碎煤氣化廢水蒸發(fā)結(jié)晶中試試驗研究

劉彥強(qiáng)

摘 ? ? ?要：碎煤氣化廢水經(jīng)生化處理、中水回用、膜濃縮后利用納濾膜分離氯離子和硫酸根離子，納濾產(chǎn)水采用MVR工藝，納濾濃水采用MVR熱法-冷凍結(jié)晶工藝分別進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶試驗。試驗結(jié)果表明：納濾膜可實(shí)現(xiàn)對水中一價鹽（氯化鈉為主）和二價鹽（硫酸鈉為主）的有效分離與富集，有利于后續(xù)結(jié)晶分鹽，蒸發(fā)結(jié)晶試驗裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，得到合格的結(jié)晶鹽產(chǎn)品。

關(guān) ?鍵 ?詞：碎煤氣化廢水;納濾;MVR

中圖分類號：TQ 028.7 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）10-2190-04

Abstract： The waste water of crushed coal gasification was treated with biochemical treatment， reclaimed water reuse and membrane concentration， and then chlorine ions and sulfate ions were separated by nanofiltration membrane. Nanofiltration produced water was evaporated and crystallized by MVR process， and nanofiltration concentrated water was evaporated and crystallized by MVR thermal method-freezing crystallization process. The test results showed that effective separation and enrichment of monovalent salts （mainly sodium chloride） and divalent salts （mainly sodium sulfate） in water were achieved by the nanofiltration membrane， which was conducive to subsequent crystallization and salt separation. The running of the evaporation crystallization test device was stable and reliable， qualified crystal salt products were got.

Key words： Crushed coal gasification wastewater; NF; MVR

碎煤氣化的生產(chǎn)過程中，對粗煤氣進(jìn)行冷卻洗滌時將產(chǎn)生大量廢水，水質(zhì)成分復(fù)雜，污染物濃度高[1-3]。該廢水經(jīng)酚氨回收后，仍具有含油、高氨氮、高酚、高COD、污染成分復(fù)雜、可生化性差、生物毒性大等特點(diǎn)。目前碎煤氣化廢水的生化處理、中水回用、膜濃縮工藝日臻成熟，但末端的蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)物只做到雜鹽[4]，尚未有獲得工業(yè)級的結(jié)晶分鹽的案例。

廢水處理蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)主要有自然蒸發(fā)、多效蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽壓縮、多級閃蒸、膜蒸餾等，目前蒸發(fā)結(jié)晶多采用機(jī)械蒸汽壓縮技術(shù)（MVR）[5]，該技術(shù)與傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)相比，能耗可節(jié)約70%以 ?上[6]。蒸發(fā)結(jié)晶過程可采用分步結(jié)晶工藝，分離后的NaCl和Na2SO4作為工業(yè)品銷售，既可減少廢固的處理量，又能實(shí)現(xiàn)資源化應(yīng)用。分步結(jié)晶工藝已有試驗及工業(yè)化運(yùn)行業(yè)績，例如，在廣東河源電廠的濃鹽水處理中運(yùn)行較穩(wěn)定，深能源在伊泰煤制油建一套3 t·h-1的中試分鹽裝置[7]，成功分離出單質(zhì)鹽。倍杰特公司在長城能化建一套0.2 t·h-1的中試分鹽裝置，也成功分離出單質(zhì)鹽，但在煤制氣行業(yè)尚無試驗案例。隨著《中國環(huán)境保護(hù)稅法》和“水十條”等環(huán)保政策的相繼發(fā)布[8]，國家對廢水處理要求越來越高，廢水“零排放”成為發(fā)展趨勢，而蒸發(fā)結(jié)晶是廢水“零排放”的關(guān)鍵?；诖?，針對碎煤氣化廢水這種較復(fù)雜的有機(jī)工業(yè)廢水，我們進(jìn)行了蒸發(fā)結(jié)晶分鹽技術(shù)中試試驗研究。

