氯碱系统废水减排改造

氯碱系统废水减排改造

王光斌 高鹏飞 黄振宇 张志欣

陕西北元化工集团股份有限公司 陕西榆林 719319

摘要：随着我国不断提高环保要求，各个企业都要加大环境问题治理力度。在氯碱工业生产中需要利用大量的水资源，会不断产生废水，增加了治理难度，排放废水之后会严重污染区域环境。因此，企业需要综合利用废水，发展循环经济。

关键词：氯碱系统；废水；减排改造

1概述氯碱化工废水的特点和危害

氯碱化工废水具有较多的有毒有害污染物，例如酸、碱、盐等，还包括较多的难生物降解物质，污染物具有较高的浓度，缺乏可生化功能。此外，具有较多的副产物，水质成分复杂，化工产品生产对压力和温度等条件要求严格，生产流程复杂，排出的废水中具有各种溶剂和辅料等物质。在氯碱化工生产中需要大量的水，水资源循环利用能力比较强。氯碱化工废水中有机物和盐的浓度比较高，如果没有采取有针对性的处理措施，将会引发环境污染问题。如果废水具有较高的含盐量，地下水硬度将会因此增加，进而危害人体健康。此外，高盐度水还会腐蚀工业设备，缩短工业设备的使用寿命。

2氯碱系统目前存在的问题

通过系统排查，目前离子膜烧碱系统废水产生点主要集中在脱盐水站、二次盐水精制、电解、合成等工序，包括脱盐水制水过程产生的含有钙镁离子的废水、软水制水过程中钠床再生时产生的废水、树脂塔再生过程中产生的酸性废水、机泵冷却水、蒸汽冷凝水、生活污水等。目前一期系统（20万t/a）每年需用新水165万m3，产生废水50.55万m3，回用8.75万m3，最终排放41.8万m3，合计1266.7m3/d。片碱及二期系统（20万t/a）建成后，将产生废水18.84万m3，合计570.8m3/d。其中软水和脱盐水制水过程产生的废水在烧碱系统废水中占较大比重。40万t/a烧碱系统全年所用纯水量87万m3，产生浓水29万m3。

脱盐水装置因使用年限较长，装置制水率较设计有所下降，主要体现在：一是多介质过滤器、活性炭过滤器性能下降，反冲洗频次增多，反洗时间延长，所需水量大；二是因前端过滤能力下降，对原水中的悬浮物、胶体硅、有机物及余氯去除不彻底，导致反渗透膜制水率大幅度下降，浓水排放量增大；三是反渗透膜运行压力高，膜管堵塞频繁，由原设计的15天清洗1次到目前的3～7天清洗1次。烧碱系统产生的废水主要来自制水过程，且产生的浓水、过滤器清洗废水、树脂塔酸洗废水无法直接回用到生产系统，经过调研，公司计划将该部分废水进行浓缩、处理、回用，降低排放量。

3改造方案

3.1乙炔装置区

在生产过程中利用电石法乙炔工艺，在乙炔发生和循环水站中会利用大量的水资源，在生产过程中会产生电石渣浆液和循环水排污水两种废水。经过浓缩池浓缩处理电石渣浆液之后，利用凉水塔冷却处理上清液，形成乙炔，向压缩装置中送入浓缩池底部的渣浆，经过板框压缩机压滤处理之后，在乙炔形成阶段利用压滤液，在水泥装置中利用湿电石渣生成水泥。在乙炔发生阶段，可以回用循环水站排污水。乙炔发生用水对于水质的要求比较低，但是整体用水量非常大，乙炔装置区可以实现废水零排放，同时可以消化其他区域的氯碱化工废水，但是废水中不能存在磷和氯。

3.2采卤装置区

氯碱企业在生产中主要利用氯化钠，通常是在化盐池中加入固体原盐，将化盐池的岩层厚度控制在2m以上，将温度控制在55℃以上，保证盐水停留时间在30min以上，获取粗盐水。氯碱企业可以利用盐业资源，实现全卤制碱，通过电解处理之后获取淡盐水和含盐废水等，可以溶解盐矿层的盐类矿物质，随后进入盐水工序，获取合格的粗盐水，在电解装置中利用粗盐水，完善循环产业链。

