煤化工高盐废水处理技术研究
发布日期：2019-11-20 来源：能源与节能 作者：能源与节能 浏览次数：1251
摘要：随着煤化工行业的快速发展，煤化工行业产生的高盐废水处理问题困扰着行业的持续发展。简要介绍了煤化工废水的来源与特点，叙述了煤化工废水处理流程及高含盐废水特点，探讨了高盐废水处理的几种技术及其存在的问题。
关键词：煤化工；高盐废水；蒸发技术；零排放
0 引言
煤化工产业的快速发展，大大提高了煤炭的清洁高效利用率，对优化国家能源结构、改善地区环境质量做出了很大的贡献。但煤化工行业产生的废气、废渣和废水，处理难度大，成本高，容易造成二次污染。特别是煤化工行业产生的高盐废水，对其的处理非常困难。高浓度的含盐废水属于危险废物，高盐废水的资源化利用目前还处于研究探索阶段，高盐废水的高处理成本大大压缩了煤化工行业的利润空间，严重影响了煤化工行业的可持续发展。随着国家对工业含盐废水排放标准的不断提高，企业实现含盐废水零排放是未来的发展方向。
1煤化工废水的来源与特点
目前，煤化工的种类主要包括煤焦化、煤气化、煤液化和煤制烯烃4 类。根据煤化工的种类，其产生的废水也分为4类，其来源和特点见表1。
2 煤化工废水处理流程及高含盐废水特点
煤化工企业在生产时产生的废水为初级废水，上述4类废水就属于初级废水，初级废水经过预处理后的残余废水即为高含盐废水。通常预处理包括有机废水处理、含盐废水处理和高浓盐水固化处理。其主要特点为：含盐量非常高，TDS（总溶解固体） 的质量浓度在80 000 mg/L以上。以A化工厂废水为例，TDS的质量浓度为88 565.2 mg/L，Na+质量浓度为25 620 mg/L，Cl- 质量浓度为13 515.1 mg/L，SO42- 质量浓度为31 520.3 mg/L，NO3- 质量浓度为15 71.45 mg/L，通过检测，废水中还含有有毒有害物质和有机物质，水质有异味，盐分几乎饱和，传统的污水处理工艺根本无法处理，采用膜处理也无法达标排放，因此，该化工厂采用的是蒸发技术[1]。
3 高盐废水处理技术
根据高盐废水的特性，目前国内外主要采用蒸发处理技术处理高盐废水。其原理为：利用自然热能或人工热能将高盐废水汽化，在蒸发过程中将盐分析出，将水分汽化或冷凝后回收利用，从而达到废水清洁排放或零排放的目的[2]。目前，国内主要使用机械蒸发和自然蒸发两种技术。
3.1 机械蒸发
机械蒸发分为多效蒸发、多效闪蒸和机械蒸汽再压缩蒸发技术。
3.1.1 多效蒸发
多效蒸发的原理：将多个蒸发器串联使废水蒸发。将第一个蒸发器产生的蒸汽，作为下一个蒸发器蒸发的热源，同时将蒸汽冷凝为回用水，依此类推，每一个蒸发器称作“一效”。多效蒸发过程中，蒸汽消耗量不断减小，考虑到处理成本，蒸发器一般串联个数3～4个。
该技术的优点是对进水水质要求低、热效率高、结垢率低和腐蚀率低，因此，在处理煤化工高盐废水方面应用比较广泛；缺点是体积较大，设备的投入较高。
在处理高盐废水时，采用多效蒸发再配合膜技术可实现“零排放”。虽然多效蒸发能耗较高，但可有效利用煤化工企业产生的富余低压蒸汽，从而降低成本。目前采用多效蒸发工艺处理高盐废水，淡水回收率可达90%左右。
多效蒸发原理如图1 所示，将预热的高盐废水通过原料泵输送到一效蒸发器内，蒸发产生的气液混合物进入一效分离器内，分离出的蒸汽进入二效蒸发器内作为热源，浓缩液通过一效循环泵进入二效蒸发器内，依次进行，最后将蒸汽冷凝回收。
3.1.2 多效闪蒸
