煤化工高鹽廢水處理工藝的應用研究

劉 蕓

（山西焦煤西山煤電環保綠化分公司，山西 太原 030053）

0 引言

隨著我國水環境質量的不斷改善，人們對廢水中的含鹽量、污染影響和相關法規給予了更多的關注。通常，工業廢水的含鹽量較大，中水的再生廢水則因其含鹽量較大而品質較低，且無法達到相關的排放指標，不易再循環利用[1-2]，因此，高濃度廢水的處置是煤化工企業必不可少的設施。

1 煤化工廢水概述

1.1 煤氣化工藝廢水

根據對汽化爐內的粉體大小及流型的分析，可以將其分為三類：以魯奇為代表的固定床氣化爐，以U-Gas、Winkler 等為代表的流化床氣化爐，以德士古為代表的氣流床氣化爐。煤氣化工業廢水成分復雜、毒性大、濃度高、難降解，處理不達標排放會對自然環境造成嚴重污染[3]。

1.2 現代煤化工含鹽廢水特性

在各類化工廢水中，高鹽廢水是通過水汽蒸發與中水的循環復用取得的。高鹽廢水的有效凈化是通過特殊的生化技術和膜濃縮技術實現的[4]。從生產中產鹽源頭上，主要是因為煤化工工業使用水量的不斷增長和循環利用的不斷提高，在廢水治理過程中，使用了大量的鹽，對周邊的生態環境產生了嚴重的影響。而高含鹽率廢水的回用主要來自全廠廢水循環再利用系統。高鹽的存在會使污水的處理難度增大，如處理不達標還會對水體造成污染破壞。同時，高鹽廢水的鹽堿性大，還會腐蝕金屬管道，縮短設備使用壽命。

2 煤化工高鹽廢水零排放處理現狀

2.1 工藝路線分析

在煤化工生產中，含高含鹽的污水以含氯化鈉、硫酸鈉、鈉、鈣等為主要成分，同時還含有機物、氨氮等。在處理高鹽水廢水時，一般采用物理化學方式處理，在處理過程中，鹽分并沒有被充分溶解，而是經過了更深一層的處理，使之成為一種更好的存在形式[5]。

2.2 高鹽廢水零排放工藝

目前國內已建成或在建的高含鹽廢水處理裝置已有幾百套，工藝技術也日趨成熟，具體如下。

1）預處理。高鹽化工業廢水除難以降解的有機物與氨氮外，還包含懸浮物、膠體、無機結垢等多種污染物。針對懸浮物與無機鹽，通常采取絮凝沉淀、過濾等技術進行除垢、除硅、除氟等處理，以消除或蒸發晶體體系中的污染；針對有機物、色度、氨氮等污染，應運用催化氧化、活性炭吸附、大孔樹脂吸附等技藝或組合工藝實現生物降解，確保廢水處理正常運行。

2）膜濃縮。廢水中TDS 的質量濃度為10 000 mg/L，其濃度相對較小，且具有很大的尺度，故利用HERO、STRO、ED、DTRO 等各種技術，對高鹽水廢水進行了深度濃縮。該技術對水質、水量、預處理的要求較高、運營成本較高。

3）蒸發結晶。膜法濃縮過程中產生的高濃度鹽類廢水，需經過蒸發結晶處理以實現廢水零排放。蒸發結晶設備是整個生產過程的核心環節，其在整個工藝流程中占據舉足輕重的地位。在蒸發過程中，由于鹽分含量極高，容易導致過飽和現象并析出鹽分，常用的處理方法包括蒸發法、多效蒸發法等。選擇蒸發工藝時需充分考慮實際情況，例如，部分煤化工企業在生產過程中會產出大量低壓蒸汽。盡管MED 技術能耗較高，但從能量平衡的角度出發，可以利用現有的低壓蒸汽資源，實現節能目標，降低環境污染。然而，對于大型工業區和無蒸汽來源的企業，MVR 蒸發技術往往能降低總體投資成本。

4）結晶鹽資源化利用。在高鹽化工行業中，高含鹽性廢水的處理一直是以“零排放”為目標的。一般情況下，在氣化、結晶時會產生一種含有機物質、重金屬等雜質的混合物，但由于其體積巨大，一般的有害垃圾處理設施難以處理。目前非納廢水處理項目主要是利用晶體分鹽法將可再生的氯化鈉、硫酸鈉等與其他污染物質相結合，實現廢水的零排放和結晶鹽的循環利用。

