煤化工廢水“零排放”技術(shù)及工程應(yīng)用現(xiàn)狀分析

水處理網(wǎng)訊:摘要：煤化工產(chǎn)業(yè)耗水量巨大，產(chǎn)生的廢水量也大，水質(zhì)復(fù)雜，污染物濃度高。而煤炭資源豐富的地域，往往既缺水又無環(huán)境容量，廢水雖然經(jīng)過處理滿足國家的相關(guān)排放標準，但由于無排放河流或無環(huán)境容量，仍無處可排。水資源和水環(huán)境問題已成為制約煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，尋求處理效果更好、工藝穩(wěn)定性更強、運行費用更低的廢水處理技術(shù)，實現(xiàn)廢水“零排放”，已經(jīng)成為煤化工發(fā)展的自身需求和外在要求。

關(guān)鍵詞：廢水零排放;煤氣化廢水;酚氨廢水;廢水回用;

煤化工產(chǎn)業(yè)耗水量大，廢水排放量大，污染物濃度高，水資源短缺和環(huán)境污染問題限制了煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。分析了不同的煤氣化生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢水水質(zhì)特征;推薦了不同的煤氣化生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢水處理及回用處理工藝。

一、廢水“零排放”的意義

煤化工廢水“零排放”，即將煤化工生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水、污水、清凈下水等經(jīng)過處理后全部回用，對外界不排放廢水。廢水“零排放”，既解決了一部分水資源短缺問題，又不對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和生態(tài)造成污染和破壞，對于在建和擬建的煤化工項目，具有極為重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。

二、煤化工廢水“零排放”處理技術(shù)

煤化工生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢水包括：生產(chǎn)廢水、生活污水、清凈下水、初期雨水等。生產(chǎn)廢水主要來源于氣化廢水;生活污水主要來源于廠區(qū)職工產(chǎn)生的生活污水;清凈下水主要來自循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污水和脫鹽水站的濃鹽水;初期雨水主要是受污染區(qū)域的前10 min收集雨水。煤化工廢水的主體水量是清凈下水和生產(chǎn)廢水。一般考慮將生產(chǎn)廢水、生活污水、初期雨水等進行收集后處理回用，清凈下水單獨處理后回用?；赜盟话憧紤]作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。

煤氣化廢水的預(yù)處理

煤氣化產(chǎn)生的廢水不經(jīng)過預(yù)處理直接進行生化處理是不可行的，尤其是氨和酚濃度很高的固定床工藝廢水。固定床工藝廢水需要進行酚、氨回收預(yù)處理，流化床和氣流床工藝廢水需要進行氨回收預(yù)處理。現(xiàn)有固定床工藝廢水預(yù)處理中，分離氨、酸性氣體主要采用汽提手段，而酚主要是通過萃取方法分離。根據(jù)汽提設(shè)備，又有雙塔和單塔工藝之分。雙塔工藝典型流程是廢水首先通過脫酸塔除去大部分CO2和H2S等酸性氣體，然后在萃取塔脫除大部分酚，最后通過溶劑汽提塔頂回收水中殘余溶劑，同時脫除氨。流程操作壓力主要為常壓。單塔工藝流程是廢水在1個加壓汽提塔內(nèi)將CO2、H2S等酸性氣體和氨同時脫除，汽提塔出水進入后續(xù)的萃取裝置脫酚。

圖1固定床工藝廢水處理工藝流程

2.煤氣化廢水的生化處理。

(1)固定床工藝廢水生化處理。根據(jù)固定床工藝煤氣化廢水的水質(zhì)特征，應(yīng)依據(jù)以下原則選擇廢水生化處理工藝：

1)廢水中有機物濃度高，m(BOD5)/m(CODCr)值為0.33，可采用生化處理工藝。

2)廢水中含有難降解有機物，如單元酚、多元酚等含苯環(huán)和雜環(huán)類物質(zhì)，有一定的生物毒性，這些物質(zhì)在好氧環(huán)境下分解較困難，需要在厭氧或兼氧環(huán)境下開環(huán)和降解。

3)廢水中氨氮濃度高，需要選用硝化和反硝化能力均很強的處理工藝。

4)廢水中含有浮油、分散油、乳化油和溶解油，溶解油的主要組分為苯酚類的芳香族化合物。乳化油需要采用氣浮方式加以去除，溶解性的苯酚類物質(zhì)需要通過生化、吸附的方法去除。

5)含有毒性抑制物質(zhì)。廢水中含有酚、多元酚、氨氮等毒性抑制物質(zhì)，需要通過馴化提高微生物的抗毒能力，并選擇合適的工藝提高系統(tǒng)的抗沖擊能力。

6)非正常廢水排放的影響。當(dāng)工藝生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題時，會導(dǎo)致污染物濃度高的非正常廢水排放，該廢水不能直接進入生化處理系統(tǒng)，需要采取設(shè)置事故調(diào)節(jié)池等措施。

7)廢水色度較高，含有一部分帶有顯色基團的物質(zhì)。由此，為確保工藝出水水質(zhì)，廢水處理工藝應(yīng)選用以除油、脫色為主要目的的預(yù)處理工藝，選用以去除CODCr、BOD5、氨氮等為主體的生化處理工藝(主要考慮硝化和反硝化)，選用以物化為主的后處理強化工藝。固定床工藝廢水處理工藝流程如圖1所示。

