煤化工高鹽廢水處理及資源化回收進展

孫晉琳　劉紅麗　楊偉　覃一洲　劉鎮(zhèn)銘

摘? ?要：隨著大型煤化工企業(yè)污水排放與環(huán)境保護矛盾日益突出，再加上就近水體流域納污能力接近飽和，順應時代發(fā)展要求的綠色GDP理念被推出。煤化工企業(yè)不得不一次又一次挑戰(zhàn)與攻克高鹽廢水資源化利用的技術性難題，以應對環(huán)保壓力。當前，高鹽廢水處理技術雖然已有較為成熟的經驗，但是可資源化回收和利用高鹽廢水還有很多難點要突破。

關鍵詞：煤化工;高鹽廢水處理;回收利用

1? ? 煤化工高鹽廢水簡介

高鹽廢水是指總溶解固體質量分數(shù)達到3.5%以上且含有有機物的廢水。煤化工項目流程最終外排水大多數(shù)為高鹽廢水。高鹽廢水的排放途徑較廣泛，污染較嚴重，因而處理高鹽廢水排放的污染問題顯得較為急迫與突出。高鹽廢水的處理方法有多效蒸發(fā)（Multi-Effect Evaporation，MED）、多級閃蒸（Multi-Stage Flash，MSF）、蒸汽壓縮（Vapor Compression，VC）冷凝生化處理等諸多方法。能源的開發(fā)與創(chuàng)新不能以犧牲環(huán)境作為代價，應優(yōu)先考慮在保護環(huán)境的基礎上發(fā)展經濟，突出技術的創(chuàng)新與開發(fā)，將許多先進、成熟的節(jié)能環(huán)保技術應用于工業(yè)實踐，在化工企業(yè)的廢水排放技術方面應考慮改進應用與創(chuàng)新污水“零排放”技術。

2? ? 煤化工高鹽廢水處理現(xiàn)狀

現(xiàn)代煤化工產業(yè)正成為我國煤炭清潔、高效利用的重要新生力量，對保障我國能源安全、優(yōu)化能源結構、改善環(huán)境質量形成有力的補充[1]。近些年來，煤化工高鹽廢水處理利用技術成為熱門的研究領域，國內主要的技術路線大多描述的是理論性的流程，缺乏具體的參考數(shù)據及實踐經驗。通過對國內一些相關企業(yè)高鹽廢水處理技術的進一步分析，梳理出主要的煤化工高鹽廢水及結晶鹽處理利用工藝特征、處理效果及技術進展（見表1）。

此外，2016年，阿奎特水處理有限公司煤化工廢水零排放技術，實現(xiàn)高鹽廢水“零排放”并產出合格工業(yè)鹽，不過處理成本達到10元/t。據該公司介紹，目前應用了阿奎特公司煤化工廢水零排放技術的在建項目還有神華寧煤煤制油生化污水深度處理項目、云天化呼倫貝爾能源化工濃鹽水處理項目、匯能煤制氣水處理項目、甘肅宏匯能源零排放項目、圖克工業(yè)園礦井水深度處理工程等項目。

成熟的廢水減量化工藝可大大減輕后續(xù)蒸發(fā)結晶的負荷，減小能源消耗，結晶鹽資源化實現(xiàn)外售不但降低了雜鹽處理成本，還能獲得最大的經濟效益，這也是高鹽廢水處理的發(fā)展趨勢。為此，國內一些企業(yè)在積極探索開發(fā)更經濟、合理的煤化工高鹽廢水資源化利用新途徑，如寧夏寶豐集團的高鹽廢水海藻養(yǎng)殖項目已開始試驗，神華寧煤集團、寧夏寶豐集團、中國石化長城能源等大型煤化工企業(yè)已經開始展開高鹽廢水資源化利用或可行性研究[1]。

