水處理零排放在煤化工系統(tǒng)中的應(yīng)用

畢利君

（陽煤集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司，山西平定 045000）

水處理零排放在煤化工系統(tǒng)中的應(yīng)用

畢利君

（陽煤集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司，山西平定 045000）

污水生化工藝采用高效反硝化水解工藝，利用廢水中的甲醇降解硝酸鹽，生成二氧化碳、氮?dú)夂退?，減少了后續(xù)生化段的處理負(fù)荷；采用IBR+MBR生物倍增技術(shù)，微生物富集、活性高、耐沖擊，生物系統(tǒng)穩(wěn)定可靠?；赜盟ざ蔚臐恹}水減量化采用了先進(jìn)的ST膜，將TDS濃縮到10萬ppm，大幅減小蒸發(fā)裝置規(guī)模和減少運(yùn)行能耗。結(jié)晶裝置采用強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶蒸發(fā)器分離結(jié)晶鹽。

零排放；TMF管式微濾膜；超濃縮；蒸發(fā)結(jié)晶

1 工藝概述

1.1 污水處理裝置工藝流程

a.混合污水（地面沖洗排水、初期雨水、生產(chǎn)排水和生活污水）重力流入混合污水集水池，污水在進(jìn)入集水池前，設(shè)置了機(jī)械格柵，通過格柵的攔截作用，能夠去除混合污水中直徑大于2 mm的固體污染物質(zhì)，從而保護(hù)后續(xù)的工藝設(shè)備以及降低后續(xù)生化處理的負(fù)荷。在集水池收集后的混合污水，由混合污水集水池提升泵提升至調(diào)節(jié)池。

b.氣化污水、乙二醇污水經(jīng)壓力管道流入調(diào)節(jié)池，當(dāng)生產(chǎn)裝置發(fā)生生產(chǎn)事故，導(dǎo)致進(jìn)水水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，可以通過切換管道上的閥門，將事故廢水送至事故池。事故池中的提升泵，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，將事故廢水分批、定量的泵送至調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池污水經(jīng)過泵提升進(jìn)入混凝反應(yīng)池，投加混凝劑PAC，同廢水中的顆粒污染物發(fā)生電性中和、網(wǎng)捕及卷掃等作用，生成礬花，再投加碳酸鈉到軟化池去除硬度，在絮凝池投加PAM，通過高分子物質(zhì)的吸附架橋作用，使礬花進(jìn)一步增大。經(jīng)混凝后的混合液在沉淀池進(jìn)行固液分離后重力流入反硝化水解池，再進(jìn)行下一步的處理。

c.在反硝化水解池內(nèi)，污水中的硝基氮通過反硝化菌的作用轉(zhuǎn)化成氮?dú)鈴奈鬯腥コ?，一部分甲醇等有機(jī)物降解成二氧化碳和水。反硝化水解池的出水進(jìn)入一段生化系統(tǒng)。

d.一段生化系統(tǒng)選用IBR反應(yīng)器，利用缺氧微生物和好氧微生物的代謝作用，將大部分有機(jī)物降解成CO2、H2O及無機(jī)化合物；利用硝化菌和反硝化菌的聯(lián)合作用，將氨氮氧化成硝酸鹽或亞硝酸鹽，硝酸鹽或亞硝酸鹽進(jìn)一步還原成氮?dú)猓匀コ龔U水中的氨氮和總氮，經(jīng)IBR反應(yīng)器處理的混合液自流至二段生化系統(tǒng)。

e.IBR出水自流進(jìn)入二段生化系統(tǒng)即MBR反應(yīng)器，在MBR中，利用好氧微生物的代謝作用，將有機(jī)物降解成CO2、H2O及無機(jī)化合物；清水通過膜組件抽吸泵直接從MBR膜中抽出，排放至成品水池；污泥則被完全截留。MBR池中設(shè)有氣提泵，將截留后的污泥混合液回流至IBR池的缺氧區(qū)A1中，完成反硝化作用，少部分污泥作為剩余污泥排至污泥池。

f.污水處理站產(chǎn)生的污泥由混凝沉淀池排泥、反硝化水解反應(yīng)池及MBR剩余污泥組成。污泥在污泥池中收集，然后由污泥輸送泵將混合后的污泥送至污泥濃縮脫水一體機(jī)進(jìn)行脫水處理。

