精細化工園區“園中園”高鹽高有機廢水處理方法

葉得強，徐曉紅*，薛新源，石 昊

（1.蘭州新區石化投資集團有限公司，甘肅蘭州 730000；2.蘭州新區專精特新化工科技有限公司，甘肅蘭州 730000）

隨著我國化工經濟的高速發展，化工園區投資運營模式也表現出多樣化的特征，化工“園中園”則是租賃標準化廠房給發展階段、產業規模受到限制的中小企業，為企業提供公用工程等服務的化工園區。這類園區靈活性大，可減少企業運營成本，降低企業投資風險，滿足企業發展需求，但其存在安全環保突出方面的問題[1]。在環保方面大部分企業因占地面積、成本原因無法實現每企業裝置一套廢水處理系統，因此實現企業廢水的綜合處理迫在眉睫。

目前化工行業廢水主要特征為高鹽高有機物。本文涉及的化工園區是一個集中了醫藥、新材料、農藥中間體生產企業的園中園，這些企業污水存在著成分復雜、可生化性不強、處理難度大、治理費用高的特點，若不進行有效的預處理，將會對化工園區集中污水處理廠的處理系統產生較大的沖擊。經綜合評估，該產業園大部分企業廢水特性為高濃度含鹽有機廢水，若不有效處理，將會導致生化系統中的微生物脫水死亡、物質吸收過程受干擾阻斷死亡等，從而降低污水處理系統的處理效果[2]。

1 工藝選擇

蘭州新區某化工產業園多家企業廢水均具有有機物高、鹽分高、生物降解性差的特征。常用的處理方式有芬頓或電力-芬頓催化氧化預處理、雙膜預處理、臭氧催化/混凝土復合預處理、蒸發除鹽[3]。其中蒸發除鹽法有設備結構簡單、操作簡單、能耗低、處理效果好等特點，適用于水量大、濃度高、生物降解性差的化工污水，因而本產業園選擇了蒸發除鹽法。廢水蒸發除鹽方法是利用廢水中有機物在不同溫度下空氣和水中分配比不同，將廢水中水分子和部分輕組分有機物提取出來，而鹽分子由于沸點較高仍然保持在廢水中，從而實現鹽水分離[4]。高鹽高有機廢水經過蒸發除鹽，可有效達到去除鹽分和有機物的目的，且不與園區集中污水廠工藝流程重復。

2 工藝設計

進水特征污染物要求：甲苯≤500 mg/L，二氯甲烷≤500 mg/L，二氯乙烷≤500 mg/L，四氫呋喃≤500 mg/L，氯仿≤500 mg/L，丙酮≤500 mg/L，禁止含硝基苯廢水進入污水處理體系，進水輕組分、揮發性有機溶劑濃度≤1.0%。另外污染物限制標準為：酸堿度范圍6~9，化學耗氧量≤30 000 mg/L，氨氮≤800 mg/L，總磷≤1 600 mg/L，溶解性總固體≤60 000 mg/L，總氮≤1 000 mg/L。

表1 主要限制指標

3 工藝流程及工藝簡述

工藝流程見圖1。本工藝裝置是以高鹽高有機廢水為原水，水相處理方法首先通過渦凹氣浮及溶氣氣浮裝置進行預處理，去除廢水中的懸浮物、色度、油脂及少量有機雜質，避免雜質對蒸發設備產生不良影響，經過預處理后的高鹽高有機廢水由MPS 進水泵輸送至MPS 蒸發設備內，與循環廢水混合后進入預熱換熱器，利用冷凝器底部60℃左右出水的余熱進行加熱，而后經過高溫蒸汽將廢水升溫到85℃后，進入蒸發器內與熱風接觸，完成傳熱傳質蒸發，濕熱空氣從蒸發器頂部排出進入冷凝器，與頂部噴淋下來的冷凝液接觸，洗滌氣體攜帶的水蒸氣形成冷凝出水。冷凝器底部的廢水經預熱換熱將熱量傳遞給循環廢水后，降低廢水前期加熱的能耗，隨后經過冷卻水進一步冷卻，形成低溫的循環冷凝水，一方面將剩余的熱量傳遞給循環液體系統，一方面較低的噴淋溫度有助于氣體中水蒸氣的洗滌。蒸發剩余鹽水混合物進入薄膜刮板蒸發器進行二次蒸發濃縮，經提升泵進入最終結晶器中，經升溫后，水分進入分離器中進行分離，冷凝后成為蒸發產水，濃縮液析出大量含油鹽分晶體顆粒及有機物的母液，再經過鹽水板框壓濾機脫除水分，形成最終廢鹽。