闪蒸是指溶液在温度稳定的前提下，突然降低容器压力，导致部分溶液急骤蒸发。多效闪蒸就是将加热的溶液依次经过多个闪蒸室，闪蒸室压力依次降低进行蒸发，最后将蒸汽冷凝成淡水的过程。其优点是能耗低、防结垢效果好，适用广泛，运行成本低，技术成熟，能有效利用化工厂产生的低品位热能。多级闪蒸就是将多个闪蒸器串联，闪蒸器由闪蒸室、除沫器、凝结器和淡水槽构成，将高盐废水加热到一定温度后导入压力低于饱和压力的闪蒸室内，在低压条件下高盐废水形成过饱和状态并发生闪蒸。产生的蒸汽经过除沫器被除去蒸汽中液滴后，再进入凝结器凝结成水，凝结过程中释放的热能可将经过凝结器管束的循环废水加热，将加热后的废水再导入下一个闪蒸室，依此类推。
3.1.3 机械蒸汽再压缩蒸发
机械蒸汽再压缩蒸发实质上是一种热泵技术，该项技术能有效利用蒸汽冷凝过程中产生的热能，从而降低能耗。其原理如图2所示，系统启动时，先用原料泵将高盐废水抽入加热室内，利用化工厂余热将高盐废水进行加热，将加热产生的蒸汽导入压缩机，随着压缩机内温度和压力的升高，蒸汽将进入蒸发室内冷凝产生的热能将作为原废水蒸发的热源重复利用。目前，国内对该技术还处于探索阶段。
3.2 自然蒸发
自然蒸发的原理：将煤化工高盐废水导入蒸发塘进行自然蒸发结晶，最后将结晶产生的废物按要求填埋。与上述处理技术工艺相比，其优点是处理成本低、运营稳定、维护简单、节能环保，能有效增加大气湿度，适用于干旱地区。
4 煤化工高盐废水处理技术存在的问题
高盐废水处理后形成的结晶盐中含有重金属和其他有害物质，容易造成环境污染；煤化工企业要实现废水零排放，投资巨大，由于煤化工产生的高盐废水水质成分复杂，水质不稳定，致使处理工艺流程多，蒸发结晶处理成本相当高；此外，国家缺少对高盐废水处理排放的相关环保标准和法律法规。
5 结语
企业选择高盐废水处理技术的首要原则是技术成熟、经济合理。鉴于以上几种处理技术的优缺点，在选择处理工艺时，应根据煤化企业产生的高盐废水的水质，结合企业所在区域，选择技术可行、经济成本低、运行稳定高效、能耗低、投资少的处理工艺。随着高盐废水处理技术的不断完善和优化，煤化工企业高盐废水将逐步实现零排放。
关键词：煤化工；高盐废水；蒸发技术；零排放
0 引言
煤化工产业的快速发展，大大提高了煤炭的清洁高效利用率，对优化国家能源结构、改善地区环境质量做出了很大的贡献。但煤化工行业产生的废气、废渣和废水，处理难度大，成本高，容易造成二次污染。特别是煤化工行业产生的高盐废水，对其的处理非常困难。高浓度的含盐废水属于危险废物，高盐废水的资源化利用目前还处于研究探索阶段，高盐废水的高处理成本大大压缩了煤化工行业的利润空间，严重影响了煤化工行业的可持续发展。随着国家对工业含盐废水排放标准的不断提高，企业实现含盐废水零排放是未来的发展方向。
1煤化工废水的来源与特点
目前，煤化工的种类主要包括煤焦化、煤气化、煤液化和煤制烯烃4 类。根据煤化工的种类，其产生的废水也分为4类，其来源和特点见表1。
2 煤化工废水处理流程及高含盐废水特点
煤化工企业在生产时产生的废水为初级废水，上述4类废水就属于初级废水，初级废水经过预处理后的残余废水即为高含盐废水。通常预处理包括有机废水处理、含盐废水处理和高浓盐水固化处理。其主要特点为：含盐量非常高，TDS（总溶解固体） 的质量浓度在80 000 mg/L以上。以A化工厂废水为例，TDS的质量浓度为88 565.2 mg/L，Na+质量浓度为25 620 mg/L，Cl- 质量浓度为13 515.1 mg/L，SO42- 质量浓度为31 520.3 mg/L，NO3- 质量浓度为15 71.45 mg/L，通过检测，废水中还含有有毒有害物质和有机物质，水质有异味，盐分几乎饱和，传统的污水处理工艺根本无法处理，采用膜处理也无法达标排放，因此，该化工厂采用的是蒸发技术[1]。
