中煤集團內(nèi)蒙古蒙大新能源化工基地年產(chǎn)50萬t工程塑料項目,對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的達標(biāo)廢水、循環(huán)排污水和脫鹽水排水進行處理回用。根據(jù)此含鹽廢水特征,經(jīng)過石灰軟化預(yù)處理后,進入高濃鹽水處理工藝(SCRM膜法、蒸發(fā)),處理后產(chǎn)水達到該廠回用要求,濃水排放至蒸發(fā)塘?xí)窀?最終實現(xiàn)廢水“零排放”。該技術(shù)將投資大、運行費用高的蒸發(fā)工段水量進行最大化減量,減少了一次性投資規(guī)模及運行費用。

1 工程概況

我國煤炭資源和水資源分布極不均衡。 煤炭資源量豐富的地方, 也是水資源缺乏的地方, 有些地方甚至沒有納污水體。 水資源和水環(huán)境問題已成為制約煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[1]。 尋求處理效果更好、 工藝穩(wěn)定性更強、 運行費用更低的廢水處理工藝, 實現(xiàn)廢水“零排放”的目標(biāo), 已成為煤化工發(fā)展的自身需求和外在要求[2]。

內(nèi)蒙古蒙大新能源化工基地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗烏審召, 其年產(chǎn)50 萬t工程塑料項目配套建設(shè)了回用水處理裝置。 在對循環(huán)排污水、 脫鹽水排水等廢水進行濃水回用處理后, 會產(chǎn)生一部分高含鹽廢水, 目前常用的高含鹽廢水處理方法, 如地面水排放、 深井注射、 噴灌、 蒸發(fā)塘、熄焦等方法不能從根本上減少濃縮液的排放, 不僅造成了水資源的浪費, 而且對土壤、 地表水、 海洋環(huán)境等產(chǎn)生不利影響。 采用蒸發(fā)結(jié)晶或者蒸發(fā)塘方式處理高濃鹽水, 最終形成固廢排放是目前廢水“零排放”的最有效方式, 而蒸發(fā)裝置一次性投資規(guī)模大、 運行能耗高, 以及蒸發(fā)塘龐大的土建占地要求又成為制約該技術(shù)大規(guī)模使用的瓶頸[3]。 本工程結(jié)合此含鹽廢水特點, 采用獨特的高濃鹽水減量化處理工藝, 使進入蒸發(fā)裝置與蒸發(fā)塘的水量縮減,降低了一次性投資規(guī)模, 減少了運行費用。

2 廢水水質(zhì)及水量

高含鹽廢水處理系統(tǒng)的進水主要來源于廢水處理裝置的達標(biāo)廢水、 循環(huán)水場的排污水及脫鹽水(化學(xué)水)及冷凝液精制裝置排污水。 廢水經(jīng)過處理后達到企業(yè)回用水要求, 可以用于企業(yè)生產(chǎn)工藝、冷卻、 沖洗等。 設(shè)計進、 出水水質(zhì)如表1 所示。


污水處理站達標(biāo)廢水約為295 m3/h,脫鹽水及冷凝液精制裝置排污水約為150 m3/h,循環(huán)水場排污水約為105 m3/h,總設(shè)計水量為550 m3/h。

3工藝流程及說明

3 種廢水合并后其水質(zhì)特點為懸浮物、 CODCr、硬度及含鹽量均較高, 需要經(jīng)過嚴格的預(yù)處理后才能進入后續(xù)的處理工藝。 整體工藝主要包括預(yù)處理工段、 膜處理工段和濃鹽水處理工段3 個工段, 核心部分為濃鹽水處理工段。

(1) 預(yù)處理工段。 污水處理站廢水、 循環(huán)水場排污水、 脫鹽水及冷凝液精制裝置排污水首先進入回用水調(diào)節(jié)池, 穩(wěn)定水質(zhì)、 水量后進入石灰軟化池中進行軟化處理, 依次加入石灰乳、 PAC、 PAM進行混凝沉淀, 沉淀后的澄清水進入V型濾池過濾。 V型濾池出水經(jīng)過加壓后進入膜處理工段。

