内蒙古煤化工废水零排放中浓盐废水处理技术及存在的问题讨论

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【摘要】内蒙古自治区煤炭储量位居全国首位，同时又属于严重缺水地区，煤化工、盐化工等化工废水零排放为成了热点话题。浓盐水的处理成为制约化工废水零排放的关键技术。介绍了浓盐水的处理技术及存在的问题同时对主要处理技术的投资行进了比较分析。

【关键词】化工 零排放 浓盐水 投资

1 概述

内蒙古自治区煤炭资源、盐资源丰富，目前通过资源转化升级逐步形成延伸煤电铝、煤焦化、煤化工、氯碱等新型产业链条模式。煤化工、盐化工等化工行业耗水量、排水量大，同时我区属于严重缺水地区，因此水资源和水环境问题制约煤化工产业的发展，处理效果好、工艺稳定性强、运行费用低的废水处理工艺已经成为化工发展的自身需求和外在要求。我区煤化工、褐煤提质、盐化工等项目都在环评阶段提出了废水零排放的方案，其中浓盐水的处理成为制约煤化工废水零排放方案的关键问题。

2 废水零排放的概念

废水零排放(Zero Liquid Discharge，简称ZLD)，是自二十世纪七十年代以来首先由经济发达国家提出、研究和应用的，由于火电厂耗水量大，且有大量的余(废)热可供利用，因而开始ZLD的主要应用领域是火力发电厂【1】。根据2008年国家质量监督检验检疫总局颁布的《工业用水节水术语》（GB /T21534-2008）中对零排放解释为企业或主体单元的生产用水系统达到无工业废水外排。

3 化工废水的种类及处理技术

化工企业废水可分为工艺有机废水和含盐废水。有机废水主要包括工艺废水及生活污水等, 其特点是含盐量低、污染物以COD为主。有机废水可以根据其水质特点采取相应的经预处理、生化处理措施后回用于生产工艺过程中。比如煤化工行业的气化废水经处理后可以回用于气化工序、氯碱行业的PVC母液经处理后可回用于聚合系统。而且有机废水在通过回用水系统处理后一般可满足《循环冷却水用再生水水质》（HG /T3923-2007）的要求回用于循环水系统补水。

含盐废水主要来源于循环水系统排水、除盐水系统排水、锅炉排水、回用水处理系统浓水等。含盐废水的处理通常采用膜浓缩（一般采用超滤+反渗透的处理技术）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)另做处理。

4 浓盐水的处理方式及存在的问题

含盐废水经膜浓缩（一般采用超滤+反渗透的处理技术）或热浓缩技术处理后产生的浓液, 称为浓盐水, 浓盐水的处置是真正实现废水零排放最重要的环节。

4.1实现浓盐水零排放的主要方式

实现浓盐水的零排放的方式主要分为两大类，一类是区域性的零排放，另一类属于厂区内的零排放。区域性的零排放主要是指项目周围区域内有可消纳浓盐水的其他企业或场所，通过综合利用的方式实现水资源的梯级利用，可消纳浓盐水的其他企业或场所包括炼铁高炉、洗煤厂等对水质要求较低的企业以及锅炉冲渣、煤场、渣场喷洒等。浓盐水的消耗量会受到周围企业的用水量、灰渣场及煤场面积、储存量等限制，且随着环保要求的提高灰渣场及煤场一般采取封闭措施，因此水量消耗也有限。

另一类则属于厂区内的零排放，即浓盐水综合利用的方式有限，必须通过膜法、蒸发、结晶、焚烧等方式对其进行处理，以实现零排放。以下针对浓盐水的处理方式及存在的问题进行进一步的介绍。

4.2浓盐水的处理方式

自然蒸发池法是建设面积较大的水池, 贮存浓液, 利用太阳能自然蒸发的方式蒸腾水分, 使盐分留在池底定期清理,同时蒸发池需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，属于在经济上比较合理且的浓盐水处置方式。

蒸发结晶法是使浓液中的盐分以结晶方式析出。蒸发结晶的方式主要为多效蒸发处理技术及机械蒸汽再压缩循环蒸发技术。多效蒸发目前应用较多，淡水回收率达到90%左右。机械压缩结晶技术热效率较高，淡水的回收率可达到98%，该技术设备投资大, 目前在南非Sasol公司的煤间接液化项目及波兰Debiensko煤矿等处投入运行。

