水處理零排放在煤化工系統中的應用

畢利君

（陽煤集團平定化工有限責任公司，山西平定 045000）

水處理零排放在煤化工系統中的應用

畢利君

（陽煤集團平定化工有限責任公司，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、氮氣和水，減少了后續生化段的處理負荷；采用IBR+MBR生物倍增技術，微生物富集、活性高、耐沖擊，生物系統穩定可靠。回用水工段的濃鹽水減量化采用了先進的ST膜，將TDS濃縮到10萬ppm，大幅減小蒸發裝置規模和減少運行能耗。結晶裝置采用強制循環結晶蒸發器分離結晶鹽。

零排放；TMF管式微濾膜；超濃縮；蒸發結晶

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、生產排水和生活污水）重力流入混合污水集水池，污水在進入集水池前，設置了機械格柵，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，從而保護后續的工藝設備以及降低后續生化處理的負荷。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節池。

b.氣化污水、乙二醇污水經壓力管道流入調節池，當生產裝置發生生產事故，導致進水水質嚴重超標時，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，可以根據系統運行狀況，將事故廢水分批、定量的泵送至調節池。調節池污水經過泵提升進入混凝反應池，投加混凝劑PAC，同廢水中的顆粒污染物發生電性中和、網捕及卷掃等作用，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，通過高分子物質的吸附架橋作用，使礬花進一步增大。經混凝后的混合液在沉淀池進行固液分離后重力流入反硝化水解池，再進行下一步的處理。

c.在反硝化水解池內，污水中的硝基氮通過反硝化菌的作用轉化成氮氣從污水中去除，一部分甲醇等有機物降解成二氧化碳和水。反硝化水解池的出水進入一段生化系統。

d.一段生化系統選用IBR反應器，利用缺氧微生物和好氧微生物的代謝作用，將大部分有機物降解成CO2、H2O及無機化合物；利用硝化菌和反硝化菌的聯合作用，將氨氮氧化成硝酸鹽或亞硝酸鹽，硝酸鹽或亞硝酸鹽進一步還原成氮氣，以去除廢水中的氨氮和總氮，經IBR反應器處理的混合液自流至二段生化系統。

e.IBR出水自流進入二段生化系統即MBR反應器，在MBR中，利用好氧微生物的代謝作用，將有機物降解成CO2、H2O及無機化合物；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池中設有氣提泵，將截留后的污泥混合液回流至IBR池的缺氧區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.污水處理站產生的污泥由混凝沉淀池排泥、反硝化水解反應池及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進行脫水處理。

1.2 回用水裝置工藝流程

廠區清凈廢水（循環水站排污、鍋爐系統脫鹽水站排污）進入原水調節池，經一級反應池、二級反應池，分別投加混凝劑、軟化劑后，進入TMF管式微濾膜單元進行固液分離，降低原水中的硬度、堿度、濁度，出水調節pH值后滿足反滲透裝置進水要求，管式微濾產水與污水處理站MBR出水進入反滲透進水池混合；廢水由反滲透進水池進入反滲透裝置脫除水中的鹽類物質和COD，使產水滿足回用水使用要求，進入回用水池，經泵提升后送至循環水站，作為循環水源使用。反滲透濃水經濃水反滲透進一步預濃縮提高廢水回收利用率。濃水反滲透產生的高鹽廢水經TMF微濾膜系統處理后進入ST膜裝置進行減量化超濃縮。超濃縮產生的含鹽量接近8%Wt的超濃鹽水去濃鹽水處理裝置蒸發處理。膜系統的沖洗廢水和清洗廢水回到進水調節池進行預處理。蒸發濃縮產生的鹵水進入結晶裝置。預熱后的鹵水首先進入結晶蒸發器內進行閃蒸蒸發，然后液體進入強制循環加熱器升溫升壓，再次進入結晶分離器內進行閃蒸蒸發，此時會有小顆粒的結晶體析出。析出的結晶體在結晶分離器內下落的過程中，晶型不斷變大，然后自流入晶漿罐，在晶漿罐內晶體進一步長大，再后從晶漿罐底部流出至離心設備分離。濃縮液和二次蒸汽在結晶分離器中進行汽液分離。氣液分離后密度較小的濃縮液被強制循環泵打入強制循環加熱器，濃縮液在強制循環蒸發器內繼續進行蒸發濃縮，然后進入結晶分離器，在結晶分離器內有晶體析出，析出的固體經收集后賣至別處。如此循環，離心后的結晶體送出，母液回流系統繼續進行蒸發濃縮，分離出的二次蒸汽進入冷凝器中冷凝。

污泥采用板框壓濾處理，濾后水返回調節池，污染物最終形成污泥固廢。

2 工程設備的性能

2.1 TMF設備

本系統選擇了化學加藥軟化加管式微濾膜的預處理工藝。管式微濾膜過濾精度為0.1 μm，具有強度好、耐摩擦、耐高濃度藥劑清洗、可在極高懸浮固體濃度下穩定運行、可耐受進水水質波動等優良性能，作為反滲透的前處理，大大縮短簡化了工藝流程，減少了系統占地面積。因為原水鈣硬度小于堿度，因此，使用氫氧化鈉提高pH值得方法進行軟化。水中溶解態二氧化硅,可被鎂離子形成的氫氧化鎂沉淀時攜帶沉淀一部分。