(2) 膜處理工段。 膜處理工段包括超濾與反滲透兩部分。 預(yù)處理工段出水全部進入超濾單元處理后, 部分超濾出水進入反滲透系統(tǒng), 反滲透淡水與其余的超濾出水混合, 回用于循環(huán)水系統(tǒng)。

(3) 濃鹽水處理工段。 膜處理工段濃水進入濃鹽水處理工段, 經(jīng)濃鹽水反滲透膜及超級再濃縮膜(SCRM)進一步濃縮后, 產(chǎn)水進入回用水池回用于循環(huán)水系統(tǒng)。 濃水進入多效蒸發(fā)器經(jīng)蒸汽加熱濃縮后, 冷凝水用于循環(huán)水補水, 濃鹽水排往蒸發(fā)塘。

廢水處理工藝流程如圖1 所示。


4 主要工藝說明

(1) SCRM膜裝置。 廢水進入濃鹽水工段時已被濃縮了10 倍以上, 鹽的質(zhì)量分數(shù)將近2%。 普通抗污染型反滲透膜及海水淡化膜多級濃縮工藝無法在此高含鹽的情況下應(yīng)用, 并且結(jié)垢是膜技術(shù)發(fā)展至今一直難以克服的難題, 膜表面的結(jié)垢層會導(dǎo)致膜通量下降, 縮短膜的使用時間。 SCRM膜裝置采用振動膜技術(shù), 與一般卷式膜不同, 振動膜配置有高頻振動裝置, 組件內(nèi)部為多層碟片式膜結(jié)構(gòu)[4],通過振動在膜表面產(chǎn)生高剪切力, 阻止顆粒在膜表面沉積吸附, 降低結(jié)垢傾向從而保持較高的過濾速率, 可以處理含鹽量高的液體, 可進一步濃縮廢水回用中含有復(fù)雜污染物及高TDS的濃水。

(2) 蒸發(fā)器。 蒸發(fā)工段采用四效蒸發(fā)工藝, 由于濃水中的氯離子濃度很高, 對不銹鋼材質(zhì)的腐蝕嚴重。 因此蒸發(fā)器的制造材質(zhì)、 接觸物料部分將選擇耐腐級別較高的鈦材。 蒸發(fā)器采用順流升降膜四效形式, 一效進料, 經(jīng)二效、 三效濃縮, 最終四效出料的工藝路線, 其中一效至三效為降膜式, 四效為升膜式。 為避免可能出現(xiàn)的濃縮結(jié)晶導(dǎo)致加熱室結(jié)垢現(xiàn)象, 四效加熱室采用強制循環(huán)形式。

5 工程運行效果

工程回用水處理整體回收率高達98%, 用于回用的產(chǎn)水最后出水中鹽的質(zhì)量濃度為265 mg / L,達到產(chǎn)水水質(zhì)要求。 最終排放到蒸發(fā)塘的含鹽濃漿約為3 m3/ h, 在蒸發(fā)塘蒸發(fā)后, 實現(xiàn)“零排放”。

預(yù)處理工段主要去除水中的懸浮物、 硬度, 保證后續(xù)工序的穩(wěn)定運行。 膜處理工段采用雙膜法,大部分進水經(jīng)處理后達到回用水要求, 回收率超過90%, 進水量從550 m3/ h縮減至40 m3/ h。 濃鹽水處理工段為本工程核心, 采用SCRM膜與蒸發(fā)器結(jié)合。SCRM膜可將蒸發(fā)裝置的進水量從40 m3/ h減少至10m3/ h, 鹽的質(zhì)量分數(shù)從2% 提高到6%, 使得蒸發(fā)器的投資及運行費用節(jié)約75%, 蒸汽耗量約為2 t/h。

6 結(jié)語

針對煤化工行業(yè)廢水的水質(zhì)特點, 采用特色濃鹽水處理工藝及SCRM膜與蒸發(fā)相結(jié)合技術(shù), 解決了廢水回用及“零排放”難題。 該工藝處理效果理想, 比傳統(tǒng)單蒸發(fā)工藝節(jié)省投資運行費用, 實現(xiàn)了技術(shù)上的突破。 本工程對保護環(huán)境及企業(yè)發(fā)展具有重大意義, 對工業(yè)廢水“零排放”具有典型示范作用。