(2)流化床及氣流床工藝廢水生化處理流化床及氣流床工藝產(chǎn)生的廢水，其CODCr濃度并不高，可生化性較好(尤其是氣流床工藝產(chǎn)生的廢水)，但是氨氮濃度高，因此，應(yīng)選擇硝化和反硝化效果好的處理工藝。流化床及氣流床工藝廢水處理工藝流程如圖2所示。

圖2流化床及氣流床工藝廢水處理工藝流程

(3)生化處理出水水質(zhì)不同煤氣化工藝產(chǎn)生的廢水經(jīng)生化處理后的水質(zhì)如表1所示。

表1 生化處理后的出水水質(zhì)

3.回用水處理工藝選擇。

煤化工廢水處理站的生化處理出水和清凈下水的混合水水量可達到1 000-2 000 m3/h，鹽含量不高，一般為1 000-3 000 mg/L。將此混合水除鹽后可以作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。目前在我國已經(jīng)應(yīng)用的水的除鹽方法有離子交換法、膜分離法、蒸餾法以及膜法和離子交換法結(jié)合等。混合水若直接采用蒸餾法除鹽，需要大量的熱能，太浪費能源，不合適;若采用離子交換法，由于廢水中仍含有一定的有機污染物，往往會污堵樹脂，且由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水對水質(zhì)要求并不高，不宜采用離子交換法;隨著膜分離技術(shù)和膜生產(chǎn)工藝的提高，膜的使用壽命在不斷提高，而且使用價格也在不斷降低，膜的使用越來越普及，推薦回用水處理主體工藝優(yōu)先采用雙膜法(即超濾-反滲透)。根據(jù)不同的水質(zhì)特征對混合水進行預(yù)處理，以滿足雙膜法的進水條件。

4.濃鹽水的膜再濃縮處理。

雙膜法產(chǎn)品水回用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水，同時也產(chǎn)生濃鹽水，濃鹽水的鹽含量約為廢水處理站出水與清凈下水的混合水的4倍左右，水量為總廢水量的1/4左右，水量仍然較大，且含有一定量的有機污染物，若不進行處理，仍會對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成巨大的污染。這就需要對雙膜法產(chǎn)生的濃鹽水進行進一步處理。若直接將雙膜法產(chǎn)生的濃鹽水進行蒸發(fā)，由于其處理規(guī)模較大，需要消耗大量的能源，非常不經(jīng)濟。國內(nèi)外有不少公司在研究將雙膜法產(chǎn)生的濃鹽水進行膜再濃縮，使鹽度達到5-8萬mg/L，即盡可能將廢水中鹽分提高，減小后續(xù)蒸發(fā)器的規(guī)模，減少投資以及節(jié)約能源。目前常用的膜濃縮工藝有HERO膜濃縮工藝、納濾膜濃縮工藝、OPUS工藝以及震動膜濃縮工藝。

5.膜濃縮廢水的蒸發(fā)處理。

在將濃鹽水中的鹽度提高到5-8萬mg/L后再進行蒸發(fā)，蒸發(fā)工藝一般采用機械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)。采用機械壓縮再循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)處理廢水時，蒸發(fā)廢水所需的熱能，主要由蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放或交換的熱能所提供。在運行過程中沒有潛熱的流失，運行過程中所消耗的僅是驅(qū)動蒸發(fā)器內(nèi)廢水、蒸汽和冷凝水循環(huán)和流動的水泵、蒸汽壓縮機和控制系統(tǒng)的電能。利用蒸汽作為熱能時，蒸發(fā)每千克水需消耗熱能2.33×106 J。采用機械壓縮蒸發(fā)技術(shù)時，典型的能耗為處理每噸含鹽廢水用電20~30 kW•h，即蒸發(fā)每千克水僅需1.18×105 J或更少的熱能。即單一的機械壓縮蒸發(fā)器的效率，理論上相當(dāng)于20效的多效蒸發(fā)系統(tǒng)。采用多效蒸發(fā)技術(shù)，可提高效率，但是增加了設(shè)備投資和操作的復(fù)雜性。蒸發(fā)器一般可將廢水中的鹽含量提高至20%以上。其排放的鹽鹵水通常被送往蒸發(fā)塘進行自然蒸發(fā)、結(jié)晶，或送至結(jié)晶器，結(jié)晶干燥成固體，運送堆填區(qū)埋放。

總之，在煤化工廢水“零排放”項目中，需要重點考慮和解決的問題主要有膜的有機物污染、廢水的硬度、結(jié)晶、結(jié)垢及其對蒸發(fā)器的腐蝕等。

參考文獻：

[1]張小勇.我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展的影響因素分析.2016.

[2]童雙.淺談煤化工廢水“零排放”技術(shù)及工程應(yīng)用現(xiàn)狀分析.2017.

延伸閱讀：

新型煤化工廢水零排放技術(shù)問題與解決思路

原標題:煤化工廢水“零排放”技術(shù)及工程應(yīng)用現(xiàn)狀分析