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高盐废水处理工艺能否在煤化工行业零排放应用?

高盐废水零排放工艺通过膜浓缩除盐,可去除70%以上除盐量。其中产生的20%-30%的盐水结晶或者浓液体,可以通过蒸发结晶进行进一步去除。高盐废水处理采用膜处理还是蒸发器结晶,主要还要测量废水中含盐量,比如钙盐、硅酸盐以及磷酸盐等。
  
  高盐废水含盐的种类较多,含盐废水容易对设备进行腐蚀、堵塞等,去除高盐废水经过循环系统浓缩以及除盐水系统分离而实现盐分富集,其占比超过整个系统盐量的1/2以上;二是生产过程和水系统添加化学药剂所产生的盐,占总量的1/3以上。减少煤化工项目含盐废水处理规模和投资,需要在源头上控制盐分进入。选用优质水源点,减少高含盐原水使用,是煤化工项目的重要前期手段。以黄河水为例,全流域的TDS均值为453mg/L,且呈现自上游到下游逐步增高的趋势,部分上游流域段的实际取水中的TDS较高,需要统筹计划工业用水。同时,通过优化确定合理的循环倍率和加药方式,可以有效控制人为添加的盐量,进而减少后续处理压力。
  
  1煤化工含盐废水处理技术路线分析
  
  1.1基于处理回用的含盐废水“零排放”处理技术路线

  
  含盐废水一般富集了除盐水、循环水、工业废水处理系统排水以及锅炉排水等多股水流。含盐废水如直接进入蒸发结晶环节,会大幅增加蒸发结晶系统的投资和能耗;同样,如果只追求降低蒸发结晶的能耗和投资,则在初步处理阶段和浓盐水处理阶段的膜浓缩和设备处理规模及负荷都会大幅增加。所以,目前一般采用(初步处理+浓缩+蒸发结晶)的方式,先将含盐废水浓缩,然后进入蒸发结晶环节。整个处理过程需进行统筹优化,以实现投资规模、能耗最佳。其主要工艺流程如下图1所示。
  
  高盐废水处理
  
  初步处理多采用反渗透处理工艺。由于废水水量大,现在新建煤化工项目都设置本环节进行废水回用。在处理前,为了降低废水硬度和减少微生物滋生,需对含盐废水进行药剂软化和杀菌;然后进入(超滤+反渗透)工艺环节,处理后的浓盐水出水TDS一般可达到10000mg/L。含盐废水经初步处理可实现65%~75%废水回用,送至循环水站,或作为脱盐水站、其他工业原水补水。
  
  若浓盐水水量依然较大,需进一步浓缩,主要工艺技术有高效反渗透(HERO)、正渗透(FO)、电渗析(ED)、纳滤膜浓缩、震动膜浓缩等工艺技术。浓盐水经膜处理后一般可再回用70%~80%,浓缩后的高浓盐水TDS一般在60000mg/L以上。
  
  高浓盐水已不适宜膜浓缩,蒸发结晶成为主要途径,主要工艺有机械蒸汽再压缩循环蒸发(MVR)、低温多效蒸发浓缩(MED)、多效闪蒸(MSF)等。如大唐多伦煤制烯烃项目建有(MVR+机械压缩降膜结晶)工艺系统,伊犁新天煤制天然气项目建有反渗透后浓盐水多效蒸发工艺系统,神华煤直接液化项目建有反渗透后浓盐水进入蒸发器和蒸发塘工艺系统。高浓盐水蒸发结晶是煤化工废水“零排放”的关键环节,当前主流工艺技术大多由国外专利商掌握,处理过程复杂、投资规模大、能耗和成本较高。
  