圖1 主要工藝流程圖

廢氣處理方法主要是洗滌吸收和廢氣焚燒。裝置各環節及污水池中所產生的尾氣都進入洗滌+RTO（蓄熱式焚燒法）+活性炭吸附裝置處理。廢氣首先經一級冷水除濕、二級堿水噴淋除濕，廢氣中有機物若得到有效控制，廢氣再經過活性炭吸附裝置后排放，若廢氣中的有機物沒有得到有效控制，則先經過RTO 焚燒爐再經過活性炭吸附裝置。

4 主要構筑物及參數

4.1 渦凹氣浮

能去除部分BOD5、COD 和小顆粒懸浮物，改善后續水質同時降低構筑物的BOD5負荷。地上一體化設備，數量為 1 座，池體結構采用鋼筋混凝土，尺寸為 6 m×3 m×1.5 m，反應時間為 3 min。

4.2 溶氣氣浮

能去除部分BOD5、COD 和小顆粒懸浮物，改善后續水質同時降低構筑物的BOD5 負荷。地上一體化設備，數量為 1 座，池體結構采用鋼 筋混凝土，尺寸為 6 m×3 m×2 m，反應時間為 3 min。

4.3 MPS蒸發設備

能去除大部分TDS 和部分COD、氨氮、總氮、總磷，并將甲苯、吡啶、氯仿、四氫呋喃、丙酮、三乙胺、硝基苯、DMF 等特征污染物截流在濃縮母液中，改善后續水質降低產水的BOD5負荷。數量為1套，蒸發塔體采用PPH，其中包括兩座蒸發塔，兩座冷卻塔，進料流量為6.25 m3/h。

4.4 刮板蒸發器

能濃縮蒸發濃液，減少混合鹽體積。數量為1座，塔體采用鋼結構，容積為16 m3，進料流量1.6 m3/h。

4.5 洗滌+RTO（蓄熱式焚燒法）+活性炭吸附

能去除無機類、有機類廢氣污染物。數量為1套，包括兩個引風機、兩個洗滌塔、1個RTO 設備、1個活性炭吸附箱，廢氣處理能力為5 000 Nm3/h。

5 運行情況及處理效果

5.1 裝置連續運行的穩定性測試

裝置經過連續7d 的運行測試，廢水蒸發速度可以達到設計量，蒸發產水清澈色度明顯下降，鹽分、COD、氨氮、總氮、總磷都能有效地從廢水中脫除，具體數據如表2所示。

表2 穩定性測試數據

由表2結果表明，裝置連續運轉的穩定性強，廢水中鹽分、COD 等指標的去除效果較好，其中TDS、總磷的去除率可達到95%以上，COD、氨氮、總氮的去除率可達77%以上，本裝置應用于成分復雜的高鹽、高有機化工廢水的前期預處理有較高的可靠性。

5.2 蒸發產水可生化性分析

雖然廢水中的鹽分、COD、氨氮、總氮含量有大幅度地下降，但還是沒有滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A 排放標準[5]，蒸發產水還需要排放園區污水處理廠進行深度處理，而蒸發產水的可生化性將影響后續處理的費用。由于該產業園的廢水中的特征污染主要是甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙腈、二氯乙烷、甲苯、叔丁醇、乙酸乙酯、DMF、丙酮、氯仿等，其中甲醇、乙醇可生物降解，而二氯甲烷、氯仿、DMF 等沸點高于裝置運行溫度的物質，不易于從廢水中被蒸出，則留在蒸發母液中，因而蒸發后產水的B/C 發生了較大的變化，具體數據如表3所示。

表3 蒸發前后可生化性數據表

5.3 運行費用

常用的廢水蒸發工藝均以蒸汽為主要能耗，經過對比分析可以看出來，本項目蒸發工藝的能耗小于常用的蒸發工藝，可以有效,降低處理費用；經過蒸發處理后的產水可生化性提高，降低后續處理難度的同時降低了處理成本，如表4所示。

表4 各工藝蒸汽耗量對比表

6 結論與討論

1）生產運行檢測數據表明，采用蒸發除鹽方法來處理高鹽高有機廢水，其工藝可行，TDS、總磷的去除率可達到95%以上，COD、氨氮、總氮的去除率可達77%以上，處理效果佳，處理能力高，耐沖擊負荷性強，運行過程平穩。

2）蒸發產水可生化性提高，蒸發過程中部分高沸點有機物被留在蒸發母液中，有效降低蒸發產水中難降解有機物的含量，有利于后續采用生化處理方法，同時降低了處理成本。

3）本蒸發方法回用冷凝液的預熱進行原始的預熱，每噸廢水蒸汽耗量降至0.45 t。

4）蒸發前需將pH 調至6~9，以保持廢水的化學穩定性，同時防止廢水偏酸或偏堿腐蝕設備。

目前本方法蒸發產水的廢鹽當作危險廢物處理，處理成本高，所以實現廢鹽的資源化、無害化是未來研究的重點。現有廢鹽處理方法主要有氯堿、焚燒、水泥窯添加劑。