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煤化工高盐水处理技术概述与问题探讨
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作者: 来源: 日期:2017/11/28 10:40:50 人气:1309
    现代煤化工是以煤为原料生产碳一化学品及其衍生物的新型化工产 业,也是近几年快速发展并逐步成长起来的大型煤化工产业。 随着全国各 类煤化工项目的密集建设和发展, 采取以环境和资源可承受能力为基础 的高效率、低能耗、低污染、低排放的经济发展方式,是现代煤化工惟一可 接受的可持续发展道路。 尤其是处于大西北多旱少雨的地区,水资源再利 用与环境保护问题日益突出。 可以说,煤化工的环保问题,归根到底是发 展方式与节能减排的问题。 要解决煤化工的环保问题,首先要解决高盐水 治理与排放的问题,做到工业废水“ 近零排放”是当前现代煤化工亟待需 要解决的重要问题之一。


1 高盐水的来源与特点
1.1 高盐水来源 现代煤化工高盐水中的盐分主要来自于循环水、除盐水制备环节带入和浓缩的, 以及工业废水处理与再利用过程中添加的各种药剂和产生 的浓盐水。据现有项目分析,一个煤化工项目补充新鲜水( 以黄河为水源) 带入 的盐量超过整个系统盐量的 1/2 以上, 其次是生产过程和水系统添加化 学药剂产生的盐量,占总盐量的 1/3 以上。这表明,要降低水中的含盐量达 到节水目的,可以通过确定合理的循环倍数和加药方式得以实现,但最难 解决的是工业废水循环再利用后产生的 15~30%( 体积百分比)浓盐水。
1.2 高盐水特点 根据日常水质检测结果来看,煤化工高盐水总体呈现排放量大、水质变化小、氯离子含量偏高、水质含盐量较稳定且普遍不高等特点。 其组成 主要以有机物和无机盐类为主,CODcr 一般在 60~120mg/l,TDS 一般在 1900~3000mg/l,NH3-N 含量极低,水体感观性状良好,清澈透底、无明显 异味。 因煤化工生产工艺不同,排水水质的各项指标略有差异,以上水质 特点仅代表本企业实际情况。

2 高盐水处理技术概述 根据煤化工高盐水的特点及处置需求,现阶段通常采用的高盐水处理工艺有膜分离技术、热蒸发技术以及两种技术形成的组合工艺三大类。 2.1 膜分离技术[1,2] 膜分离技术是利用膜对混合物中各组分选择透过性能的差异来分离、提纯和浓缩目标物质的新型分离技术。 目前,在化工及石油工业领域 已广泛应用的膜分离技术有五种,分别是超滤、微滤、纳滤、渗析和反渗 透。按照脱盐能力的大小可将其进行初步划分,即微滤<超滤<纳滤≤电渗 析<反渗透。
(1)超滤、微滤、纳滤膜分离技术 超滤、微滤、纳滤主要用于气、液相微粒、细菌以及其他污染物的截留去除, 最小截留分子量可达 80~1000Dal。 尤其是对标准有机物和 NaCl、 MgSO4、CaCl2 溶液的截留率最高可达 90%,可以有效去除悬浮物( SS)、胶 体等相对较大的颗粒物,以达到净化、分离、浓缩的目的。 但以上技术的脱 盐效果并不理想,其一般可作为料液的澄清、保安过滤、空气除菌、大分子 有机物的分离与纯化等。
( 2)电渗析与反渗透膜分离技术 电渗析与反渗透是脱盐技术中常用的两种方法。 前者是以电位差作为推动力,后者则是以渗透压作为推动力的膜分离过程。 近些年来,这两 种技术也得到了进一步的改良与优化, 主要体现在倒极式电渗析( EDR) 技术和高效反渗透( HERO)技术。 前者利用自动频繁倒换电极的方式,有 效解决了装置持续、稳定运行与频繁结垢的问题;后者使 RO 在 PH 较高 的条件下,通过两级软化、脱气处理去除了硬度和二氧化碳,提高了硅的 结垢极限,有效控制了生物和有机物的污堵,并大大提高了废水回用率( >90%)。由于 EDR 技术电耗大、处理成本高、操作经验不足、回用水率普遍不 高等原因,目前已逐渐被具有节能、处理成本低、规模大、技术成熟等特点 的反渗透膜分离技术所取代。 但反渗透膜分离技术也存在着亟待需要解 决的膜污染、堵塞、腐蚀、使用寿命短等问题,尤其是当给水 TDS 高于 6000mg/l 时,其脱盐率会急剧下降[3]。