  总体来说,煤化工含盐废水浓缩、蒸发和结晶的工艺技术大部分仍处于试验和工程示范阶段,在运行稳定性、规模化应用及工作效率等方面尚需进一步提高。
  
  1.2基于污水处理的含盐废水“零排放”处理技术路线
  
  煤化工项目大多位于气候干燥、蒸发量大的西北地区,具有建设蒸发塘的先天自然优势和地域条件。蒸发塘需要做好雨水分离、防渗防腐措施。经过初步处理的浓盐水经过管道输送到蒸发塘,进行自然蒸发结晶或机械强化蒸发结晶,工艺流程见图2。国内首先使用蒸发塘的大型现代煤化工工程主要有神华煤直接液化项目、大唐克旗煤制天然气项目等。
  
  高盐废水处理
  
  自然蒸发塘设计规模与区域平均蒸发量、降水量以及废水排入量等直接相关,在工艺上需要设置调节池、蒸发池、浓缩池和结晶池,所以一般占地面积较大。在具体工程实践中,由于设计和实际运行的差异,出现了大量浓盐水堆积而不能外排的环保困境。
  
  机械强制蒸发技术是对传统自然蒸发的改进,通过增加机械雾化蒸发器,提高了空气流速及与废水的接触面积,进而加快蒸发进程。通过机械强制蒸发,可以大幅减少占地面积,但会增加系统能耗,如蒸发1t水的能耗为0.3~1.5t蒸汽。
  
  蒸发塘工艺可以实现废水的“零排放”,具有废水处理成本低的优点,但由于后续废水通过空气蒸发全部进入大气,无法实现回用,未实现水资源的充分利用。
  
  2煤化工含盐废水处理技术经济对比分析
  
  目前,国内学者在煤化工项目含盐废水处理的工艺技术流程方面的研究较多,也有对不同含盐废水“零排放”进行综合对比研究,但从技术经济视角分析研究较少。本文不对各项技术的成熟度以及工程运行稳定性等进行分析,而是结合可参考的试验和工程数据进行对比分析。
  
  2.1对比分析基准
  
  同一项目的含盐废水来源较为稳定,大多数的煤化工项目都会针对流量较大的含盐废水进行初步处理,而对产生的浓盐水,由于后续处理成本较高、工艺技术复杂,一般都会结合项目实际选取不同的处理路线。
  
  本文以实现“零排放”为目的,以含盐废水经初步处理后的TDS浓度在6000mg/L以上的浓盐水为进水水质边界,结合工程实际,选取50m3/h浓盐水为对象,进行8条工艺路线的技术经济对比分析,见表2。
  
  2.2不同工艺技术经济指标对比分析
  
  2.2.1投资与成本费用参数
  

  投资主要包括设备费用、工艺占地土地出让费以及其它,扣除节省的水权转让费;其中:设备费用参考相关论文数据;结合地区实际情况,水权转让费按15元/t、土地出让费按400元/m2计算。运行成本主要包括运行电费、添加药剂费用、人工及其他费用等,扣除节省的新鲜水费;其中关于成本、能耗等参考了相关论文数据,新鲜水价按5元/t、电价按0.5元/t计算。
  
  2.2.2经济指标对比分析
  
  不同工艺技术路线都可实现“零排放”目的,但主要技术经济指标存在较大差别,投资和运行成本及相关指标具体见表2。
  
  高盐废水处理
  
  可以看出,蒸发塘方式的一次投资较大、年运行成本最低,但其浓盐水处理不会产生回用水。在浓盐水回用结晶处理方式下,含MVR工艺路线的直接投资高于MED,各工艺的运行成本相差不大,都可实现90%以上的回用水率。
  

  煤化工行业含盐废水零排放是技术难点,也是技术核心点。高盐零排放尚处理实践理论和示范阶段,降低高盐废水处理成本和设备要求技术研究重点。目前,煤化工行业高盐废水处理成本大约在54元/t,相比其它废水处理成本这是比较高的了,也会一定程度影响企业治理废水积极性。在未来一段时间后,高盐废水也将是环评部门关注的重点,以实现企业经济效益与社会环保效果的协调发展。


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