1.2 回用水裝置工藝流程

廠區(qū)清凈廢水（循環(huán)水站排污、鍋爐系統(tǒng)脫鹽水站排污）進(jìn)入原水調(diào)節(jié)池，經(jīng)一級(jí)反應(yīng)池、二級(jí)反應(yīng)池，分別投加混凝劑、軟化劑后，進(jìn)入TMF管式微濾膜單元進(jìn)行固液分離，降低原水中的硬度、堿度、濁度，出水調(diào)節(jié)pH值后滿足反滲透裝置進(jìn)水要求，管式微濾產(chǎn)水與污水處理站MBR出水進(jìn)入反滲透進(jìn)水池混合；廢水由反滲透進(jìn)水池進(jìn)入反滲透裝置脫除水中的鹽類物質(zhì)和COD，使產(chǎn)水滿足回用水使用要求，進(jìn)入回用水池，經(jīng)泵提升后送至循環(huán)水站，作為循環(huán)水源使用。反滲透濃水經(jīng)濃水反滲透進(jìn)一步預(yù)濃縮提高廢水回收利用率。濃水反滲透產(chǎn)生的高鹽廢水經(jīng)TMF微濾膜系統(tǒng)處理后進(jìn)入ST膜裝置進(jìn)行減量化超濃縮。超濃縮產(chǎn)生的含鹽量接近8%Wt的超濃鹽水去濃鹽水處理裝置蒸發(fā)處理。膜系統(tǒng)的沖洗廢水和清洗廢水回到進(jìn)水調(diào)節(jié)池進(jìn)行預(yù)處理。蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的鹵水進(jìn)入結(jié)晶裝置。預(yù)熱后的鹵水首先進(jìn)入結(jié)晶蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行閃蒸蒸發(fā)，然后液體進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)加熱器升溫升壓，再次進(jìn)入結(jié)晶分離器內(nèi)進(jìn)行閃蒸蒸發(fā)，此時(shí)會(huì)有小顆粒的結(jié)晶體析出。析出的結(jié)晶體在結(jié)晶分離器內(nèi)下落的過程中，晶型不斷變大，然后自流入晶漿罐，在晶漿罐內(nèi)晶體進(jìn)一步長大，再后從晶漿罐底部流出至離心設(shè)備分離。濃縮液和二次蒸汽在結(jié)晶分離器中進(jìn)行汽液分離。氣液分離后密度較小的濃縮液被強(qiáng)制循環(huán)泵打入強(qiáng)制循環(huán)加熱器，濃縮液在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，然后進(jìn)入結(jié)晶分離器，在結(jié)晶分離器內(nèi)有晶體析出，析出的固體經(jīng)收集后賣至別處。如此循環(huán)，離心后的結(jié)晶體送出，母液回流系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，分離出的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器中冷凝。

污泥采用板框壓濾處理，濾后水返回調(diào)節(jié)池，污染物最終形成污泥固廢。

2 工程設(shè)備的性能

2.1 TMF設(shè)備

本系統(tǒng)選擇了化學(xué)加藥軟化加管式微濾膜的預(yù)處理工藝。管式微濾膜過濾精度為0.1 μm，具有強(qiáng)度好、耐摩擦、耐高濃度藥劑清洗、可在極高懸浮固體濃度下穩(wěn)定運(yùn)行、可耐受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)等優(yōu)良性能，作為反滲透的前處理，大大縮短簡化了工藝流程，減少了系統(tǒng)占地面積。因?yàn)樵}硬度小于堿度，因此，使用氫氧化鈉提高pH值得方法進(jìn)行軟化。水中溶解態(tài)二氧化硅,可被鎂離子形成的氫氧化鎂沉淀時(shí)攜帶沉淀一部分。