3? ? 高鹽廢水的主要處理技術

根據高鹽廢水處理原理的不同，可分為膜分離法、蒸發(fā)結晶法、離子交換法、生物法、冷凍法等。

膜分離法是利用膜的選擇性（孔徑大?。阅さ膬蓚却嬖诘哪芰坎钭鳛橥苿恿?，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實現(xiàn)分離的一種技術[2]。常用的液體膜分離過程主要包括微濾、超濾、納濾、電滲析、反滲透（Reverse Osmosis，RO）、膜蒸餾和滲透汽化。膜材料和組件的開發(fā)是決定膜分離法大規(guī)模應用的關鍵。膜分離法可對各鹽組分選擇性透過，實現(xiàn)分離、提純和濃縮，但是成本較高，膜易受到有機物污染。蒸發(fā)結晶法使用蒸汽加熱濃縮后廢水，將水蒸發(fā)后再冷凝，實現(xiàn)水的回收和鹽的濃縮、結晶。

離子交換法是使用一種在交聯(lián)聚合物結構中含有離子交換基團的功能高分子樹脂吸附離子，達到凈化廢水的目的。不過，樹脂再生需要消耗大量酸堿，產生二次高鹽廢水，不能在根本上解決鹽回收問題。

生物法包括好氧生物處理、厭氧生物處理和好氧/厭氧組合工藝，處理性能主要取決于嗜鹽微生物的培養(yǎng)和馴化。高鹽環(huán)境會抑制微生物生存，一般需要大量水稀釋到較低濃度，才能保證微生物生存。

冷凍法利用水在結晶過程中會自動排除雜質的原理，可實現(xiàn)鹽分離，但是不能將鹽分步結晶，混合鹽無太大經濟價值，而且耗能較高。

近年來，結合了蒸發(fā)結晶和冷凍結晶技術的分質結晶法引起廣泛研究，分質結晶法處理以NaSO4和NaCl為溶質的濃鹽溶液時，效果較明顯，若溶液成分較雜、較多時，效果較差。除此之外，還有電化學、焚燒等方法。焚燒法易產生有毒物質，且難以資源化利用。電化學法主要是借助電解鹽溶液，但是無論是離子膜法還是隔膜法，都因為鹽濃度不穩(wěn)定、鹽種類復雜和有機物污染問題而很難滿足電解要求。分質結晶法（也稱為鹽沉析），即根據溶解度的不同，將濃鹽水分步析出、結晶，得到較純凈的結晶鹽。該方法目前只是實驗室研究，還沒有工程案例實際應用[3]。

通常情況下，煤化工項目中會使用2種及以上的組合技術來完成高鹽廢水的處理。通常采用膜法為核心的處理技術，最大限度地將回收優(yōu)質水回用到系統(tǒng)水循環(huán)中，減少后期蒸發(fā)或結晶的系統(tǒng)規(guī)模，使投資項目的經濟效益得到提高。

4? ? 結語

綜上所述，因為煤化工項目中原水特點及項目內部回用率、濃縮倍數(shù)的大幅提高，致使煤化工含鹽廢水處理技術和處理的投資難度大幅度增加。高鹽廢水資源回收處理技術方案既要考慮技術的牢靠性、也要考慮經濟的實惠性，那就要從水質、預處理工藝最優(yōu)化、減量化工藝的膜法處理級數(shù)及設備選型、工藝投資和運行成本等多方面開展綜合論證，同時從整體規(guī)劃出發(fā)，逐步完善高鹽廢水資源化回收技術方案。

[參考文獻]

[1]紀欽洪，熊? ?亮，于廣欣，等.煤化工高鹽廢水處理技術現(xiàn)狀及對策建議[J].現(xiàn)代化工，2017，37（12）：1-4.

[2]王彥飛，楊? ?靜，王婧瑩，等.煤化工高濃鹽廢水蒸發(fā)處理工藝進展[J].無機鹽工業(yè)，2017，49（1）：10-14.

[3]KUAN H，DEQING L，HAO Z，et al.Application of homogeneous membrane electrodialysis in the treatment of high-salt organic wastewater[J].IOP Conference Series：Earth and Environmental Science，2019，227（6）：62 043.