水处理零排放在煤化工系统中的应用

毕利君

（阳煤集团平定化工有限责任公司，山西平定 045000）

水处理零排放在煤化工系统中的应用

毕利君

（阳煤集团平定化工有限责任公司，山西平定 045000）

污水生化工艺采用高效反硝化水解工艺，利用废水中的甲醇降解硝酸盐，生成二氧化碳、氮气和水，减少了后续生化段的处理负荷；采用IBR+MBR生物倍增技术，微生物富集、活性高、耐冲击，生物系统稳定可靠。回用水工段的浓盐水减量化采用了先进的ST膜，将TDS浓缩到10万ppm，大幅减小蒸发装置规模和减少运行能耗。结晶装置采用强制循环结晶蒸发器分离结晶盐。

零排放；TMF管式微滤膜；超浓缩；蒸发结晶

1 工艺概述

1.1 污水处理装置工艺流程

a.混合污水（地面冲洗排水、初期雨水、生产排水和生活污水）重力流入混合污水集水池，污水在进入集水池前，设置了机械格栅，通过格栅的拦截作用，能够去除混合污水中直径大于2 mm的固体污染物质，从而保护后续的工艺设备以及降低后续生化处理的负荷。在集水池收集后的混合污水，由混合污水集水池提升泵提升至调节池。

b.气化污水、乙二醇污水经压力管道流入调节池，当生产装置发生生产事故，导致进水水质严重超标时，可以通过切换管道上的阀门，将事故废水送至事故池。事故池中的提升泵，可以根据系统运行状况，将事故废水分批、定量的泵送至调节池。调节池污水经过泵提升进入混凝反应池，投加混凝剂PAC，同废水中的颗粒污染物发生电性中和、网捕及卷扫等作用，生成矾花，再投加碳酸钠到软化池去除硬度，在絮凝池投加PAM，通过高分子物质的吸附架桥作用，使矾花进一步增大。经混凝后的混合液在沉淀池进行固液分离后重力流入反硝化水解池，再进行下一步的处理。

c.在反硝化水解池内，污水中的硝基氮通过反硝化菌的作用转化成氮气从污水中去除，一部分甲醇等有机物降解成二氧化碳和水。反硝化水解池的出水进入一段生化系统。

d.一段生化系统选用IBR反应器，利用缺氧微生物和好氧微生物的代谢作用，将大部分有机物降解成CO2、H2O及无机化合物；利用硝化菌和反硝化菌的联合作用，将氨氮氧化成硝酸盐或亚硝酸盐，硝酸盐或亚硝酸盐进一步还原成氮气，以去除废水中的氨氮和总氮，经IBR反应器处理的混合液自流至二段生化系统。

e.IBR出水自流进入二段生化系统即MBR反应器，在MBR中，利用好氧微生物的代谢作用，将有机物降解成CO2、H2O及无机化合物；清水通过膜组件抽吸泵直接从MBR膜中抽出，排放至成品水池；污泥则被完全截留。MBR池中设有气提泵，将截留后的污泥混合液回流至IBR池的缺氧区A1中，完成反硝化作用，少部分污泥作为剩余污泥排至污泥池。

f.污水处理站产生的污泥由混凝沉淀池排泥、反硝化水解反应池及MBR剩余污泥组成。污泥在污泥池中收集，然后由污泥输送泵将混合后的污泥送至污泥浓缩脱水一体机进行脱水处理。

