市政相关 研究：煤化工高盐废水处理技术

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。


2 H' z% ^- h3 S1煤化工废水的来源与特点
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/ W2 a  `% O, c' O  P) o. m, C& K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。


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4 C9 b% m% S  \) H9 y+ E4 U' k$ l2 煤化工废水处理流程及高含盐废水特点

9 k1 A& z' w3 O+ [. W7 p: y# _. z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]。
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5 u: c/ t0 b* i) K- i3 高盐废水处理技术
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9 l3 I/ O. t7 V& z0 Y0 S: i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
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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。

& [$ w! e3 `9 H3 y$ _' ~$ V8 y# J9 e3.1.1 多效蒸发

9 ?7 F# [8 e  g) |, S$ V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。
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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。

! C1 u( d. {) b' K3 E5 a- M# S' |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。
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! T6 y9 j/ i; n+ p/ `1 i4 |4 H% d" L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。

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3.1.2 多效闪蒸
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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。
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6 }6 G9 G% @4 E! e3 u/ o3.1.3 机械蒸汽再压缩蒸发
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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放热，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。

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3.2 自然蒸发
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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。

& D1 X7 a# E  D( ?# X4 煤化工高盐废水处理技术存在的问题
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* H2 T9 [! J# Z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。来源: 能源与节能  作者: 赵刚
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