液體零排放技術在工業水處理領域的應用

盧少紅，施明清

（阿奎特（廣州）水處理有限公司，廣東廣州510080）

液體零排放技術在工業水處理領域的應用

盧少紅，施明清

（阿奎特（廣州）水處理有限公司，廣東廣州510080）

介紹了最新的、已實現工業應用的液體零排放技術，概括了該技術的常規系統組成，描述了液體零排放技術的預處理、熱處理、最終廢棄物處理以及高效反滲透預濃縮的液體零排放技術的特點，總結了該技術在電力、煉油及石化、煤化工和采油等工業水處理領域的應用，指出了該技術存在的問題，展望了該技術的發展前景。

液體零排放；高效反滲透；廢水回用

隨著工業技術的發展，各種工業對水質的要求越來越高，導致對化學藥品、能源等的消耗越來越高，同時各國政府對環境保護、能源消耗等的要求越來越嚴格。2005年頒布的《中國節水技術政策大綱》明確指出發展外排廢水回用和 “零排放”技術。在生產符合要求的高質量工藝用水的同時，如何將大量的污水進行回用、降低能耗、實現排放、最大限度降低對環境的污染，甚至沒有污染，已成為一個巨大的挑戰。

液體零排放（ZLD）系統作為一種循環經濟體系，可真正實現廢水零排放，節省了大量的排污費用并最大限度保護了環境，同時可為企業提供高品質的產水以減少大量的工藝用水量。即使企業處于城市中心或是自然保護區，采用液體零排放系統，也能滿足社會、政府對環境保護的嚴格要求。所以，液體零排放系統無論是在經濟效益還是在社會、環境效益上，都有深遠而重大的意義。

液體零排放系統可廣泛應用于電力、煉油、化工、冶金、制藥等諸多對環境污染嚴重的行業，最大程度減少這些企業對環境的影響。

1 零排放技術介紹

1.1 概述

20世紀80年代，歐州及美國的一些化工企業為保護環境，對特殊廢水經簡單預處理后即進行熱處理，既可產生蒸汽，又可回收產品。但由于這些熱處理設備昂貴，運行費用極高，只適合特殊場合應用。在20世紀90年代初期，反滲透技術得到了大力推廣，反滲透系統作為熱處理的預濃縮處理，大大減少了熱處理系統的處理量，顯著減少了零排放系統的投資和運行費用，從而在近20a特別是近幾年，液體零排放技術得到了大力發展。

液體零排放系統一般的工藝組成如圖1。

1.2 預處理

預處理的作用主要是：對廢水進行適當的處理，使廢水水質符合熱處理系統進水要求；在最經濟的條件下對廢水進行初步的濃縮，盡可能減少熱處理系統的處理量。

由于液體零排放系統的核心部分——熱處理系統是由昂貴的合金鋼，甚至是鈦材制造的；同時熱處理需要用蒸汽將廢水蒸發，消耗熱源。因而預處理的作用在零排放系統中至關重要。合適的預處理可以顯著減少熱處理系統的投資和運行費用。

20世紀90年代以來，反滲透技術在水處理上的應用得到迅速推廣和發展。濃鹽水的減量可以通過將濃鹽水引入膜裝置來實現［1］。反滲透作為熱處理的預處理系統，能將廢水濃縮，減少后續熱處理系統的規模，降低投資和運行成本。但是一般的工業廢水中存在的污染物，如有機物、油脂、微生物、二氧化硅等，很容易引起常規反滲透系統產生污堵和結垢，導致頻繁的停機清洗和系統性能下降。高效反滲透（HEROTM）系統，由于在預處理中去除幾乎所有結垢離子并且反滲透裝置在高pH值條件下運行，能有效防止有機物污染、生物污堵、硅和無機鹽等結垢［2］。高效反滲透回收率高達90%以上，作為熱處理的預濃縮系統時，一般能將進入熱處理的廢水量降低到只有原處理量的10%甚至更少［3］。反滲透產水可回用于冷卻塔補給水以及其它生產用水。高效反滲透和熱處理的結合應用，2002年在北美已有工業應用。

1.3 熱處理

熱處理部分為液體零排放系統的核心部分，此部分是在高溫條件下對廢水進行蒸發，除結晶水外所有水分均以蒸汽形式排出系統，經冷凝后形成非常純凈的蒸餾水。而污染物質以固體的形式經脫水后排出系統外。

熱處理系統主要包含兩部分，前半部分為熱濃縮器，一般采用立式降膜 （或升膜）鹽濃縮器，對廢水進行蒸發濃縮，將廢水的總溶解固體（TDS）濃縮至19%以上；后半部分為結晶器，主要是將剩余水分全部蒸發，污染物最終形成固體。結晶器可根據當地的地理條件，用蒸發塘代替。在我國的新疆、內蒙等地年蒸發量很大的干燥地區，可采用蒸發塘。

