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废水零排放是个系统工程,包括两个层次,一是采用节水工艺等措施提高用水率,降低生产水耗,同时尽可能提高废水回用率,从而最大限度利用水资源;二是采用高效的水处理技术,处理高浓度有机废水及含盐废水,将无法利用的高盐废水浓缩为固体或浓缩液,不再以废水的形式外排到自然水体。
废水处置方式-含盐废水处理
典型现代煤化工企业废水零排放整体解决方案见图1。
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新鲜水;一循环水;亠含盐水;〜有矶希水;一回用水
含盐废水的处理通常采用膜浓缩或热浓缩技术将废水中的杂质浓缩,清水回用于循环水系统,浓液(高盐废水)排放至蒸发塘自然蒸发或机械雾化蒸发。膜浓缩技术具有处理成本低、规模大、技术成熟等优点,缺点是对进水水质要求较高、容易发生污堵、浓缩倍数不高。膜浓缩技术的主要原理为反渗透(RO),所产清水中COD、盐类等浓度较低,清水回收率一般在60%至80%,高效反渗透(HERO)可达到90%。纳滤是介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离和浓缩过程,与反渗透相比,其操作压力和能耗更低,但应用于废水处理尚处研究阶段。
热浓缩主要有多效蒸发、机械压缩蒸发、膜蒸馏等方式,浓缩效率较高,但设备庞大、能耗高。其中多效蒸发技术比较成熟,在许多行业中已经得到应用,清水回收率一般在90%左右;膜蒸馏可利用工业废热等廉价能源,对无机盐、大分子等不挥发组分的截留率接近100%,但该方法尚处于研究阶段。
废水处置方式-浓液处理含盐废水处理后产生的浓液,也成为高盐废水,含盐量通常高达20%(质量分数)以上。国内应用较多的浓液处置方式有蒸发结晶、焚烧、冲灰、自然蒸发塘、机械雾化蒸发等,国外还有深井灌注等方式。
蒸发结晶法是使浓液中的盐分以结晶方式析出。美国通用公司的专有技术一一蒸汽压缩结晶技术是热效率最高的。该技术设备投资大,目前已在南非Sasol公司的煤间接液化项目及波兰Debienskd煤矿等处成功运行,国内仅神华集团有限责任公司煤制油项目采用该技术处理催化剂设备过程中产生的少量高盐废水,尚处于试运行阶段。
焚烧法是将浓液送入焚烧炉焚烧,产生以盐类为主的残渣。该技术能耗高、防腐要求高、稳定运行比较困难,国内煤化工行业尚无运行实例。某煤制天然气项目提出采用这种处理方式,目前正在进行初步设计。
冲灰法是将浓液送至煤场喷洒或锅炉冲渣,浓液中的盐分和有机物最终进入灰渣。部分小型煤化工项目和电厂多采用这种处置方式。
自然蒸发塘法是建设面积足够大的池塘,贮存溶液,利用自然蒸发的方式蒸腾水分,使盐分留在塘底,一般需要对蒸发塘采用相应的防渗措施。该方式比较适合于降雨量小、蒸发量大、地广人稀地区的煤化工项目。
机械雾化蒸发是在自然蒸发的基础上增加机械雾化蒸发器,高效增加蒸发速度,英国Horizon集团的专利设备Parkwater机械雾化蒸发器是高效的高浓盐水蒸发设备。该设备占地成本低,节省投资成本。以我国西北地区自然蒸发量2000mm,浓水排放150t/h,年排放8000小时为例:
1•蒸发塘规模:自然蒸发塘需占地120万平方米,如增加Parkwater机械雾化蒸发器,蒸发塘只需占地10万平方米,体量40万平方米,塘深可设4米。
:自然蒸发塘除土地成本外,每平方米建设成本约400元,。如增加Parkwater机械雾化蒸发器,除土地成本外,每立方米造价约400元,即共需4千万元。
3•蒸发塘吨水处理成本:自然蒸发塘无能耗,Parkwater机械雾化蒸发器吨水能耗成本约2元。
:Parkwater机械雾化蒸发器可以节省土地110万平方米,。
深井灌注法目前在美国、墨西哥等国家有应用实例。这种方式对自然地质条件要
求很高,我国目前尚无相关法律法规和标准技术支持。