1 工程概況

我國煤炭資源和水資源分布極不均衡。 煤炭資源量豐富的地方, 也是水資源缺乏的地方, 有些地方甚至沒有納污水體。 水資源和水環境問題已成為制約煤化工產業發展的瓶頸[1]。 尋求處理效果更好、 工藝穩定性更強、 運行費用更低的廢水處理工藝, 實現廢水“零排放”的目標, 已成為煤化工發展的自身需求和外在要求[2]。

內蒙古蒙大新能源化工基地位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗烏審召, 其年產50 萬t工程塑料項目配套建設了回用水處理裝置。 在對循環排污水、 脫鹽水排水等廢水進行濃水回用處理后, 會產生一部分高含鹽廢水, 目前常用的高含鹽廢水處理方法, 如地面水排放、 深井注射、 噴灌、 蒸發塘、熄焦等方法不能從根本上減少濃縮液的排放, 不僅造成了水資源的浪費, 而且對土壤、 地表水、 海洋環境等產生不利影響。 采用蒸發結晶或者蒸發塘方式處理高濃鹽水, 最終形成固廢排放是目前廢水“零排放”的最有效方式, 而蒸發裝置一次性投資規模大、 運行能耗高, 以及蒸發塘龐大的土建占地要求又成為制約該技術大規模使用的瓶頸[3]。 本工程結合此含鹽廢水特點, 采用獨特的高濃鹽水減量化處理工藝, 使進入蒸發裝置與蒸發塘的水量縮減,降低了一次性投資規模, 減少了運行費用。

2 廢水水質及水量

高含鹽廢水處理系統的進水主要來源于廢水處理裝置的達標廢水、 循環水場的排污水及脫鹽水(化學水)及冷凝液精制裝置排污水。 廢水經過處理后達到企業回用水要求, 可以用于企業生產工藝、冷卻、 沖洗等。 設計進、 出水水質如表1 所示。


污水處理站達標廢水約為295 m3/h,脫鹽水及冷凝液精制裝置排污水約為150 m3/h,循環水場排污水約為105 m3/h,總設計水量為550 m3/h。

3工藝流程及說明

3 種廢水合并后其水質特點為懸浮物、 CODCr、硬度及含鹽量均較高, 需要經過嚴格的預處理后才能進入后續的處理工藝。 整體工藝主要包括預處理工段、 膜處理工段和濃鹽水處理工段3 個工段, 核心部分為濃鹽水處理工段。

(1) 預處理工段。 污水處理站廢水、 循環水場排污水、 脫鹽水及冷凝液精制裝置排污水首先進入回用水調節池, 穩定水質、 水量后進入石灰軟化池中進行軟化處理, 依次加入石灰乳、 PAC、 PAM進行混凝沉淀, 沉淀后的澄清水進入V型濾池過濾。 V型濾池出水經過加壓后進入膜處理工段。

(2) 膜處理工段。 膜處理工段包括超濾與反滲透兩部分。 預處理工段出水全部進入超濾單元處理后, 部分超濾出水進入反滲透系統, 反滲透淡水與其余的超濾出水混合, 回用于循環水系統。

(3) 濃鹽水處理工段。 膜處理工段濃水進入濃鹽水處理工段, 經濃鹽水反滲透膜及超級再濃縮膜(SCRM)進一步濃縮后, 產水進入回用水池回用于循環水系統。 濃水進入多效蒸發器經蒸汽加熱濃縮后, 冷凝水用于循環水補水, 濃鹽水排往蒸發塘。

廢水處理工藝流程如圖1 所示。


 

4 主要工藝說明

(1) SCRM膜裝置。 廢水進入濃鹽水工段時已被濃縮了10 倍以上, 鹽的質量分數將近2%。 普通抗污染型反滲透膜及海水淡化膜多級濃縮工藝無法在此高含鹽的情況下應用, 并且結垢是膜技術發展至今一直難以克服的難題, 膜表面的結垢層會導致膜通量下降, 縮短膜的使用時間。 SCRM膜裝置采用振動膜技術, 與一般卷式膜不同, 振動膜配置有高頻振動裝置, 組件內部為多層碟片式膜結構[4],通過振動在膜表面產生高剪切力, 阻止顆粒在膜表面沉積吸附, 降低結垢傾向從而保持較高的過濾速率, 可以處理含鹽量高的液體, 可進一步濃縮廢水回用中含有復雜污染物及高TDS的濃水。

(2) 蒸發器。 蒸發工段采用四效蒸發工藝, 由于濃水中的氯離子濃度很高, 對不銹鋼材質的腐蝕嚴重。 因此蒸發器的制造材質、 接觸物料部分將選擇耐腐級別較高的鈦材。 蒸發器采用順流升降膜四效形式, 一效進料, 經二效、 三效濃縮, 最終四效出料的工藝路線, 其中一效至三效為降膜式, 四效為升膜式。 為避免可能出現的濃縮結晶導致加熱室結垢現象, 四效加熱室采用強制循環形式。

5 工程運行效果

工程回用水處理整體回收率高達98%, 用于回用的產水最后出水中鹽的質量濃度為265 mg / L,達到產水水質要求。 最終排放到蒸發塘的含鹽濃漿約為3 m3/ h, 在蒸發塘蒸發后, 實現“零排放”。

預處理工段主要去除水中的懸浮物、 硬度, 保證后續工序的穩定運行。 膜處理工段采用雙膜法,大部分進水經處理后達到回用水要求, 回收率超過90%, 進水量從550 m3/ h縮減至40 m3/ h。 濃鹽水處理工段為本工程核心, 采用SCRM膜與蒸發器結合。SCRM膜可將蒸發裝置的進水量從40 m3/ h減少至10m3/ h, 鹽的質量分數從2% 提高到6%, 使得蒸發器的投資及運行費用節約75%, 蒸汽耗量約為2 t/h。

6 結語

針對煤化工行業廢水的水質特點, 采用特色濃鹽水處理工藝及SCRM膜與蒸發相結合技術, 解決了廢水回用及“零排放”難題。 該工藝處理效果理想, 比傳統單蒸發工藝節省投資運行費用, 實現了技術上的突破。 本工程對保護環境及企業發展具有重大意義, 對工業廢水“零排放”具有典型示范作用。(來源:工業用水與廢水 作者:韓勇濤，馮杰，周海)