1.2 回用水装置工艺流程

厂区清净废水（循环水站排污、锅炉系统脱盐水站排污）进入原水调节池，经一级反应池、二级反应池，分别投加混凝剂、软化剂后，进入TMF管式微滤膜单元进行固液分离，降低原水中的硬度、碱度、浊度，出水调节pH值后满足反渗透装置进水要求，管式微滤产水与污水处理站MBR出水进入反渗透进水池混合；废水由反渗透进水池进入反渗透装置脱除水中的盐类物质和COD，使产水满足回用水使用要求，进入回用水池，经泵提升后送至循环水站，作为循环水源使用。反渗透浓水经浓水反渗透进一步预浓缩提高废水回收利用率。浓水反渗透产生的高盐废水经TMF微滤膜系统处理后进入ST膜装置进行减量化超浓缩。超浓缩产生的含盐量接近8%Wt的超浓盐水去浓盐水处理装置蒸发处理。膜系统的冲洗废水和清洗废水回到进水调节池进行预处理。蒸发浓缩产生的卤水进入结晶装置。预热后的卤水首先进入结晶蒸发器内进行闪蒸蒸发，然后液体进入强制循环加热器升温升压，再次进入结晶分离器内进行闪蒸蒸发，此时会有小颗粒的结晶体析出。析出的结晶体在结晶分离器内下落的过程中，晶型不断变大，然后自流入晶浆罐，在晶浆罐内晶体进一步长大，再后从晶浆罐底部流出至离心设备分离。浓缩液和二次蒸汽在结晶分离器中进行汽液分离。气液分离后密度较小的浓缩液被强制循环泵打入强制循环加热器，浓缩液在强制循环蒸发器内继续进行蒸发浓缩，然后进入结晶分离器，在结晶分离器内有晶体析出，析出的固体经收集后卖至别处。如此循环，离心后的结晶体送出，母液回流系统继续进行蒸发浓缩，分离出的二次蒸汽进入冷凝器中冷凝。

污泥采用板框压滤处理，滤后水返回调节池，污染物最终形成污泥固废。

2 工程设备的性能

2.1 TMF设备

本系统选择了化学加药软化加管式微滤膜的预处理工艺。管式微滤膜过滤精度为0.1 μm，具有强度好、耐摩擦、耐高浓度药剂清洗、可在极高悬浮固体浓度下稳定运行、可耐受进水水质波动等优良性能，作为反渗透的前处理，大大缩短简化了工艺流程，减少了系统占地面积。因为原水钙硬度小于碱度，因此，使用氢氧化钠提高pH值得方法进行软化。水中溶解态二氧化硅,可被镁离子形成的氢氧化镁沉淀时携带沉淀一部分。

2.2 反渗透设备

TMF产水及MBR产水经泵提升后，进入保安过滤器，保安过滤器出水经高压泵提升进入反渗透装置，在压力作用下，大部分水分子和微量其它离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入回用水池，通过回用水泵送至循环水站；水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，随浓水排至浓水池。RO产水口设止回阀，产水管配有在线电导率仪，在线检测产水电导率。浓水管设有流量控调节阀和流量计，控制产水的回收率。装置根据水池的水位及系统制水量采用自动控制运行方式，每次停用后能自动延时冲洗。

2.3 超浓缩设备

超浓缩设备利用STRO膜进一步浓缩浓水反渗透产生的浓水，以减少蒸发装置的蒸发量。网管式膜组件由于其卓越的流体动力学设计，开放式流道和卷式膜组件设计，大大降低了反渗透膜组件中常见的污堵和结垢。

2.4 蒸发装置

蒸发器设计为顺流四效升降膜强制循环式蒸发装置，设备包括第一、二、三效降膜加热室各1套，四效升膜加热室1套。第一、二、三效分离室各1套，四效分离室1套，进料泵、出料泵、一、二、三效循环泵、一、二、三效布液器、四效强制循环泵、蒸汽冷凝水泵、冷凝水泵、冷却水泵，列管式冷凝器，真空系统；预热器，冷凝水罐，工艺管道、二次蒸气管、阀门、真空表、压力表、温度计、安全阀、取样口、流量计、除沫器、喷淋头、除雾器、电气控制柜等。

每个加热器包括主体部分，底部封头和顶部封头等。主体部分是一个内部由多根金属管的焊接外框架。底部封头和顶部封头应在主体部位的轮缘部分连接主体部位。分离器通过管道连接加热器，分离器外形为带上下封头的罐式容器，加热后的料液从加热器顶部进入分离器，同时在加热器中被蒸发的蒸汽在分离器中上升，从分离器的顶部排出，通过二次蒸汽管进入下一效的加热器，并成为下一效的热源，最终冷凝为水。浓缩后的料液与新进入分离室的料液混合，从分离器底部的管道进入加热器，形成蒸发工作循环。最后阶段产生的蒸汽将进入冷凝器中，由蒸汽转化为水。真空泵用来确保压力在分离器是负压的（真空）和水在正常的沸点以下快速蒸发。