3 高鹽廢水分鹽工藝

高含鹽廢水可分為熱解法和膜法兩大技術。熱法分鹽是將不同成分在相同的水溶液中溶解或在冷、熱條件下溶解度不同而進行的一項生產工藝。膜法分鹽技術是利用NF 的選擇性滲析技術，有效分離出一價二價鹽。熱法分鹽和膜法分鹽都有各自的優勢：熱法分鹽法具有工藝簡單、運行成本低廉等特點，但其制取的晶體鹽產量和品質稍差，操作穩定度稍差；膜法分鹽具有分鹽穩定、制鹽品質優良、綜合鹽回收率高等優點，其運行可靠性、鹽綜合回收率和鹽資源化等諸多優點表明，膜法分鹽是目前煤化工生產中應用最為廣泛的一項技術，高鹽廢水分鹽工藝如圖1 所示。

圖1 高鹽廢水分鹽工藝流程示意圖

膜法分鹽技術具有較好的穩定性，但其特性衰減速度較快，在實際生產過程中存在諸多問題，如運行時間過長導致廢水脫鹽效果降低。因此，確保其性能穩定及回收效率成為當前技術難題。鑒于水質、水量、結晶鹽副產品售價以及混鹽處理成本等基礎條件存在較大差異，生產過程中需根據具體情況制定相應方案。

4 運行現狀分析

從目前礦井中所能發現的高含鹽廢水情況來看，大部分礦井已經實現了安全運行，副產品也已經全部上市，但總體上還存在著如下問題：

1）高鹽廢水的處理工藝流程繁瑣復雜，主要由預處理、生物降解、深度凈化、中水復用以及零排放等環節組成。各個工藝環節環環相扣，相輔相成，相互制約。任何一個環節發生故障都會影響后續環節的處理是否達標。

2）環保設備投資大，增加運行成本。高鹽廢水處理前期設備投資成本與其他廢水處理設備投入相差不大，在個別處理設備投入甚至更高，且占地面積較大?；诂F階段經濟形勢嚴峻、石油價格波動，部分煤化工企業整體經濟效益堪憂，在一定程度上制約企業廢水治理投入。

3）煤化工廢水的含水率與煤種、生產工藝、產品等因素密切相關。當前，我國煤化工廢水零排放處理領域尚未制定統一的技術規范。由于不同行業、企業對實現廢水零排放后的最終產品鹽的回收率和副產品鹽的質量要求存在差異，因而實施方案各有特點。

4）對企業而言，雜鹽輸出仍然面臨著廢水“零排放”的挑戰。由于水質的復雜性，副產品的綜合利用效率較高，進而產生了大量的雜鹽。另外，結晶鹽的品質與常規鹽存在差異，例如鹽純度、顆粒均勻度、總銨含量等方面，導致產品價格較高，銷售狀況欠佳。

5 高鹽廢水零排放的處理建議

5.1 優化工藝流程

從廢水特性、能源供應、食鹽產銷、雜鹽處理等幾個角度進行綜合的研究，并結合試驗和調研，對其進行綜合分析，最終制定出相應的工藝路線。對設備關鍵技術、關鍵設備、物料等進行全方位的檢驗與確認，確保設備投入使用后的安全穩定。在系統波動、設備清洗、維修、更換元件等運行和突發事件時，要對系統的冗余進行足夠的關注。

5.2 將高鹽廢水集中化處理

在資源集中區域，采取集中式、三方協同模式，運用公私合營（PPP）模式、建設-運營-移交（BOT）模式、特許經營模式等途徑進行投資、運營及規模擴張，實現高鹽度廢水零排放處理的專業化運作，提升系統運行穩定性。同時，以公私合營（PPP）模式、建設-運營-擁有（BOO）模式等手段進行投資和運營，實現規模經濟效益，確保高鹽污水零排放處理的專業化運行，提高產品質量及市場競爭力。

5.3 多舉措降低零排放投資及成本

對于分散式、低排水量、低鹽工業，可以結合不同區域垃圾集中處置、水泥窯協同處置的分布特征，進行制鹽過程的優選，探索低投資低成本的處置方式，減少運營成本。

5.4 積極探索新技術的應用

目前廢水治理存在的問題，從現實角度出發，提出一些可參考的解決方案，比如：

1）采用生物膜催化氧化技術，或采用純化、專性吸收技術，提高廢水的利用率和水質。

2）由于其性能急劇降低，對其衰減的原因及機制進行了深入的研究，并對其進行了初步的預處理；對水中硅酸鹽、氟化物、油分、有機物等有害物質進行了深度穩定處理，從而降低了對膜的阻塞。

3）為了減少蒸發和晶體能耗，必須開發低能耗、高效率的ED、正滲透、低溫蒸發等工藝。

6 結語

實現高鹽廢水的回收零排放是當前工業廢水處理領域的重難點。在廢水整體規劃環節中，應做到廢水的循環再利用，實現“零排放”。根據大部分煤化工項目的總體規劃，對高鹽堿化廢水和廢棄鹽進行了綜合處理，結合目前存在的治理模式進行歸納，以期進一步提升其規模效應，加強對土地的利用，解決目前存在的一些問題。站在環保的角度，以從源頭上解決煤化工副產品鹽的問題。