3.3碱性废水的回收利用改造方案

目前氯碱事业部可回收利用的碱性废水量为210393.5m3（不包括二期片碱的一效、二效蒸汽冷凝水），若全部回配水化盐使用，则有77726.3m3的水使用不完，所以对可回收利用的碱性废水，氯碱事业部提出了以下改造方案。

(1）将一期、二期的冷水收集槽的排水口通过管道连通，并新增冷凝水收集槽至一期碱性废水池的管道和1台泵，将一、二期氢气处理冷凝水收集槽的废水通过泵输送至一期碱性废水池中。

(2）将一期、二期氢气洗涤塔的排水口通过管道连通，并将原有一期氢气洗涤塔至二期废水池的管道改至一期碱性废水池中，通过管道将一、二期氢气洗涤塔中的废水输送到一期碱性废水池中。

(3）新增片碱一、二效蒸发冷凝水至一期碱性废水池的管道，并增加1台泵，将片碱的二效蒸发冷凝水输送至一期的碱性废水池中。

(4）通过改造一期电解的厂房地沟和室外地沟，将电解的机泵冷却水引入一期的碱性废水池中。

(5）改造树脂塔现有管道，将树脂塔大流量反洗水管道连接到树脂塔碱再生管道上，通过增加阀门控制，将树脂塔大流量反洗水排入一期的碱性废水池中。

(6）通过脱盐水站的碱性废水地沟，将混床再生水、反渗透碱再生水、停用反渗透冲洗水输送到脱盐水站新建的碱性废水池中，通过碱性废水泵将混床再生水、反渗透碱再生水输送到一期的碱性废水池中。

由于无压回水池置换水和合成炉冷却水置换水总量较小，离一期碱性废水池较远，所配管道距离较长，回收成本较大，故暂不考虑回收利用。

将所有的碱性废水通过一期的碱性废水泵输送到一次盐水的配水槽中，作为化盐使用。

3.4反渗透浓水处理技术

3.4.1蒸馏-结晶技术

蒸馏法浓盐水脱盐的研究应用较早，国际上工业废水“零排放”达到工业化应用阶段的多采用蒸馏-结晶工艺。该技术是把含盐水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水、浓缩液进一步结晶制盐的过程。该方法的技术类型主要有多效蒸发、蒸汽压缩冷凝及多级闪蒸等。

3.4.2膜蒸馏-结晶技术

膜蒸馏是一种新型的膜分离技术，采用的是疏水微孔两侧蒸汽压力差未传质驱动力的膜分离过程，与其它的膜分离过程相比，具有截留率高、能耗低、设备简单，能处理反渗透等不能处理的高浓度废水等优点，其有节能环保的优势。膜蒸馏-结晶是膜蒸馏和结晶两种分离技术的耦合。

3.4.3浓盐水低温利用-蒸发-结晶工艺

该工艺可采用海水淡化工程中的成熟技术，降低温余热作为热源，利用蒸馏浓缩工艺将高含盐水多效蒸发，回收蒸发淡水作为补充水，蒸发接警后的残渣作为次生废物进一步处理，实现高含盐水的零排放与回用。

3.4.4预处理-膜浓缩-蒸发工艺

由于反渗透的水是经过浓缩的，其硬度、碱度都比较高，需要先经过软化处理，降低水中的硬度碱度，再进行进一步的膜浓缩处理，根据排放要求来选择是否进行蒸发结晶，最终实现高含盐废水的零排放与回用。

目前每年产生的浓水量为：290071.58m3，按目前行业浓水的回收利用率（40%～60%）取中间值50%计算，每年可产纯水145035.79m3，但仍有145035.79m3的浓水产生，这部分浓水无法进行回用，只能作为废水排放。

结合目前行业内处理浓水的方法，对浓水的回收利用提出了以下改造方案。

在现有原水罐旁增加1台浓水泵，并在脱盐水厂房内新增1套三级反渗透装置（52支膜管），将现有反渗透装置产生的浓水进入到原水罐中，通过浓水泵将原水罐中的浓水输送到三级反渗透装置中，通过三级反渗透装置产出的浓水进入原浓水罐中，产出的纯水并入原纯水罐中。由于经过三级反渗透出来的浓水含钙镁较高，无法继续回用，只能外排。

结论

目前，通过废水分类和回收利用改造后，废水减排量为450m3/d，节约废水处理成本5850元/d。同时缓解三厂区污水站压力，满足目前环保要求。

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