“NACE”发是将反渗透和蒸馏技术结合为一体，该工艺核心组件为“纳米结构高核电电解质”（Nano-structured High Charge Density electrolyte），它是一种商业纳米结构聚合物材料，该材料的性质是仅允许水分子通过，而其他离子无法通过。采用温度差作为分离驱动力。“NACE”工艺分离驱动力为温度差，可利用工业生产过程的余热、太阳能、地热，甚至不同深度采水的温差作为渗透推动力，即便是在低温差（低至3℃）条件下也能运行，淡水回收率达到90%左右。产生的浓缩液进入炭化焚烧炉处理，该焚烧炉采用煤气发生炉通过燃煤，经高温裂解、气化产生高温混合煤气做为热源，燃烧的高温烟经过中和调节后加压成雾状的高盐废水对流混合(控制温度550℃～650℃),水分被瞬间蒸发,有机物被碳化。从碳化器中分离出的碳化物及少量无机盐和废渣一起进入除尘式二次燃烧室进行二次燃烧(燃烧温度1100℃—1150℃)，将碳化微粒及游离碳全部燃尽,由此产生的高温尾气进入余热蒸汽锅炉,利用尾气余热生产蒸汽，以达到节本降耗的目的。烟气又进入洗涤器经充分洗涤后进入汽水分离器,最后经烟囱排放。

焚烧法是将浓液送入焚烧炉焚烧, 产生以盐类为主的残渣。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技术标准支持。

4.2浓盐水处理方式存在的问题讨论

由于电厂有较多富余低压蒸汽，因此蒸发结晶工艺最早应用于电厂废水零排放。在化工行业中处理工艺蒸发结晶工艺一方面受到煤化工艺装置富余的低压蒸汽量有限, 不足以作为废水浓缩结晶的主要热源。另一方面，同时也是目前的核心问题，即热浓缩设备腐蚀问题。水中高盐分对设备的腐蚀降低了热浓缩的处理效率和设备的使用寿命, 运行成本较高。由于技术和处理成本的问题，目前国内化工项目基本没有正常运行的实例。

自然蒸发池占地面积比较大，对建设区域的蒸发量、降雨量等气象条件有一定要求，同时需要确定合理的防渗级别,浓盐水管路传输中需要解决结晶、保温、堵塞等工程问题，但较易于环保部门进行日常监管。

NACE法设备运行成本低，在有余热的情况下运行成本在3元/t淡水，但国内目前尚无建成运行的实例，为实现工业化。

焚烧法处理浓盐水能耗高、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。

5两种主要浓盐水处理方式的投资比较

通过以上分析可以看到，目前浓盐水主要的处理方式为蒸发结晶及自然蒸发池处理。以下针对这两种处理工艺在投资方面进行了比较。

5.1蒸发结晶技术比较

参照鄂尔多斯神化煤制油及兴安盟褐煤提质及煤焦油深加工等采取蒸发结晶工艺实现废水零排放的项目环境影响报告书，在设计阶段蒸发结晶工序的投资基本占整个环保投资的40%-80%以上。国内首家已建成但还未真正实现废水零排放的神华集团有限责任公司煤制油项目, 试运行期间每吨含盐水的处理成本则超过38元[2]。

蒸发结晶技术的建设投资、运行投资较高，两种主要的蒸发结晶技术也存在各自的特点。

低温多效蒸发浓缩结晶系统，是由相互串联的多个蒸发器组成，低温（90℃左右）加热蒸汽被引入第一效，加热其中的料液，使料液产生比蒸汽温度低的几乎等量蒸发。产生的蒸汽被引入第二效作为加热蒸汽，使第二效的料液以比第一效更低的温度蒸发。这个过程一直重复到最后一效。第一效凝水返回热源处，其它各效凝水汇集后作为淡化水输出，一份的蒸汽投入，可以蒸发出多倍的水出来。同时，料液经过由第一效到最末效的依次浓缩，在最末效达到过饱和而结晶析出。多效蒸发处理技术吨淡化水蒸汽耗量为（1/效数）/90% t/t，吨淡水电力消耗约4 kw·h/t。