3 高盐废水处理技术
根据高盐废水的特性，目前国内外主要采用蒸发处理技术处理高盐废水。其原理为：利用自然热能或人工热能将高盐废水汽化，在蒸发过程中将盐分析出，将水分汽化或冷凝后回收利用，从而达到废水清洁排放或零排放的目的[2]。目前，国内主要使用机械蒸发和自然蒸发两种技术。
3.1 机械蒸发
机械蒸发分为多效蒸发、多效闪蒸和机械蒸汽再压缩蒸发技术。
3.1.1 多效蒸发
多效蒸发的原理：将多个蒸发器串联使废水蒸发。将第一个蒸发器产生的蒸汽，作为下一个蒸发器蒸发的热源，同时将蒸汽冷凝为回用水，依此类推，每一个蒸发器称作“一效”。多效蒸发过程中，蒸汽消耗量不断减小，考虑到处理成本，蒸发器一般串联个数3～4个。
该技术的优点是对进水水质要求低、热效率高、结垢率低和腐蚀率低，因此，在处理煤化工高盐废水方面应用比较广泛；缺点是体积较大，设备的投入较高。
在处理高盐废水时，采用多效蒸发再配合膜技术可实现“零排放”。虽然多效蒸发能耗较高，但可有效利用煤化工企业产生的富余低压蒸汽，从而降低成本。目前采用多效蒸发工艺处理高盐废水，淡水回收率可达90%左右。
多效蒸发原理如图1 所示，将预热的高盐废水通过原料泵输送到一效蒸发器内，蒸发产生的气液混合物进入一效分离器内，分离出的蒸汽进入二效蒸发器内作为热源，浓缩液通过一效循环泵进入二效蒸发器内，依次进行，最后将蒸汽冷凝回收。
3.1.2 多效闪蒸
闪蒸是指溶液在温度稳定的前提下，突然降低容器压力，导致部分溶液急骤蒸发。多效闪蒸就是将加热的溶液依次经过多个闪蒸室，闪蒸室压力依次降低进行蒸发，最后将蒸汽冷凝成淡水的过程。其优点是能耗低、防结垢效果好，适用广泛，运行成本低，技术成熟，能有效利用化工厂产生的低品位热能。多级闪蒸就是将多个闪蒸器串联，闪蒸器由闪蒸室、除沫器、凝结器和淡水槽构成，将高盐废水加热到一定温度后导入压力低于饱和压力的闪蒸室内，在低压条件下高盐废水形成过饱和状态并发生闪蒸。产生的蒸汽经过除沫器被除去蒸汽中液滴后，再进入凝结器凝结成水，凝结过程中释放的热能可将经过凝结器管束的循环废水加热，将加热后的废水再导入下一个闪蒸室，依此类推。
3.1.3 机械蒸汽再压缩蒸发
机械蒸汽再压缩蒸发实质上是一种热泵技术，该项技术能有效利用蒸汽冷凝过程中产生的热能，从而降低能耗。其原理如图2所示，系统启动时，先用原料泵将高盐废水抽入加热室内，利用化工厂余热将高盐废水进行加热，将加热产生的蒸汽导入压缩机，随着压缩机内温度和压力的升高，蒸汽将进入蒸发室内冷凝产生的热能将作为原废水蒸发的热源重复利用。目前，国内对该技术还处于探索阶段。
3.2 自然蒸发
自然蒸发的原理：将煤化工高盐废水导入蒸发塘进行自然蒸发结晶，最后将结晶产生的废物按要求填埋。与上述处理技术工艺相比，其优点是处理成本低、运营稳定、维护简单、节能环保，能有效增加大气湿度，适用于干旱地区。
4 煤化工高盐废水处理技术存在的问题
高盐废水处理后形成的结晶盐中含有重金属和其他有害物质，容易造成环境污染；煤化工企业要实现废水零排放，投资巨大，由于煤化工产生的高盐废水水质成分复杂，水质不稳定，致使处理工艺流程多，蒸发结晶处理成本相当高；此外，国家缺少对高盐废水处理排放的相关环保标准和法律法规。
5 结语
企业选择高盐废水处理技术的首要原则是技术成熟、经济合理。鉴于以上几种处理技术的优缺点，在选择处理工艺时，应根据煤化企业产生的高盐废水的水质，结合企业所在区域，选择技术可行、经济成本低、运行稳定高效、能耗低、投资少的处理工艺。随着高盐废水处理技术的不断完善和优化，煤化工企业高盐废水将逐步实现零排放。