1 ?中試試驗

1.1 ?試驗簡介

某煤制天然氣項目通過煤的氣化、變換、凈化及甲烷合成等工藝合成天然氣，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水包括碎煤加壓氣化廢水經(jīng)過酚氨回收后的排放水、粉煤氣化廢水、低溫甲醇洗廢水、部分其他工業(yè)廢水、生活廢水、循環(huán)水排污及脫鹽水站濃水等。污水全流程中試試驗處理裝置以該生產(chǎn)廢水為原水，經(jīng)過生化處理、回用水處理、膜濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶等工藝，最終實(shí)現(xiàn)煤化工廢水零排放和結(jié)晶鹽資源化利用。

該中試試驗裝置分為4個處理段，分別為：生化處理段、回用水處理段、膜濃縮處理段和結(jié)晶分鹽段。其中，生化處理段采用“調(diào)節(jié)罐+水解酸 ? ?化+A/O生化池+二沉池+臭氧氧化+曝氣生物濾池”工藝流程， 回用水處理段采用“混凝沉淀+多介質(zhì)過濾+超濾+反滲透”工藝流程，膜濃縮處理段采用“軟化澄清+多介質(zhì)過濾+離子交換樹脂+超濾+反滲透+電解氧化+納濾分鹽+NaCl反滲透”工藝[9]，結(jié)晶分鹽段富含NaCl的高濃鹽水采用MVR結(jié)晶系統(tǒng)，富含Na2SO4的高濃鹽水采用MVR熱法和冷凍結(jié)晶系統(tǒng)組合工藝。

1.2 ?水質(zhì)水量

中試試驗各單元處理規(guī)模如下：生化單元處理能力不小于3 m3·h-1（以總進(jìn)水計，不包括內(nèi)部回流水量），中水回用單元處理能力不小于6 m3·h-1，膜濃縮單元的進(jìn)水負(fù)荷不低于3 m3·h-1，蒸發(fā)結(jié)晶單元（包括Na2SO4蒸發(fā)結(jié)晶和NaCl蒸發(fā)結(jié)晶）處理能力分別不低于0.5 m3·h-1。

3.4 ?運(yùn)行成本估算

蒸發(fā)結(jié)晶單元運(yùn)行過程未投加藥劑。公用工程消耗主要包括電、低壓蒸汽、儀表空氣和循環(huán)冷卻水，其中電費(fèi)占成本的比重最大。經(jīng)估算整個蒸發(fā)結(jié)晶單元運(yùn)行成本是27.46元·m-3，其中電費(fèi)約占運(yùn)行成本的84.09%。

4 ?結(jié) 論

1）納濾裝置水回收率達(dá)到80.12%，實(shí)現(xiàn)對水中一價鹽（NaCl為主）和二價鹽（Na2SO4為主）的有效分離與富集，納濾濃水中TDS為 32 557 mg·L-1、硫酸鹽質(zhì)量濃度11 113 mg·L-1，納濾產(chǎn)水平均TDS質(zhì)量濃度21 746 mg·L-1、硫酸鹽質(zhì)量濃度705 mg·L-1，有利于后續(xù)分鹽結(jié)晶。

2）結(jié)晶分鹽段富含NaCl的高濃鹽水采用MVR結(jié)晶系統(tǒng)，富含Na2SO4的高濃鹽水采用MVR熱法和冷凍結(jié)晶系統(tǒng)組合工藝。試驗裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)出的Na2SO4結(jié)晶鹽達(dá)到GB/T 6009—2014《工業(yè)無水硫酸鈉》的二類合格品標(biāo)準(zhǔn)，NaCl結(jié)晶鹽達(dá)到GB/T 5462—2003《工業(yè)鹽》的日曬工業(yè)鹽二級標(biāo)準(zhǔn)，表明蒸發(fā)結(jié)晶分鹽工藝可行。對照上述標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，分析數(shù)據(jù)表明，Na2SO4結(jié)晶鹽（芒硝折硫酸鈉）合格率約為92.86%，NaCl結(jié)晶鹽合格率可達(dá)到100%。

3）試驗獲取了運(yùn)行和各階段水質(zhì)數(shù)據(jù)，積累了寶貴的運(yùn)行經(jīng)驗，后期大型化工業(yè)應(yīng)用時將考慮設(shè)置淘洗設(shè)施，進(jìn)一步提高NaCl和Na2SO4結(jié)晶鹽品質(zhì)。

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