煤化工廢水零排放技術(shù)
煤炭是我國的主要化石能源,新型煤化工發(fā)展迅速。然而,煤化工消耗大量的水和排放,水資源短缺和環(huán)境污染問題制約著我國煤化工的發(fā)展?!傲闩欧拧钡奶岢鼍哂兄匾默F(xiàn)實(shí)和歷史意義。
一.導(dǎo)言
中國石油和天然氣資源短缺,煤炭是中國的主要化石能源。這種能源結(jié)構(gòu)決定了新型煤化工的發(fā)展,即以煤氣化為主導(dǎo),利用催化合成、分離、生化等先進(jìn)化工技術(shù)生產(chǎn)清潔能源和各種可替代石油的化工產(chǎn)品,以滿足未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。
發(fā)展新型煤化工企業(yè),煤和水是兩大資源要素。煤化工項(xiàng)目耗水量巨大,煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展造成了區(qū)域水資源供需的不平衡。同時,中國的煤炭資源和水資源分布極不均衡。水資源缺乏的地區(qū)還面臨地表水環(huán)境容量有限的問題,大量煤化工廢水面臨無處排放的困境。煤化工的廢水量也很大。這種廢水含有大量的有機(jī)污染物。大量煤化工項(xiàng)目會給富煤缺水地區(qū)帶來嚴(yán)重的社會問題。水資源和水環(huán)境問題已成為制約煤化工發(fā)展的瓶頸。為促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)、水資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,2007年頒布的《國家環(huán)境保護(hù)“十一五”規(guī)劃》明確要求,煤炭等重點(diǎn)行業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)廢水少排放或零排放。既解決了部分缺水問題,又不會對當(dāng)?shù)丨h(huán)境和生態(tài)造成污染和破壞。對于在建和規(guī)劃中的煤化工項(xiàng)目具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。
目前,許多在建和規(guī)劃中的煤化工項(xiàng)目計劃實(shí)施廢水“零排放”方案,但到目前為止,國內(nèi)還沒有真正實(shí)現(xiàn)廢水零排放的煤化工企業(yè),煤化工廢水零排放存在諸多問題和技術(shù)難點(diǎn)。因此,分析和總結(jié)現(xiàn)有的煤化工廢水“零排放”技術(shù)非常重要。
二。煤化工廢水的分類及水質(zhì)特征
煤化工是以煤為原料,經(jīng)過化學(xué)加工,將煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料和化學(xué)品,生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品的工業(yè)。不同的學(xué)者對煤化工廢水的分類存在一定的差異,但一般來說,現(xiàn)代煤化工企業(yè)的廢水按其含鹽量可分為兩類:一類是有機(jī)廢水,主要包括氣化廢水、化工廠廢水、地面沖洗水、初期雨水和生活污水等。,其特點(diǎn)是含鹽量低;二是含鹽廢水,主要來源于煤氣洗滌廢水、循環(huán)水系統(tǒng)排水、軟化水系統(tǒng)排水、濃水回用系統(tǒng)等。在生產(chǎn)過程中,有時包括生化處理后的有機(jī)廢水,其特點(diǎn)是含鹽量高。
三。煤化工廢水“零排放”處理技術(shù)
我國煤化工廢水“零排放”設(shè)施的處理技術(shù)基本分為有機(jī)廢水處理技術(shù)和含鹽廢水處理技術(shù),含鹽廢水處理技術(shù)包括低鹽廢水處理技術(shù)、濃鹽水處理技術(shù)和高濃度鹽水固化處理技術(shù)。其中,有機(jī)廢水處理基本采用“預(yù)處理(物化處理)+生化處理+深度處理”三級處理工藝;低鹽廢水處理多采用“預(yù)處理+雙膜法”兩級處理工藝;濃鹽水處理常采用“預(yù)處理+膜濃縮”的處理工藝;高濃度鹽水的熟化處理常采用自然蒸發(fā)熟化或機(jī)械蒸發(fā)熟化。
1.有機(jī)廢水處理
煤氣化廢水不經(jīng)預(yù)處理直接處理是不可行的,特別是固定床工藝的廢水,氨氮和酚濃度較高。預(yù)處理的主要目的是去除乳化油、懸浮固體(SS)和膠體COD。對于魯奇氣化廢水,應(yīng)回收苯酚和氨。
煤氣化廢水的生化處理可根據(jù)水質(zhì)和場地條件選擇A/O、A2/O、SBR、氧化溝、膜生物反應(yīng)器等工藝。固定床工藝采用生化處理工藝,去除CODCr、BOD5、氨氮等。為主體(主要考慮硝化和反硝化),而夾帶床采用物化為主體的后處理強(qiáng)化工藝。對于流化床和氣流床工藝產(chǎn)生的廢水,應(yīng)選擇硝化、反硝化效果好的處理工藝。
