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煤化工工业废水处理中反渗透浓缩液的“零排放”技术

发表时间:2016-03-16 09:47
我国是一个贫油、少气、富煤的国家,煤炭在一次能源的生产和消费结构中占到了70%以上。中国能源以煤炭为主的状况,在今后很长一段时期内都不会改变。近年来,由于石油价格居高不下,煤化工行业得到了迅速发展。虽然煤化工产品如柴油、汽油、航空煤油等在一定程度上替代了石油产品,但是它同时也带来了空前的环境压力。其中,水资源的过度使用和破坏被认为是最严重的问题。有研究表明,煤化工企业每生产1 t产品,直接液化需要6~7t水,间接液化需要8~12 t水,煤制甲醇需水10~17 t,而煤制烯烃则需水20~30 t。然而,我国的煤炭储量和水资源呈逆向分布,煤炭资源丰富的西部和北部地区多为干旱地区,水资源稀缺。另外,煤化工作为高污染高排放企业,如果其产生的大量工业废水不能得到有效处理就直接排放,必将对周边环境造成巨大污染。因此,未来如何深度处理煤化工废水,如何对处理后的水进行合理循环利用,从而降低污染物排放总量进而达到近零排放,是煤化工产业进一步发展亟待解决的问题。
煤化工工业废水处理中反渗透浓缩液的“零排放”技术
 
反渗透技术是一种先进的膜分离技术,目前广泛应用工业水处理领域。包头某煤化工公司采用石灰软化、超滤(UF)和反渗透(RO)的组合工艺对煤化工废水和生活污水进行深度处理,其反渗透系统处理规模可达到1400 t/h。经过处理后,水的回收率可以达到65%以上,可作为循环冷却水进行回用。然而,反渗透技术的本质作用是分离污染物,并不能对污染物进行降解,在处理过程中仍会产生约35%(约450t/h)的反渗透浓缩液。乌海某焦化厂废水总量为430 t/h,其中焦化厂循环废水230 t/h,生化废水200t/h。为了缓解供水不足,该厂采用膜生物反应器(MBR)和反渗透系统对废水进行处理回用。经计算,目前约有350t/h处理后的水得到循环利用,从一定程度上解决了该地区煤炭资源相对丰富和水资源极度匮乏的矛盾。然而,反渗透所产生的浓缩液也达到了81 t/h,其COD约为50mg/L,电导率约为1 000μS/cm。虽然在传统工艺中浓盐水可用于湿法熄焦,但在2004年我国制定的“关于清理规范焦炭行业的若干意见”中明确规定,年生产能力为60万t以上的焦炭投资项目必须同步建设干熄焦装置。鄂尔多斯某煤制油公司反渗透浓缩液总量为90t/h,经过3T曝气生物滤池工艺处理后,其回用水COD、总氮和色度仍然较高,处理难度较大。反渗透浓缩液一般具有高盐分的水质特点,有的还含有较高的COD及难降解污染物,若直接排放必将会对土壤、地表水等产生污染,同时造成水资源的浪费,增加企业运行成本。目前,一些企业将反渗透浓缩液未经进一步处理就排入蒸发塘中,超过蒸发塘设计承载能力,导致后续污水无法处理。因此,如何进一步处理反渗透浓缩液,提高水资源利用率并最终实现近零排放对煤化工行业具有重要意义。
 
 
1、反渗透浓缩液的处理技术
 
使用DTRO膜对反渗透浓水进行进一步浓缩
 
金正DTRO膜工作原理

它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同,原液流道:碟管式膜组件具有专利的流道设计形式,采用开放式流道,料液通过入口进入压力容器中,从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端,在另一端法兰处,料液通过8个通道进入导流盘中,被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜,然后180度逆转到另一膜面,再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘,从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心,再到圆周,再到圆中心的双”S”形路线,浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT组件两导流盘之间的距离为4mm,导流盘表面有一定方式排列的放射线。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇放射线碰撞时形成湍流,增加透过速率和自清洗功能,从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象,成功地延长了膜片的使用寿命;清洗时也容易将膜片上的积垢洗净,保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水,适应更恶劣的进水条件。透过液流道:过滤膜片由两张同心环状反渗透膜组成,膜中间夹着一层丝状支架,使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接,内环开口,为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道,导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道。所示透过液从膜片到中心的距离非常短,且对于组件内所的过滤膜片均相等。如图:
金正DTRO膜工作原理
由此可见,金正DTRO膜有着卓越的抗污堵能力和对污水水质有更好的适应能力,DTRO可处理TDS达50000μg/g的污水,且浓缩比可以达到80%~90%,即可减少蒸发工作量达80%~90%。
 
多效蒸发器对DTRO浓液进行蒸发
 
多效蒸发是将2个或多个蒸发器串联起来进行操作的过程。前一蒸发器内蒸发时所产生的二次蒸汽可以作为后一蒸发器的加热蒸汽,只要后一蒸发器内的压力和溶液沸点较原来蒸发器中的低,则引入的二次蒸汽即能起到加热热源的作用。每一个蒸发器称为一效,通过循环利用蒸汽,重复利用了热能,从而降低了能耗成本。郭杰等利用三效蒸发系统对反渗透浓盐水进行了中试处理研究,其工艺流程如图 所示。
多效蒸发器工艺流程
反渗透浓盐水首先经过0.4MPa低压饱和蒸汽进行加热,再依次进入一效、二效、三效蒸发器进行蒸发,前一效蒸发器蒸发出来的蒸汽可以作为后一效蒸发器的热源。最终蒸汽经过冷凝器冷却成冷凝水,进入淡水箱。回收的冷凝水电导率<200μS/cm、COD<10 mg/L、NH4+-N<2mg/L,达到水质回用要求。另一方面,从三效蒸发器中排出的饱和物料进入到旋流增稠器,其中的稀溶液进行外循环,而浓物料则进入结晶器和离心机,最终转化成固态盐泥。
 
由于多效蒸发过程的能耗主要来自蒸汽,而在大多数的煤化工企业项目中,蒸汽是一种副产品,容易得到,成本较低,因此,多效蒸发技术非常适合煤化工废水的处理。然而,在实际操作过程中,由于结垢作用,多效蒸发设备的蒸发量随着使用时间的增加会逐渐减少,所以如何控制和清除多效蒸发过程中的盐垢从而提高蒸发效率,是未来研究的方向。

总结:
采用金正DTRO膜对反渗透浓水进行浓缩后可有效减少反渗透浓水水量。节约蒸发成本。
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