?!癗ACE”工艺分离驱动力为温度差,可利用工业生产过程的余热、太阳能、地热,甚至不同深度采水的温差作为渗透推动力,即便是在低温差条件下也能运行,淡水回收率达到90%左右。

产生的浓缩液进入炭化焚烧炉处理,该焚烧炉采用煤气发生炉通过燃煤,经高温裂解、气化产生高温混合煤气作为热源,燃烧的高温烟经过中和调节后加压成雾状的高盐废水对流混合,水分被瞬间蒸发,有机物被碳化。

从碳化器中分离出的碳化物及少量无机盐和废渣一起进入除尘式二次燃烧室进行二次燃烧,将碳化微粒及游离碳全部燃尽,由此产生的高温尾气进入余热蒸汽锅炉,利用尾气余热生产蒸汽,以达到节本降耗的目的。烟气又进入洗涤器经充分洗涤后进入汽水分离器,最后经烟囱排放。

(4)焚烧法是将浓液送入焚烧炉焚烧,产生以盐类为主的残渣。深井灌注法目前在美国、墨西哥等国家有应用实例。这种方式对自然地质条件要求很高,我国目前尚无相关法律法规和技术标准支持。

  3.“零排放存在问题及建议

  伴随国内外水处理技术及设备研发水平的进步,废水“零排放”在技术上是可行的。在实践操作层面,由于工艺装置不稳定、实际操作运行经验匮乏等原因,达到废水“零排放”的目标还存在一定困难,需要从技术、管理、经济及风险层面进一步优化。

(1)结垢腐蚀问题:蒸发过程结垢造成腐蚀,高浓盐水在较高的盐浓度下容易出现结垢,且盐污水呈强酸性或强碱性,温度高,Cl-,容易造成金属设备及管道腐蚀。从目前三效蒸发结晶装置的运行情况来看,第Ⅱ、Ⅲ效蒸发器结垢问题突出,二次蒸汽泡沫大,导致设备传热阻力增加,蒸发器生产强度降低,单位蒸汽消耗量大??刹扇⊥ü都铀峒?、晶种、阻垢剂等药剂,创造防结垢腐蚀的反应条件。在膜处理、蒸发浓缩之前,加入石灰或纯碱、烧碱进行“净化”,防止碳酸钙和硫酸钙结垢。有条件的地区可以建设自然蒸发设施。

(2)回用过程膜污染问题:回用过程膜产生有机污染在污水回用过程中,进水都含有一定浓度的有机物,目前有机物的膜污染是废水“零排放”应用中难以回避的问题??刹扇〉亩圆呓ㄒ橹饕校荷疃却碇性黾痈呒堆趸胧?;活性炭/活性焦吸附;选用耐污染的反渗透膜,如碟管式膜片膜柱。

(3)投资运行成本高:煤化工项目废水“零排放”投资大,单位处理规模投资达2万元/(m3•d),是一般污水处理项目的5倍以上,“零排放”系统总投资一般占整个项目投资10%以上,在一定程度上降低了项目竞争力。煤化工项目废水“零排放”运行成本高,单位水处理直接成本高达11元/t,全成本34元/t,远高于目前我国新鲜水价,这也是企业实施“零排放”积极性不高的主要原因之一。解决废水“零排放”经济层面问题的主要建议包括:提高水价。目前企业所用工业用水成本为5-10元/t,企业实行“零排放”没有积极性;提高排污费;提高违法成本。只有当违法成本高于守法成本、企业新鲜水使用成本高于废水处理回用成本时,才能触动排污者的切身利益,使废水处理与回用变为自觉行动,减少废水排放。政府加快出台相关政策措施。


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