2.2 反滲透設備

TMF產水及MBR產水經泵提升后，進入保安過濾器，保安過濾器出水經高壓泵提升進入反滲透裝置，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，經收集后成為產品水，通過產水管道進入回用水池，通過回用水泵送至循環水站；水中的大部分鹽分和膠體、有機物等不能透過反滲透膜，隨濃水排至濃水池。RO產水口設止回閥，產水管配有在線電導率儀，在線檢測產水電導率。濃水管設有流量控調節閥和流量計，控制產水的回收率。裝置根據水池的水位及系統制水量采用自動控制運行方式，每次停用后能自動延時沖洗。

2.3 超濃縮設備

超濃縮設備利用STRO膜進一步濃縮濃水反滲透產生的濃水，以減少蒸發裝置的蒸發量。網管式膜組件由于其卓越的流體動力學設計，開放式流道和卷式膜組件設計，大大降低了反滲透膜組件中常見的污堵和結垢。

2.4 蒸發裝置

蒸發器設計為順流四效升降膜強制循環式蒸發裝置，設備包括第一、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，進料泵、出料泵、一、二、三效循環泵、一、二、三效布液器、四效強制循環泵、蒸汽冷凝水泵、冷凝水泵、冷卻水泵，列管式冷凝器，真空系統；預熱器，冷凝水罐，工藝管道、二次蒸氣管、閥門、真空表、壓力表、溫度計、安全閥、取樣口、流量計、除沫器、噴淋頭、除霧器、電氣控制柜等。

每個加熱器包括主體部分，底部封頭和頂部封頭等。主體部分是一個內部由多根金屬管的焊接外框架。底部封頭和頂部封頭應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入分離器，同時在加熱器中被蒸發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入分離室的料液混合，從分離器底部的管道進入加熱器，形成蒸發工作循環。最后階段產生的蒸汽將進入冷凝器中，由蒸汽轉化為水。真空泵用來確保壓力在分離器是負壓的（真空）和水在正常的沸點以下快速蒸發。

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，在管道中通過時被高溫的蒸汽加熱，蒸汽在換熱管外壁變成凝結水，料液被加熱后蒸發，蒸汽和未蒸發的料液一起進入分離室，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，參與循環完成繼續蒸發。

在升膜加熱器中，料液被加熱后，料液從底部向上方向運動進入加熱列管，在管道中通過時被高溫的蒸汽加熱，蒸汽在換熱管外壁變成凝結水；料液被加熱后，通過加熱器頂端噴射入分離器的同時，完成蒸發；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，參與循環完成繼續蒸發。整個進料、蒸發、出料的過程在在線儀表和自動控制系統控制下，形成連續作業的工作過程。

在系統運行過程中會產生部分不凝氣，不凝氣的量不大，但是長期積累會在冷凝側的局部形成較高的濃度，導致傳熱效率明顯下降，本蒸發系統在各效的加熱室設有專用的不凝氣體排出口，因此,在蒸發過程中定期打開各效的不凝氣閥門進行排放，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 工業應用

20萬t/a乙二醇規模的廠區各裝置及罐區產生的地面沖洗排水、初期雨水、生產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，循環水站和鍋爐系統脫鹽水站排污產生的清凈廢水為250 m3/h。產生污水污染物濃度高，不宜直接排放，因此建設了污水處理零排放裝置。整個裝置由污水處理和回用水兩部分組成，污水處理裝置設計規模為130 m3/h，即3 120 m3/d；回用水裝置設計規模為400 m3/h，即6 000 m3/d。

本套裝置處理后的水能夠全部回用，完全可以達到零排放。但換熱器可能出現的結疤現象，在冷卻結晶過程中從以下個方面來進行控制：第一是對換熱管內壁光滑的無縫管，以此來抑制晶體在管路表面成核；第二是控制換熱器管內循環液的固含量，讓循環液內包含少量的晶體顆粒。當循環液內存在局部過冷時，循環液內的晶體顆粒可以作為生長點，以此來避免晶體在換熱管內壁上生長；第三是控制換熱器管內流速，控制循環速度。通過流體的快速沖刷來避免晶體在換熱管表面沉積和結疤。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溶液溫度降低而產生管道堵塞的現象。應采取溶液輸送管道保溫的方式來避免這一現象。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，四效分離器內部由于物料濃度增加，容器內出現晶體，為防止出料堵管、晶體沉降粘附容器底部，設備設有熱水（或蒸汽）反沖口。

4 結束語

零排放技術在煤化工系統中的成功應用大大減輕企業的環保壓力。本工藝選用先進的工藝，成熟、高效的設備，以提高能源利用率，降低運行能耗原則，不僅使各類生產水全部得到回收利用，而且結晶出的雜鹽還可以產生一定的經濟效益。

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，大學本科，工程師，從事煤炭化工水處理工程研究工作。