煤氣化廢水的深度處理有機(jī)廢水經(jīng)上述處理工藝處理后,經(jīng)混凝沉淀后基本可以達(dá)到國家或地方排放標(biāo)準(zhǔn)。但離循環(huán)補(bǔ)給水的要求還有一定差距,需要進(jìn)行深度處理。深度處理部分常見的工藝主要有臭氧氧化、化學(xué)氧化+曝氣生物濾池(BAF)+活性炭吸附等。
2.含鹽廢水處理
(1)低鹽廢水的處理
低鹽廢水處理一般采用“預(yù)處理+雙膜法”(即超濾-反滲透)兩級處理工藝。生化處理出水與清水混合后成為低鹽廢水,經(jīng)除鹽后可作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。目前脫鹽方法很多,但隨著膜分離技術(shù)和膜生產(chǎn)技術(shù)的提高,膜的使用壽命不斷提高,其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。預(yù)處理一般為絮凝沉淀和過濾工藝,主要是進(jìn)一步去除水中的ss、膠體和COD,以提高雙膜進(jìn)水的保證。雙膜的主要功能是脫鹽,實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用。
(2)濃鹽水處理
雙膜法處理后的水可以回用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水,但同時也產(chǎn)生濃鹽水,濃鹽水中仍有大量的水,并含有一定量的有機(jī)污染物。如果不處理,還是會對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成很大的污染。目前一般采用處理工藝(預(yù)處理+膜濃縮)對濃鹽水進(jìn)行進(jìn)一步濃縮,使TDS(總含鹽量)質(zhì)量濃度達(dá)到50000-80000mg/L,以盡可能提高廢水中的含鹽量,減少后續(xù)蒸發(fā)器的規(guī)模,減少投資,節(jié)約能源。
(3)高濃度鹽水的處理
濃鹽水的固化處理是廢水“零排放”方案應(yīng)用和推廣的瓶頸,也是目前爭議較大的地方。含鹽廢水處理后產(chǎn)生的濃縮液,又稱高鹽廢水,通常含鹽量在20%以上。目前,國內(nèi)外處理高濃度鹵水一般采用自然蒸發(fā)熟化和機(jī)械蒸發(fā)熟化。機(jī)械蒸發(fā)是鹽通過蒸汽結(jié)晶。自然蒸發(fā)熟化是利用太陽能在自然條件下將高濃度鹵水逐漸蒸發(fā),實(shí)現(xiàn)鹽結(jié)晶。蒸發(fā)固化后的結(jié)晶固體成分復(fù)雜,有害物質(zhì)濃度高,需作為危險固體廢物處理,不能與鍋爐灰、氣化灰一起填埋。
四。煤化工廢水“零排放”的限制性問題及解決方案
煤化工廢水“零排放”技術(shù)在實(shí)際工程實(shí)踐中存在諸多困難。目前國內(nèi)還沒有一家煤化工企業(yè)真正做到了廢水“零排放”。我國煤化工廢水零排放技術(shù)的研究和應(yīng)用處于起步階段,在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響方面都存在問題。
1.技術(shù)水平
(1)存在問題
煤化工廢水零排放的主要技術(shù)難點(diǎn)在于兩個方面:煤化工氣化過程中的有機(jī)廢水處理和含鹽廢水處理。有機(jī)廢水的主要技術(shù)問題是氣化廢水水質(zhì)波動大,影響生化處理工藝。從而影響后續(xù)的膜處理效果,最終難以實(shí)現(xiàn)“零排放”的目標(biāo)。含鹽廢水處理的核心問題是雙膜系統(tǒng)的反滲透、膜濃縮、蒸發(fā)器的結(jié)垢和腐蝕。雙膜系統(tǒng)采用的反滲透方式可能導(dǎo)致水質(zhì)特性不清,或造成反滲透膜污染嚴(yán)重,脫硅困難。此外,“零排放”的目標(biāo)受到膜濃縮和蒸發(fā)器技術(shù)的限制。這些技術(shù)大部分還處于設(shè)計和建設(shè)階段,少數(shù)已經(jīng)建成,沒有真正投入運(yùn)行。膜濃縮和蒸發(fā)器技術(shù)的局限性包括:有機(jī)污染物在膜濃縮中形成污垢,縮短膜壽命,頻繁清洗膜,導(dǎo)致膜濃縮系統(tǒng)崩潰;廢水的硬度會在膜濃縮中增加,容易結(jié)晶,在膜濃縮過程中結(jié)垢,從而使膜失去濃縮能力;由于硬度會進(jìn)一步增加,蒸發(fā)器內(nèi)容易形成水垢,使蒸發(fā)器失去應(yīng)有的蒸發(fā)功能等。這些技術(shù)問題亟待解決。
(2)解決方案