2.2 热蒸发技术 热蒸发技术主要针对含盐量在 4%( 质量分数) 左右或更高浓度的含盐废水进行蒸发浓缩的工艺,其特点主要表现在:①一般使用物理方法进 行蒸发浓缩,有时可见化学法( 焚烧、高级氧化等) ;②废水处理量普遍不 大,有的甚至很小;③处理成本和能耗普遍较高;④固废产生量大,成分复 杂,无法有效回收再利用等。热蒸发技术主要有多效蒸发、机械压缩再蒸发、膜蒸馏等技术。 ( 1)多效蒸发( MED)技术多效蒸发是让加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸发, 前一个蒸 发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源并冷凝成为淡水, 每一蒸发 器称作“ 一效”。 一般情况下,循环蒸发器的串联个数( 效数)在 3~4 个。 根 据工艺条件的不同,其工艺流程主要有并流法、逆流法、平流法、混流法四种。在废水处理上,多效蒸发主要适用于高盐份、高有机物含量废水的单 独处理,同时配合膜技术实现全范围的“ 零排放”工艺。

( 2)机械压缩再蒸发( MVR)技术 利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽, 提高二次蒸汽的热焓,并将二次蒸汽导入原蒸发系统作为热源循环使用[4]。 该技术大 幅度降低了蒸发器生蒸汽的消耗量, 补充的生蒸汽也仅用于系统热损失 和进出料温差所需热焓的补充,节能效果相当于十效蒸发系统,是目前国 际上应用较为广泛和先进的蒸发器技术。

( 3)膜蒸馏( MD)技术 膜蒸馏是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术,即通过冷、热侧相变过程,实现混合物分离或提纯。 与传统蒸馏方法和其他膜分离技术相 比,该技术具有运行压力低、运行温度低、分离效率高等优点,可充分利用 太阳能、废热和余热等作为热源。 根据膜下游侧冷凝方式的不同,膜蒸馏 技术可划分为接触式、空气隙式、气扫式和真空膜蒸馏四种形式[5]。

    近些年来,膜蒸馏技术得到了一定程度的发展,但仍然存在着与膜分 离技术相同的问题,如:膜污染、结垢堵塞等,应用领域还不是很广泛,可 商业化运行的技术难题仍需进一步解决。

2.3 膜分离与热蒸发组合技术 随着国家及地方针对煤化工废水排放的环保政策与要求的不断深化,高盐水处理的工艺组合技术得到了较快的发展与研究,正向多样化、 可协同处理的成熟路线稳步发展。 该组合工艺最大的优点在于工艺的选 择性多,水质适应性好,可根据脱盐规模大小、水质要求、地理气候条件、 技术与安全性、投资来源与管理体制等实际条件形成不同的处理方法。该工艺主要采用了石灰石软化、超滤、反渗透、热蒸发组合技术。 其 中,石灰石软化预处理工艺增加了 PAM 加药系统、高效沉淀器、中和池及 二次过滤系统,可进一步提高析出盐分的絮凝、沉降与分离,并具有一定 程度的 CODcr 去除能力。 超滤与反渗透的工艺组合是目前普遍采用的除 盐技术,处理效果明显,运行较为稳定,适用于 TDS<6000mg/l 的含盐废水 的再处理、再利用,回用水率可达 70%以上,膜使用寿命可达 3 年。 外排的 浓盐水可通过 DM( 蝶式振动膜)装置进行回收再利用,其最大优势在于膜 污染控制效果好、水质适应性强、能耗较低,污水回收率最高可达 85%以 上, 并同时设置了机械压缩再蒸发系统和盐分离器, 使盐水得以完全分 离,达到“ 近零排放”的处理需求。

3 高盐水处理存在的主要问题[6] 高盐水处理的要问题有以下几个方面:

1)膜及蒸发系统污堵与腐蚀问题的解决。 引起膜及蒸发系统污堵和 腐蚀的主要原因是胶体物质、微生物及无机盐分别在膜表面进行沉积、生 长、结晶以及高浓度氯离子和低 PH 值水质所致。 虽然目前也采取了一些 控制手段,但从根本上解决此类问题的方法还不成熟,绝大部分尚处于研 究阶段。

2)技术应用生产成本的控制。 不论是膜分离技术还是热蒸发技术, 都存在着高投入、高消耗、高能耗的突出问题,高盐水处理的经济代价是 巨大的。 可以简单地说,目前解决高盐水排放的方法主要是以较多的能源 消耗换取污染物的减排。 因此,使高水处理系统能够真正运行下去,必 须考虑其运行成本。

3)固体废弃物“ 三化”( 减量化、资源化、无害化)问题的解决。 
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