在降膜加热器中，料液通过加热室顶部的布液器均匀地顺各加热管的管壁自上而下流下，在管道中通过时被高温的蒸汽加热，蒸汽在换热管外壁变成凝结水，料液被加热后蒸发，蒸汽和未蒸发的料液一起进入分离室，蒸汽通过二次蒸汽管线离开分离室，料液则收集于分离室底部，参与循环完成继续蒸发。

在升膜加热器中，料液被加热后，料液从底部向上方向运动进入加热列管，在管道中通过时被高温的蒸汽加热，蒸汽在换热管外壁变成凝结水；料液被加热后，通过加热器顶端喷射入分离器的同时，完成蒸发；蒸汽通过二次蒸汽管线离开分离室，料液则收集于分离室底部，参与循环完成继续蒸发。整个进料、蒸发、出料的过程在在线仪表和自动控制系统控制下，形成连续作业的工作过程。

在系统运行过程中会产生部分不凝气，不凝气的量不大，但是长期积累会在冷凝侧的局部形成较高的浓度，导致传热效率明显下降，本蒸发系统在各效的加热室设有专用的不凝气体排出口，因此,在蒸发过程中定期打开各效的不凝气阀门进行排放，以提高传热效率，不凝气由不凝气接管接到末端冷凝器，由真空泵排出。

3 工业应用

20万t/a乙二醇规模的厂区各装置及罐区产生的地面冲洗排水、初期雨水、生产排水和生活污水的总水量为80 m3/h，气化装置排放污水为30 m3/h，乙二醇装置排放污水为9.6 m3/h，循环水站和锅炉系统脱盐水站排污产生的清净废水为250 m3/h。产生污水污染物浓度高，不宜直接排放，因此建设了污水处理零排放装置。整个装置由污水处理和回用水两部分组成，污水处理装置设计规模为130 m3/h，即3 120 m3/d；回用水装置设计规模为400 m3/h，即6 000 m3/d。

本套装置处理后的水能够全部回用，完全可以达到零排放。但换热器可能出现的结疤现象，在冷却结晶过程中从以下个方面来进行控制：第一是对换热管内壁光滑的无缝管，以此来抑制晶体在管路表面成核；第二是控制换热器管内循环液的固含量，让循环液内包含少量的晶体颗粒。当循环液内存在局部过冷时，循环液内的晶体颗粒可以作为生长点，以此来避免晶体在换热管内壁上生长；第三是控制换热器管内流速，控制循环速度。通过流体的快速冲刷来避免晶体在换热管表面沉积和结疤。由于本工艺方案中出口晶浆温度较高，在管道传输过程中容易由于管内溶液温度降低而产生管道堵塞的现象。应采取溶液输送管道保温的方式来避免这一现象。第四是控制合理的加热蒸汽温度，保证各效间合理的温度差。另外，四效分离器内部由于物料浓度增加，容器内出现晶体，为防止出料堵管、晶体沉降粘附容器底部，设备设有热水（或蒸汽）反冲口。

4 结束语

零排放技术在煤化工系统中的成功应用大大减轻企业的环保压力。本工艺选用先进的工艺，成熟、高效的设备，以提高能源利用率，降低运行能耗原则，不仅使各类生产水全部得到回收利用，而且结晶出的杂盐还可以产生一定的经济效益。

Application of Wastewater Treatment with Zero-discharge in Coal Chemical Industry

BI Lijun
(Pingding Chemical Industry Co.,Ltd.,Yangquan Coal Group,Pingding 045000,China)

Efficient denitrification hydrolysis technology was used in wastewater biochemical process. Nitrate was degraded with the methanol in the wastewater to generate carbon dioxide,nitrogen and water, reducing the processing load in the subsequent biochemical section.IBR+MBR bio-dopp technology led to enrichment,high activity,and impact resistance of microbe,which realized the stability and reliability of the biological system.To reduce concentrated brine in the process of recycling water,advanced ST membrane was used to concentrate TDS to 0.1 million ppm,which remarkably decreased the scale of evaporation equipment and operational energy consumption.In addition,forced circulation crystallizing evaporator was adopted to separate crystallized salt.

zero-discharge;tubular micro-filtration(TMF)membrane;hyper-concentration; evaporation crystallization

TU991.22

A

1672-5050（2015）02-0090-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.029

（编辑：刘新光）

2015-01-20

毕利君（1978-），男，山西朔州人，大学本科，工程师，从事煤炭化工水处理工程研究工作。