煤化工高盐废水处理工艺的应用研究

刘 芸

（山西焦煤西山煤电环保绿化分公司，山西 太原 030053）

0 引言

随着我国水环境质量的不断改善，人们对废水中的含盐量、污染影响和相关法规给予了更多的关注。通常，工业废水的含盐量较大，中水的再生废水则因其含盐量较大而品质较低，且无法达到相关的排放指标，不易再循环利用[1-2]，因此，高浓度废水的处置是煤化工企业必不可少的设施。

1 煤化工废水概述

1.1 煤气化工艺废水

根据对汽化炉内的粉体大小及流型的分析，可以将其分为三类：以鲁奇为代表的固定床气化炉，以U-Gas、Winkler 等为代表的流化床气化炉，以德士古为代表的气流床气化炉。煤气化工业废水成分复杂、毒性大、浓度高、难降解，处理不达标排放会对自然环境造成严重污染[3]。

1.2 现代煤化工含盐废水特性

在各类化工废水中，高盐废水是通过水汽蒸发与中水的循环复用取得的。高盐废水的有效净化是通过特殊的生化技术和膜浓缩技术实现的[4]。从生产中产盐源头上，主要是因为煤化工工业使用水量的不断增长和循环利用的不断提高，在废水治理过程中，使用了大量的盐，对周边的生态环境产生了严重的影响。而高含盐率废水的回用主要来自全厂废水循环再利用系统。高盐的存在会使污水的处理难度增大，如处理不达标还会对水体造成污染破坏。同时，高盐废水的盐碱性大，还会腐蚀金属管道，缩短设备使用寿命。

2 煤化工高盐废水零排放处理现状

2.1 工艺路线分析

在煤化工生产中，含高含盐的污水以含氯化钠、硫酸钠、钠、钙等为主要成分，同时还含有机物、氨氮等。在处理高盐水废水时，一般采用物理化学方式处理，在处理过程中，盐分并没有被充分溶解，而是经过了更深一层的处理，使之成为一种更好的存在形式[5]。

2.2 高盐废水零排放工艺

目前国内已建成或在建的高含盐废水处理装置已有几百套，工艺技术也日趋成熟，具体如下。

1）预处理。高盐化工业废水除难以降解的有机物与氨氮外，还包含悬浮物、胶体、无机结垢等多种污染物。针对悬浮物与无机盐，通常采取絮凝沉淀、过滤等技术进行除垢、除硅、除氟等处理，以消除或蒸发晶体体系中的污染；针对有机物、色度、氨氮等污染，应运用催化氧化、活性炭吸附、大孔树脂吸附等技艺或组合工艺实现生物降解，确保废水处理正常运行。

2）膜浓缩。废水中TDS 的质量浓度为10 000 mg/L，其浓度相对较小，且具有很大的尺度，故利用HERO、STRO、ED、DTRO 等各种技术，对高盐水废水进行了深度浓缩。该技术对水质、水量、预处理的要求较高、运营成本较高。

3）蒸发结晶。膜法浓缩过程中产生的高浓度盐类废水，需经过蒸发结晶处理以实现废水零排放。蒸发结晶设备是整个生产过程的核心环节，其在整个工艺流程中占据举足轻重的地位。在蒸发过程中，由于盐分含量极高，容易导致过饱和现象并析出盐分，常用的处理方法包括蒸发法、多效蒸发法等。选择蒸发工艺时需充分考虑实际情况，例如，部分煤化工企业在生产过程中会产出大量低压蒸汽。尽管MED 技术能耗较高，但从能量平衡的角度出发，可以利用现有的低压蒸汽资源，实现节能目标，降低环境污染。然而，对于大型工业区和无蒸汽来源的企业，MVR 蒸发技术往往能降低总体投资成本。

4）结晶盐资源化利用。在高盐化工行业中，高含盐性废水的处理一直是以“零排放”为目标的。一般情况下，在气化、结晶时会产生一种含有机物质、重金属等杂质的混合物，但由于其体积巨大，一般的有害垃圾处理设施难以处理。目前非纳废水处理项目主要是利用晶体分盐法将可再生的氯化钠、硫酸钠等与其他污染物质相结合，实现废水的零排放和结晶盐的循环利用。