進入熱法系統的水質成分很復雜，要保證熱處理系統穩定可靠，要注意兩個主要問題，一是防止腐蝕，二是防止系統內結垢：

（1）由于熱處理是在高溫條件下蒸發高含鹽量廢水，系統材質需要根據水質選擇合適的合金鋼或鈦材；另外，在進水中通過脫氣器降低給水中的氧，防止可能由高溫、高濃度氯離子導致的點腐蝕和裂縫腐蝕。

（2）廢水中的低溶解度結垢鹽類 （如硫酸鈣等）限制了濃縮器對廢水的濃縮程度，并且極易在換熱管中產生結垢。根據進入熱處理系統的廢水水質，蒸發器可以設計在晶種接種模式或非接種模式下運行。當需要接種時，通過在鹽水中均勻加入充足的晶種可以解決硫酸鈣在換熱管結垢的問題。晶種可以防止過飽和，促進硫酸鈣在晶種上結晶，而不是在換熱管表面形成結垢［4］。另外，熱處理系統還需要在高循環倍率下運行，除了提高換熱效率，還能降低系統結垢率。

熱處理是整個液體零排放系統中運行成本最大的部分，為降低運行成本，可充分利用廠區的廢蒸汽進行蒸發結晶。對于濃縮器，還可以利用機械壓縮機，增加鹽水蒸發器中產生的二次蒸汽的飽和壓力和溫度，壓縮后的二次蒸汽進入鹽水蒸發器的過程替代生蒸汽作為系統的熱源。這樣，濃縮器僅在啟動時需要小量的蒸汽，節約運行成本。

熱處理系統的投資和運行費用占整個系統70%以上（根據水質不同，甚至超過90%）。所以應盡可能減少熱處理系統的規模。

1.4 最終廢棄物處理

液體零排放系統最終不排放任何的廢水或廢液，所有的廢棄物均以固體的形式存在。這些固體廢棄物可根據測試的結果，按國家的標準要求進行填埋。

1.5 液體零排放技術的特點

（1）可回收98%以上的污水，甚至更高（取決于污水的水質）；

（2）回收水水質很高，可達到一般脫鹽水的要求；

（3）無液體的污染物，系統僅產生少量的固體廢棄物，可送至垃圾填埋場填埋；

（4）能耗很低，不需要消耗大量的蒸汽；（5）操作簡單靈活，維護量少；（6）占地面積和投資顯著減少。

2 工業水處理領域的應用

2.1 電力

液體零排放系統在歐洲、北美地區已應用于循環冷卻水的回用及處理脫硫廢水。例如在美國拉斯維加斯的木蘭電廠、Lantan電廠等，特別是一些IGCC電廠，已將電廠的廢水及循環冷卻排污水回收利用并實現廢水零排放。這些電廠處于干旱嚴重缺水地區，環保要求極其嚴格，實現零排放不但減少廠區補水量，而且最大程度減少對當地的環境影響。

電廠的另一小部分的廢水——脫硫廢水 （FGD廢水），這部分廢水由于含有大量的懸浮物、硫酸鹽和重金屬等，是高污染廢水，脫硫廢水深度處理技術是廢水處理的一個難點課題，目前基本沒有處理此廢水達到排放標準的工藝，而采用蒸發＋結晶的液體零排放技術，脫硫廢水徹底實現無害化［5］。在意大利ENEL公司旗下的五座發電廠，采用先進的液體零排放技術處理電廠產生的脫硫廢水，實現了廢水的零排放［6］。在我國的一些敏感地區的電廠，例如在飲用水源區、生態極度脆弱地區，可以實施液體零排放系統徹底解決脫硫廢水排放的問題。

2.2 煉油及石化

液體零排放技術的應用最早是在石油化工行業，熱處理技術本身也屬于典型的化工單元操作，在石油化工企業的廢液處理中這種熱處理技術應用非常廣泛，例如在丙烯酸纖維液處理、PVC廢液處理等領域。在北美、中東、埃及，甚至在我國的金山石化、蘭州石化等都有這些技術的應用。

但單純作為廢水處理技術，在國內的應用才剛剛開始，目前主要在中海油的惠州煉油項目上進行了實質性的技術論證及談判，可能不久的將來可以得到實施。惠州煉油周圍海域屬海龜產卵保護區，需要達到一級海水標準。任何廢水的排放將改變此海域的海水水質。所以液體零排放技術作為最終的廢水處理技術得到了中海油的認可。

隨著環保要求的日趨嚴格，在一些飲用水源及江河的上游地區、極干旱地區、生態脆弱地區，高污染的石油化工行業將會選擇液體零排放技術作為最終的廢水解決方案，滿足用水和環保要求。