一是針對有機(jī)廢水水質(zhì)波動大的問題,增加對廢水中有毒、有臭(揮發(fā))、有色、難降解物質(zhì)的定性和定量分析。只有明確各斷面的水質(zhì)特征,才能有針對性地制定處理工藝。含鹽廢水和濃縮液的處理要從源頭入手,綜合考慮整個系統(tǒng)的鹽平衡,對廢水處理過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝和藥劑的比較和優(yōu)化,大幅度降低水系統(tǒng)的加鹽量,減輕末端處理的壓力。同時,研究濃反滲透水中硅的水化學(xué)機(jī)理,開發(fā)高效同時脫鈣、鎂硅技術(shù),優(yōu)化現(xiàn)有反滲透工藝。解決了反滲透膜硅污染嚴(yán)重和脫硅困難的關(guān)鍵問題??傊?,相關(guān)部門和企業(yè)應(yīng)從環(huán)保角度評估各種煤氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),針對目前廢水零排放的技術(shù)工程難點(diǎn),選擇可行的節(jié)水和廢水處理技術(shù),制定相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則和工程規(guī)范,加大技術(shù)投入,推動我國廢水零排放技術(shù)的發(fā)展。
2.經(jīng)濟(jì)水平
(1)存在問題
通常煤化工的投資是很大的。要實(shí)現(xiàn)煤化工廢水的“零排放”,需要大量的資金投入。比如在含鹽廢水處理過程中,廢水成分復(fù)雜,尤其是氯離子含量很高,對蒸發(fā)器的腐蝕性很強(qiáng),需要使用強(qiáng)耐腐蝕材料,所以投資很高。此外,廢水“零排放”過程中產(chǎn)生的結(jié)晶固體需要作為危險固體廢物進(jìn)行安全填埋,處理成本高。含鹽廢水的直接運(yùn)行成本通常是有機(jī)廢水的數(shù)倍。運(yùn)行成本高也是制約煤化工廢水“零排放”應(yīng)用推廣的重要因素。
(2)解決方案
實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”的經(jīng)濟(jì)成本是巨大的。廢水零排放是用更多的能耗換取污染物減排。因此,在解決水污染的同時,必須綜合考慮高能耗、高投資和運(yùn)行成本的問題,不要盲目采用零排放。根據(jù)水資源、水環(huán)境容量、能源、自然條件等客觀條件。項(xiàng)目所在地,綜合確定是否需要實(shí)施廢水“零排放”方案。另一方面,國家應(yīng)盡快大幅提高水資源和廢水排放的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),倒逼企業(yè)。對適合廢水“零排放”的企業(yè),實(shí)施政策鼓勵措施。把廢水處理和回用變成自覺行動,減少廢水排放。
3.環(huán)境方面。
(1)存在問題
煤化工廢水“零排放”方案仍存在巨大的環(huán)境問題。比如含鹽廢水處理過程中,通過自然蒸發(fā)或機(jī)械蒸發(fā)得到結(jié)晶鹽,以固體的形式輸出,實(shí)際上是將污染物從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,但不能完全消除污染物。如果處理不當(dāng),結(jié)晶鹽中的可溶性鹽和有機(jī)物在雨水的淋溶作用下會造成二次污染。同時,由于“零排放”方案的實(shí)施,企業(yè)沒有廢水排放口,這部分廢水只能長期存放在廠內(nèi)。由于廢水量大,容易污染當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境。政府和企業(yè)必須制定“零排放”計劃,而不是顧此失彼,造成更大的環(huán)境污染。
(2)解決方案
做好“零排放”方案,要立足于不惡化地表水水質(zhì),不污染地下水,把污染限制在可控范圍內(nèi)。綜上所述,水資源豐富的南方地區(qū)不宜提倡零排放,北方地區(qū)應(yīng)因地制宜,區(qū)別對待。如果有污水受納體,應(yīng)盡量利用天然水體,不能強(qiáng)制“零排放”。在確實(shí)沒有污水受納體的地區(qū),應(yīng)以地下水保護(hù)為前提,優(yōu)先選擇能耗物耗低的處置方式。實(shí)施合理的“零排放”方案,實(shí)現(xiàn)更好的環(huán)境效益。
動詞 (verb的縮寫)結(jié)論
煤化工廢水“零排放”技術(shù)的研究和應(yīng)用在我國處于起步階段,存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等一系列問題。因此,在煤化工廢水“零排放”工程中,需要考慮和解決的主要問題是膜濃縮和蒸發(fā)皿等技術(shù)問題,“零排放”工程中的高成本及其環(huán)境問題。筆者認(rèn)為,從技術(shù)層面上,應(yīng)明確水質(zhì)特性,減少鹽的添加量,開發(fā)有效的脫硅技術(shù),加大技術(shù)投入。從經(jīng)濟(jì)方面考慮能耗高、投資和運(yùn)行成本高的問題,明確企業(yè)是否適合實(shí)施廢水“零排放”方案,盡快提高水資源和廢水排放的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn);從環(huán)境方面,將污染限制在可控范圍內(nèi),合理實(shí)施“零排放”方案,因地制宜,區(qū)別對待,取得更好的環(huán)境效益。(來源:北京藍(lán)白藍(lán)科技有限公司)
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