2.2 反滲透設(shè)備

TMF產(chǎn)水及MBR產(chǎn)水經(jīng)泵提升后，進(jìn)入保安過濾器，保安過濾器出水經(jīng)高壓泵提升進(jìn)入反滲透裝置，在壓力作用下，大部分水分子和微量其它離子透過反滲透膜，經(jīng)收集后成為產(chǎn)品水，通過產(chǎn)水管道進(jìn)入回用水池，通過回用水泵送至循環(huán)水站；水中的大部分鹽分和膠體、有機(jī)物等不能透過反滲透膜，隨濃水排至濃水池。RO產(chǎn)水口設(shè)止回閥，產(chǎn)水管配有在線電導(dǎo)率儀，在線檢測(cè)產(chǎn)水電導(dǎo)率。濃水管設(shè)有流量控調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，控制產(chǎn)水的回收率。裝置根據(jù)水池的水位及系統(tǒng)制水量采用自動(dòng)控制運(yùn)行方式，每次停用后能自動(dòng)延時(shí)沖洗。

2.3 超濃縮設(shè)備

超濃縮設(shè)備利用STRO膜進(jìn)一步濃縮濃水反滲透產(chǎn)生的濃水，以減少蒸發(fā)裝置的蒸發(fā)量。網(wǎng)管式膜組件由于其卓越的流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，開放式流道和卷式膜組件設(shè)計(jì)，大大降低了反滲透膜組件中常見的污堵和結(jié)垢。

2.4 蒸發(fā)裝置

蒸發(fā)器設(shè)計(jì)為順流四效升降膜強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)裝置，設(shè)備包括第一、二、三效降膜加熱室各1套，四效升膜加熱室1套。第一、二、三效分離室各1套，四效分離室1套，進(jìn)料泵、出料泵、一、二、三效循環(huán)泵、一、二、三效布液器、四效強(qiáng)制循環(huán)泵、蒸汽冷凝水泵、冷凝水泵、冷卻水泵，列管式冷凝器，真空系統(tǒng)；預(yù)熱器，冷凝水罐，工藝管道、二次蒸氣管、閥門、真空表、壓力表、溫度計(jì)、安全閥、取樣口、流量計(jì)、除沫器、噴淋頭、除霧器、電氣控制柜等。

每個(gè)加熱器包括主體部分，底部封頭和頂部封頭等。主體部分是一個(gè)內(nèi)部由多根金屬管的焊接外框架。底部封頭和頂部封頭應(yīng)在主體部位的輪緣部分連接主體部位。分離器通過管道連接加熱器，分離器外形為帶上下封頭的罐式容器，加熱后的料液從加熱器頂部進(jìn)入分離器，同時(shí)在加熱器中被蒸發(fā)的蒸汽在分離器中上升，從分離器的頂部排出，通過二次蒸汽管進(jìn)入下一效的加熱器，并成為下一效的熱源，最終冷凝為水。濃縮后的料液與新進(jìn)入分離室的料液混合，從分離器底部的管道進(jìn)入加熱器，形成蒸發(fā)工作循環(huán)。最后階段產(chǎn)生的蒸汽將進(jìn)入冷凝器中，由蒸汽轉(zhuǎn)化為水。真空泵用來確保壓力在分離器是負(fù)壓的（真空）和水在正常的沸點(diǎn)以下快速蒸發(fā)。

在降膜加熱器中，料液通過加熱室頂部的布液器均勻地順各加熱管的管壁自上而下流下，在管道中通過時(shí)被高溫的蒸汽加熱，蒸汽在換熱管外壁變成凝結(jié)水，料液被加熱后蒸發(fā)，蒸汽和未蒸發(fā)的料液一起進(jìn)入分離室，蒸汽通過二次蒸汽管線離開分離室，料液則收集于分離室底部，參與循環(huán)完成繼續(xù)蒸發(fā)。

在升膜加熱器中，料液被加熱后，料液從底部向上方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)入加熱列管，在管道中通過時(shí)被高溫的蒸汽加熱，蒸汽在換熱管外壁變成凝結(jié)水；料液被加熱后，通過加熱器頂端噴射入分離器的同時(shí)，完成蒸發(fā)；蒸汽通過二次蒸汽管線離開分離室，料液則收集于分離室底部，參與循環(huán)完成繼續(xù)蒸發(fā)。整個(gè)進(jìn)料、蒸發(fā)、出料的過程在在線儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)控制下，形成連續(xù)作業(yè)的工作過程。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生部分不凝氣，不凝氣的量不大，但是長期積累會(huì)在冷凝側(cè)的局部形成較高的濃度，導(dǎo)致傳熱效率明顯下降，本蒸發(fā)系統(tǒng)在各效的加熱室設(shè)有專用的不凝氣體排出口，因此,在蒸發(fā)過程中定期打開各效的不凝氣閥門進(jìn)行排放，以提高傳熱效率，不凝氣由不凝氣接管接到末端冷凝器，由真空泵排出。

