煤化工高浓盐水废水蒸发处理工艺进展

煤化工高浓盐水废水蒸发处理工艺进展

吕晓琳

(大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县027300)

摘要：从整个煤化工废水处理工艺的宏观方面考虑，高浓盐废水的处理是决定废水“零排放”的关键一环，而能耗、资源循环、变废为宝及生产经济性的联系和矛盾更是在这一环节有集中体现。鉴于此，本文对煤化工高浓盐水废水蒸发处理工艺进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：煤化工；高浓盐水；废水蒸汽

1煤化工高浓盐废水处理

1.1多效蒸发

多效蒸发（MED）串联多个蒸发器，加热废水浓缩得到固相盐，下一个蒸发器所需的加热蒸汽来自上一个蒸发器的二次蒸汽，蒸发效数就是蒸汽利用次数。从节约成本和降低能耗两方面综合考虑，多效蒸发的效数一般为3~4级。MED技术成熟、占地面积小、原料要求低，已广泛应用于高盐废水处理。伊犁新天煤制天然气项目、中电投伊南煤制天然气项目及内蒙古蒙大新能源化工基地年产50万t工程塑料项目均成功运用MED工艺完成废水回用。多效蒸发本身能耗较高，但若与副产大量低压蒸汽的煤化工项目结合，则能达到全厂能量的综合高效利用。而将相变换热效率较高的水平管降膜蒸发器与竖管降膜蒸发器联用，水平管降膜蒸发器采用负压蒸发，利用竖管降膜蒸发器末效的二次蒸汽先将废水预热，然后输送至竖管降膜蒸发器进行蒸发结晶，可实现热能分级利用，高压蒸汽用量至少可减少30%，能耗显著降低。

1.2机械压缩蒸发

机械压缩蒸发（MVR）利用压缩机提高二次蒸汽的品位，循环利用蒸汽提高热能利用率，大大减少了对外界热源的需求，是世界上最先进的蒸发技术之一。虽然MVR投资费用较高，但其耗能低、占地面积小、运行费用低、操作简单、自动化程度高等特点使其在蒸发结晶领域广受青睐，具有很高的实用性能，用于处理高盐废水可以有效避免腐蚀、结垢、起沫等问题。与多效蒸发相比，机械压缩提高了蒸发过程中蒸汽的利用率，废水处理成本可控制在20元/t以下。

采用MVR工艺，后者与高效膜浓缩技术结合，其水回收率可达到90%。经研究，将多台MVR装置串联组成两效或多效机械压缩蒸发工艺，可有效降低能耗，由于换热面积和压缩机功率受传热温差及出料浓度作用相反，因此选择合适的传热温差是有效控制系统高效、节能运行的关键。针对含盐含有机物的废水，神农机械有限公司设计新型单、双效MVR联合工艺路线，提高了MVR的水源适用性，热能几乎全部再生利用。机械压缩技术对设备的技术和质量要求严格，而压缩机作为整个工艺中的核心设备，其设计和生产技术主要被德国的GEA、Messo公司和美国的GE公司垄断，中国MVR装置的核心部件仍需依靠进口。与多效蒸发相比，机械压缩提高了蒸发过程中蒸汽的利用率，但开车需要消耗大量蒸汽，限制了该技术在实际生产中的应用。目前，从总经济成本、政策鼓励及环保等方面综合考虑，MVR技术具有良好的发展势头。

1.3膜蒸馏

膜蒸馏（MD）技术以疏水微孔膜两侧的气压差为推动力，因受热由液相转化为气相的溶质扩散至膜的冷侧，并冷凝成液相，实现水资源回收和废水浓缩。膜蒸馏技术水回收率高，产水水质好，与MED相比设备成本低。但实际应用中膜蒸馏仍然面临相变潜热遗失、疏水膜润湿漏液、膜干燥及膜污染等问题，而影响了膜蒸馏技术的稳定性，大大增加了运行成本。研究表明，当废水TDS质量分数超过10%时，膜通量迅速下降，直至TDS质量分数为30%时，膜通量几乎消失。与大多数膜分离技术一样，膜蒸馏对水质要求较高，对于有机物种类繁多、盐含量高的废水可以尝试采用膜集成工艺进行处理。基于处理环氧树脂生产得到的废水的背景，将膜蒸馏与蒸发结晶结合联用，成功从高盐废水中回收达标盐，并实现了废水循环利用。膜蒸馏技术与热蒸发结晶技术耦合形成的膜蒸馏-结晶工艺如今成为研究热点，该工艺将溶剂蒸发和溶质结晶分隔开，具有良好的封闭性，膜蒸馏装置可以提供较大的传热面积，有效地减少了设备的占地面积。膜结晶工艺在废水处理和盐类回收方面已有了一定的研究和发展，从盐分单一的NaCl高盐废水和Na2SO4高盐废水到成分复杂的高盐有机废水，相信随着膜材料的改善及膜相关工艺的发展，对于高浓盐废水的处理，膜蒸馏-结晶技术能开创出一片新天地。