2.3 煤化工

煤化工行業本身屬于高污染、高能耗行業，會產生大量高難度處理廢水。我國大部分的煤化工分布在干旱、環境優美或生態環境脆弱地區，對廢水的排放和回用有很高的要求。例如在內蒙古的煤化工企業云天化集團金新化工，采用了液體零排放技術，廢水首先經過高效反滲透預濃縮后進入蒸發器蒸發。由于該廠設有蒸發塘，因此該液體零排放系統無需結晶部分設備。該系統能回用絕大部分廢水，最后僅有9m3／h的廢水排放至蒸發塘進行自然蒸發。

對于煤化工所產生的高污染情況，國家環保部也非常關注，并提出了相應的環保要求和審批條件，確保進一步保護好環境和水資源，例如對水耗量及回用的數量、排污總量都有嚴格的要求。面對這些嚴格的環保要求和對水資源的保護，大部分的業主如大唐、神華等已考慮在其擬建的項目中建設液體零排放系統。2008年以來，中國化工集團從節能減排、主動履行社會責任的方針出發，率先在行業內提出推進節能減排，逐步實現廢水 “零排放”的目標，在全系統開展廢水 “零排放”試點工程［7］。

2.4 采油

采油行業中，在SAGD技術應用中，需要采用蒸汽進行采油。采用熱處理對采油廢水進行蒸發產生蒸汽，一方面能減少廢水排放，另一方面廢水產生的蒸汽能用于采油過程。在已建設的阿曼Mukhaizna采油項目中，采用液體零排放技術將采油廢水（規模為超過45000t／d）直接轉化為蒸汽直接用于開采重油。這種技術的應用不僅解決了采油廢水排放的問題，而且還直接變廢為寶，將廢水變為石油開采需使用的蒸汽，顯著改善了環境問題和能源問題。

在我國的遼河油田、克拉瑪依油田開采重油，SAGD采油技術正在應用中。不久以后，這種液體零排放技術也將在我國的采油行業中出現。

3 存在問題

液體零排放技術可最大限度地回收水資源，實現最小的環境污染。但投資和運行成本的居高不下，一直是制約液體零排放技術發展的最重要因素。

在投資方面，由于液體零排放系統的設備需要采用昂貴的高合金材料，甚至是鈦材，導致投資極高。一般來說，熱處理部分 （含蒸發器及結晶器）噸水投資費用采用進口設備為150～200萬元，采用引進技術的國內制造設備為110～140萬元。

在運行方面，廢水在熱處理中是靠蒸汽進行蒸發的，需要消耗大量的能源，運行費用很高。蒸發器部分噸水折合耗電25～30kWh，結晶器部分噸水折合耗蒸汽0.3～0.4t蒸汽。

所以，如何選擇合適的設備材料是需要解決的問題。同時，盡量提高預處理對廢水的濃縮倍率、減少熱處理部分的處理水量，并提高熱效率，也是非常重要的研究課題。另外，由于廢水成分復雜，如何選擇合適的蒸發系統也需要進行詳細的設計論證，否則蒸發設備將會產生結垢甚至無法使用。

4 結論

液體零排放系統作為一種循環經濟體系，可真正實現廢水零排放，節省了大量的排污費用并最大限度保護了環境，同時可為企業提供高品質的產水以減少大量的工藝用水量。液體零排放系統是企業實現經濟效益、社會效益和環境效益的最終、唯一選擇，是廢水處理和回用的最終發展方向。

［1］羅金華.鋼鐵工業廢水零排放中的濃鹽水處理技術［J］.冶金動力，2011，144（2），57－59.

［2］德巴斯什·穆霍帕德黑.高效率操作的反滲透方法和設備：中國，97197289.3［Z］.1999－11－24.

［4］謝曉.工業廢水零排放技術簡介 ［J］.水處理信息報導，2007，140（6），12－13.

［5］徐國慶.火電廠脫硫廢水零排放［J］.科技資訊，2009，213（35），71－71.

［7］郭有智.推進化工廢水 “零排放”戰略 ［J］.中國石油企業，2010，306（10），54－55.

The Application of Zero Liquid Discharge Technology in Industrial Wastewater Treatment

LU Shao-hong，SHI Ming-qing
（Aquatech（Guangzhou）Water Treatment Co.，Ltd，Guangzhou Guangdong 510080 China）

This paper introduces the up-to-date zero liquid discharge（ZLD）technology which have been put into use in industry，generalizes the normal compositions of ZLD system，and describes the pre-treatment，thermal treatment，the final solid waste treatment and unique features of the zero liquid discharge technology with high efficiency reverse osmosis as pre-concentration.The paper also summarizes the applications in industries such as power，refinery＆petrochemical，coal chemical and oil industries etc.It also points out the existing problems and prospects of the zero liquid discharge technology.

zero liquid discharge；high efficiency reverse osmosis；wastewater reuse

X703

：A

：1673－9655（2013）02－0078－04

2012－09－20

盧少紅 （1982－），女，廣東廣州人，本科，主要從事廢水回用和工業給水方面的研究。