机械蒸汽再压缩循环蒸发技术，是根据物理学的原理，等量的物质，从液态转变为气态的过程中，需要吸收定量的热能。当物质再由气态转为液态时，会放出等量的热能。根据这种原理，用这种蒸发器处理废水时，蒸发废水所需的热能，由蒸汽冷凝和冷凝水冷却时释放热能所提供。运作过程中所消耗的，仅是驱动蒸发器内废水、蒸汽、和冷凝水循环和流动的水泵、蒸汽泵和控制系统所消耗的电能。

以浓盐水的浓度在13%左右，规模为产100t/h淡水的处理装置为例，分别采用四效蒸发处理技术及机械蒸汽再压缩循环蒸发技术在投资方面也是存在差异的。

以上根据设计参数对多效蒸发及机械压缩蒸发两项技术运行成本进行了比较，吨淡水的投资基本都在24-30元/t淡水以上，而核算中尚未包括人员及设备损耗的费用，见表1。

5.2自然蒸发池

自然蒸发池建设投资与蒸发池体积、地质条件及防渗措施均有关系，运行期主要是结晶盐的清理及运输费用，同时蒸发池还可作为园区的景观水池。以内蒙古阿拉左旗某工业园区蒸发池为例，该蒸发池容积为920×900×2.2m，总投资约3.4亿，运行期维护管理费用约为100万。蒸发池建设地属于属典型的中温带大陆性干旱季风气候区，气候特征主要表现为干燥多风，降水量少，蒸发量大，年平均降雨量179.6mm，年蒸发量3446.9mm。该蒸发池平均年可蒸发水量273万立，因此浓盐水的处理费成本约为0.37元/t浓盐水。因此在浓盐水蒸发结晶处理工艺尚未成熟，土地利用、气候等条件适应的情况下，自然蒸发处理也是较为合理的一种处理方式。

6 讨论

化工废水零排放是在化工行业耗水量及排水量大、水资源匮乏、又缺乏纳污水体的特定条件下解决化工废水出路的措施, 但不应以不计运行成本、能耗的方式实现，也不适宜作为化工项目环保审批的硬性要求。不计成本、能耗所实现的废水零排放，更易造成企业废水的偷排、污染地下水等情况的产生，也不利于环保监管。

对化工项目的水污染控制应因地制宜,如果有纳污水体, 应尽可能利用自然水体,达标排放; 在确实没有纳污水体地区,优先选用能耗、处理成本适宜、保护地下水的处置方式。在内蒙古西部干旱地区，由于蒸发量较大，而且地表植被相对较差不适宜作为牧草场及农田，因此适宜采取建设蒸发池的措施。

新建布局有煤化工企业的园区应综合考虑园区建设位置，如与煤矿、洗煤厂统一布局，则可利用相对水质较好的矿井涌水作为生产用水水源，浓盐水作为煤矿、洗煤厂生产及降尘水源，已达到对水资源的梯级利用，同时降低企业废水处理方面的投资，实现区域内废水的零排放。

在布置有化工企业的园区，应综合考虑园区内企业排水的水质的特点，设计园区污水处理厂的工艺。控制园区污水处理厂进水在调节池混合后进入生化处理时全盐量控制在2000mg/l左右时，一般生化处理段是可以接受的，同时，可，一步培养耐盐菌种、嗜盐菌，是园区污水处理厂处理工艺适应内蒙古地区化工园区对污水处理的需求。

【参考文献】

【1】刘国平.火电厂废水零排放技术国内外现状综述．第四界全国火力发电技术学术年会论文[J].2002

【2】童丽，周学双, 赵秋月. 煤化工废水零排放环保应关注的若干问题.环境影响评价动态[J].2011（4）

【3】安立超，严学亿，胡磊，余宗学。嗜盐菌的特性与高盐废水生物处理的进展[J].环境污染与防治，2002（5）

作者简介：邰阳（1983-），女，硕士，从事环境影响评价技术评估工作。

杨耀（1982-），男，本科，内蒙古环境科学研究院，从事环境影响评价工作。

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