1.4机械压缩蒸发

机械压缩蒸发（MVR）利用压缩机提高二次蒸汽的品位，循环利用蒸汽提高热能利用率，大大减少了对外界热源的需求，是世界上最先进的蒸发技术之一。虽然MVR投资费用较高，但其耗能低、占地面积小、运行费用低、操作简单、自动化程度高等特点使其在蒸发结晶领域广受青睐，具有很高的实用性能，用于处理高盐废水可以有效避免腐蚀、结垢、起沫等问题。与多效蒸发相比，机械压缩提高了蒸发过程中蒸汽的利用率，废水处理成本可控制在20元/t以下。

经研究，将多台MVR装置串联组成两效或多效机械压缩蒸发工艺，可有效降低能耗，由于换热面积和压缩机功率受传热温差及出料浓度作用相反，因此选择合适的传热温差是有效控制系统高效、节能运行的关键。针对含盐含有机物的废水，神农机械有限公司设计新型单、双效MVR联合工艺路线，提高了MVR的水源适用性，热能几乎全部再生利用。机械压缩技术对设备的技术和质量要求严格，而压缩机作为整个工艺中的核心设备，其设计和生产技术主要被德国的GEA、Messo公司和美国的GE公司垄断，中国MVR装置的核心部件仍需依靠进口。与多效蒸发相比，机械压缩提高了蒸发过程中蒸汽的利用率，但开车需要消耗大量蒸汽，限制了该技术在实际生产中的应用。目前，从总经济成本、政策鼓励及环保等方面综合考虑，MVR技术具有良好的发展势头。

2煤化工高盐废水处理前景及建议

2.1固相盐分步分离，变危废为产品

煤化工废水“零排放”能否实现，最终在于高浓盐废水处理的完成度。机械蒸发利用大量热能得到的蒸发冷凝水回用时，会产生固相盐及更高浓度的废水，浓缩液经过循环蒸发最终达到零排放，而蒸发析出的固相盐由于成分复杂，一般作为危险废渣而被填埋。为减少或避免废渣填埋带来的经济负担和环境危险，利用相关混合体系的相图指导混盐分离分步生产单组分盐的工艺已应用到实际中，并产生良好的效果，其最终得到的固相盐还可作为工业产品销售从而减轻废水处理经济成本。在以往煤化工高盐废水MVR蒸发工艺的基础上，改进了蒸发过程中固相盐析出操作工艺，借鉴制盐行业中盐硝联产，分步蒸发结晶得到组分单一的元明粉和工业盐，不仅成功避免了固相盐变危废，并且分离出的单组分盐还可以作为产品销售补偿废水处理成本。煤化工废水中主要盐分为氯化钠和硫酸钠，若通过纳滤方式，将原料废水中的氯化钠和硫酸钠进行预分离，分别得到富含氯化钠和硫酸钠的浓盐水，可以简化后续蒸发结晶工艺，易于得到纯度较高的两种盐，工艺的工业可行性大大增加，这是煤化工废水分质分盐的一个趋势，但还需要建立市场准入的盐类产品的相关标准。

2.2建立综合性煤化工废水处理系统

煤化工废水处理工艺技术繁杂、工艺流程长、操作衔接紧密，有一单元操作出现波动和异常都会产生牵一发而动全身的效果，从而影响后序工艺效率。此外，生产中废水流量波动较大，直接影响工艺稳定性。煤化工废水处理工艺综合性强，涉及化工、微生物、环境、水处理等多个工程领域，设备占地面积大，投资与运行成本巨大，一般中小型企业难以承担和维持。国家应鼓励大型煤化工企业、水处理企业和环保部门协同合作，加强实现技术和生产中的同步，建立有利于废水处理发展的优惠政策，创造低碳、无污染的绿色工业趋势。

2.3能源、材料的改善是实现废水“零排放”的根本保障

改善设备材料以适应黏度较大、易结垢、腐蚀性较强且组分复杂的高浓盐废水也是当今研究热点。采用的膜蒸馏-结晶工艺具有传热效率高、占地面积小、操作控制性强等优点，从膜材料出发有望攻克膜表面易结垢、易浸润、难干燥、污染严重等问题。加强膜分离、蒸发结晶等各种工艺技术的联用，利用各类工艺取长补短，积极研发并采用综合性强、耗能最小、操作自动化、多元资源化的工艺路线，实现真正的废水“零排放”。

3结束语

抓住煤化工高浓盐废水处理的问题和不足进行优化和改善，对于整个煤化工行业乃至工业发展都具有重要意义。相信随着工业技术的进步，实现废水“零排放”指日可待。

参考文献：

[1]耿翠玉,乔瑞平,任同伟,甄珍,乔丽丽,俞彬,陈广升.煤化工浓盐水“零排放”处理技术进展[J].煤炭加工与综合利用,2014(10):34-42+8.

[2]何绪文,王春荣.新型煤化工废水零排放技术问题与解决思路[J].煤炭科学技术,2015,43(01):120-124.

[3].为浓盐水寻求最佳处理工艺煤化工行业探讨“零排放”[J].盐业与化工,2014,43(10):39.

[4]郑诗怡.煤制气浓盐水蒸发结晶制工业盐工艺研究[D].哈尔滨工业大学,2015.