3 工業(yè)應(yīng)用

20萬t/a乙二醇規(guī)模的廠區(qū)各裝置及罐區(qū)產(chǎn)生的地面沖洗排水、初期雨水、生產(chǎn)排水和生活污水的總水量為80 m3/h，氣化裝置排放污水為30 m3/h，乙二醇裝置排放污水為9.6 m3/h，循環(huán)水站和鍋爐系統(tǒng)脫鹽水站排污產(chǎn)生的清凈廢水為250 m3/h。產(chǎn)生污水污染物濃度高，不宜直接排放，因此建設(shè)了污水處理零排放裝置。整個(gè)裝置由污水處理和回用水兩部分組成，污水處理裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為130 m3/h，即3 120 m3/d；回用水裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為400 m3/h，即6 000 m3/d。

本套裝置處理后的水能夠全部回用，完全可以達(dá)到零排放。但換熱器可能出現(xiàn)的結(jié)疤現(xiàn)象，在冷卻結(jié)晶過程中從以下個(gè)方面來進(jìn)行控制：第一是對(duì)換熱管內(nèi)壁光滑的無縫管，以此來抑制晶體在管路表面成核；第二是控制換熱器管內(nèi)循環(huán)液的固含量，讓循環(huán)液內(nèi)包含少量的晶體顆粒。當(dāng)循環(huán)液內(nèi)存在局部過冷時(shí)，循環(huán)液內(nèi)的晶體顆粒可以作為生長點(diǎn)，以此來避免晶體在換熱管內(nèi)壁上生長；第三是控制換熱器管內(nèi)流速，控制循環(huán)速度。通過流體的快速?zèng)_刷來避免晶體在換熱管表面沉積和結(jié)疤。由于本工藝方案中出口晶漿溫度較高，在管道傳輸過程中容易由于管內(nèi)溶液溫度降低而產(chǎn)生管道堵塞的現(xiàn)象。應(yīng)采取溶液輸送管道保溫的方式來避免這一現(xiàn)象。第四是控制合理的加熱蒸汽溫度，保證各效間合理的溫度差。另外，四效分離器內(nèi)部由于物料濃度增加，容器內(nèi)出現(xiàn)晶體，為防止出料堵管、晶體沉降粘附容器底部，設(shè)備設(shè)有熱水（或蒸汽）反沖口。

4 結(jié)束語

零排放技術(shù)在煤化工系統(tǒng)中的成功應(yīng)用大大減輕企業(yè)的環(huán)保壓力。本工藝選用先進(jìn)的工藝，成熟、高效的設(shè)備，以提高能源利用率，降低運(yùn)行能耗原則，不僅使各類生產(chǎn)水全部得到回收利用，而且結(jié)晶出的雜鹽還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

Application of Wastewater Treatment with Zero-discharge in Coal Chemical Industry

BI Lijun
(Pingding Chemical Industry Co.,Ltd.,Yangquan Coal Group,Pingding 045000,China)

Efficient denitrification hydrolysis technology was used in wastewater biochemical process. Nitrate was degraded with the methanol in the wastewater to generate carbon dioxide,nitrogen and water, reducing the processing load in the subsequent biochemical section.IBR+MBR bio-dopp technology led to enrichment,high activity,and impact resistance of microbe,which realized the stability and reliability of the biological system.To reduce concentrated brine in the process of recycling water,advanced ST membrane was used to concentrate TDS to 0.1 million ppm,which remarkably decreased the scale of evaporation equipment and operational energy consumption.In addition,forced circulation crystallizing evaporator was adopted to separate crystallized salt.

zero-discharge;tubular micro-filtration(TMF)membrane;hyper-concentration; evaporation crystallization

TU991.22

A

1672-5050（2015）02-0090-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.029

（編輯：劉新光）

2015-01-20

畢利君（1978-），男，山西朔州人，大學(xué)本科，工程師，從事煤炭化工水處理工程研究工作。