3 高盐废水分盐工艺

高含盐废水可分为热解法和膜法两大技术。热法分盐是将不同成分在相同的水溶液中溶解或在冷、热条件下溶解度不同而进行的一项生产工艺。膜法分盐技术是利用NF 的选择性渗析技术，有效分离出一价二价盐。热法分盐和膜法分盐都有各自的优势：热法分盐法具有工艺简单、运行成本低廉等特点，但其制取的晶体盐产量和品质稍差，操作稳定度稍差；膜法分盐具有分盐稳定、制盐品质优良、综合盐回收率高等优点，其运行可靠性、盐综合回收率和盐资源化等诸多优点表明，膜法分盐是目前煤化工生产中应用最为广泛的一项技术，高盐废水分盐工艺如图1 所示。

图1 高盐废水分盐工艺流程示意图

膜法分盐技术具有较好的稳定性，但其特性衰减速度较快，在实际生产过程中存在诸多问题，如运行时间过长导致废水脱盐效果降低。因此，确保其性能稳定及回收效率成为当前技术难题。鉴于水质、水量、结晶盐副产品售价以及混盐处理成本等基础条件存在较大差异，生产过程中需根据具体情况制定相应方案。

4 运行现状分析

从目前矿井中所能发现的高含盐废水情况来看，大部分矿井已经实现了安全运行，副产品也已经全部上市，但总体上还存在着如下问题：

1）高盐废水的处理工艺流程繁琐复杂，主要由预处理、生物降解、深度净化、中水复用以及零排放等环节组成。各个工艺环节环环相扣，相辅相成，相互制约。任何一个环节发生故障都会影响后续环节的处理是否达标。

2）环保设备投资大，增加运行成本。高盐废水处理前期设备投资成本与其他废水处理设备投入相差不大，在个别处理设备投入甚至更高，且占地面积较大。基于现阶段经济形势严峻、石油价格波动，部分煤化工企业整体经济效益堪忧，在一定程度上制约企业废水治理投入。

3）煤化工废水的含水率与煤种、生产工艺、产品等因素密切相关。当前，我国煤化工废水零排放处理领域尚未制定统一的技术规范。由于不同行业、企业对实现废水零排放后的最终产品盐的回收率和副产品盐的质量要求存在差异，因而实施方案各有特点。

4）对企业而言，杂盐输出仍然面临着废水“零排放”的挑战。由于水质的复杂性，副产品的综合利用效率较高，进而产生了大量的杂盐。另外，结晶盐的品质与常规盐存在差异，例如盐纯度、颗粒均匀度、总铵含量等方面，导致产品价格较高，销售状况欠佳。

5 高盐废水零排放的处理建议

5.1 优化工艺流程

从废水特性、能源供应、食盐产销、杂盐处理等几个角度进行综合的研究，并结合试验和调研，对其进行综合分析，最终制定出相应的工艺路线。对设备关键技术、关键设备、物料等进行全方位的检验与确认，确保设备投入使用后的安全稳定。在系统波动、设备清洗、维修、更换元件等运行和突发事件时，要对系统的冗余进行足够的关注。

5.2 将高盐废水集中化处理

在资源集中区域，采取集中式、三方协同模式，运用公私合营（PPP）模式、建设-运营-移交（BOT）模式、特许经营模式等途径进行投资、运营及规模扩张，实现高盐度废水零排放处理的专业化运作，提升系统运行稳定性。同时，以公私合营（PPP）模式、建设-运营-拥有（BOO）模式等手段进行投资和运营，实现规模经济效益，确保高盐污水零排放处理的专业化运行，提高产品质量及市场竞争力。

5.3 多举措降低零排放投资及成本

对于分散式、低排水量、低盐工业，可以结合不同区域垃圾集中处置、水泥窑协同处置的分布特征，进行制盐过程的优选，探索低投资低成本的处置方式，减少运营成本。

5.4 积极探索新技术的应用

目前废水治理存在的问题，从现实角度出发，提出一些可参考的解决方案，比如：

1）采用生物膜催化氧化技术，或采用纯化、专性吸收技术，提高废水的利用率和水质。

2）由于其性能急剧降低，对其衰减的原因及机制进行了深入的研究，并对其进行了初步的预处理；对水中硅酸盐、氟化物、油分、有机物等有害物质进行了深度稳定处理，从而降低了对膜的阻塞。

3）为了减少蒸发和晶体能耗，必须开发低能耗、高效率的ED、正渗透、低温蒸发等工艺。

6 结语

实现高盐废水的回收零排放是当前工业废水处理领域的重难点。在废水整体规划环节中，应做到废水的循环再利用，实现“零排放”。根据大部分煤化工项目的总体规划，对高盐碱化废水和废弃盐进行了综合处理，结合目前存在的治理模式进行归纳，以期进一步提升其规模效应，加强对土地的利用，解决目前存在的一些问题。站在环保的角度，以从源头上解决煤化工副产品盐的问题。