技术|探讨新型煤化工企业水处理工艺设计优化

煤炭是我国重要的化石能源，大规模的煤气化占据了目前新型煤化工业的主导地位。但是，煤化工企业的发展，却带来了水污染的问题，煤化工企业用水量大，产生的废水成分复杂，而且毒性大，若不进行有效的处理，对周围环境将造成严重的损害。因此，研究和开发科学高效的煤化工废水处理技术，不仅能够促进煤化工行业的发展，减少环境的污染，而且能够最大限度的利用水资源。

一、煤化工企业废水的特点

 

煤化工企业在进行生产过程中会有许多的芳香烃、氨氮、氰、酚类及类烷烃类等有毒物质产生。按照含盐量的多少，可将通常典型的煤化工产业产生的废水分为如下两类：第一种是含盐废水，其大部分来自于煤化工的生产过程，譬如，循环水系统的废水、洗涤煤气的废水、除盐水系统的废水以及生产回用系统的排水等，含有较高的盐量是其最大的特征；第二种就是有机废水，其大部分来自于生活排放的污水与煤气化的工艺中，其含有较多的COD，而含盐量却不多。

 

煤化工的有机废水中的有害成分会因煤气化工艺的不同而各不相同。根据相关研究表明，产自高温气化工艺的废水，其有害成分相对比较简单，COD的含量也不多，通常大概只有0.5g/L。而产自中温气化工艺的废水，其含有较多难降解的焦油与酚等有害物质，而采用一般的生化工艺对其进行处理达不到很好的效果，即使经过预处理，其废水中COD的含量仍大于1g/L。

 

二、新型煤化工企业水处理工艺设计优化

 

1、工程概况

 

A项目为6×105t/a的甲醇项目，占地面积约7×105m2，总投资34.10×108元，从2010年夏天开始工程建设，到2012年年底开始进入生产试运营。在项目建设过程中，企业引进了美国通用集团的德士古气化技术、德国甲醇合成技术及荷兰的鎏回流技术，整体在技术上处于国内领先水平。

 

2、水处理工艺设计分析

 

2.1湿式双曲线通风冷却塔

 

本项目中的汽轮机主要包括以下几种：电站汽轮机、空分带动式汽轮机、压缩机带动式汽轮机。汽轮机的排气冷却系统主要包括以下两种：空冷与湿冷。空冷系统投入资金较多、运行成本较高、维护次数少、耗水量也较少，湿冷系统主要包括湿式双曲线通风冷却塔和机械冷却塔两种，和间接空冷系统相比，直接空冷占地面积较小、运行成本较低且耗水量也较少，因此，在该项目中采用后者。

 

有研究表明，和湿冷自然通风系统相比，机械式通风冷却塔和项目并不匹配，而且通过对两者的技术经济对比发现，直接空冷塔和湿冷自然通风冷却塔相比，投资较后者高出3000×104元以上，运行费用较后者少600×104元以上，收回投资的周期较短。因此，在本项目中的空冷塔采用前者。

 

2.2循环冷却水浓缩倍数缩水技术

 

《节水技术纲要》中对于节水技术提出具体要求：对于开放式循环冷却水系统，推行浓缩倍数大于4倍以上的水处理运行技术；淘汰浓缩倍数在3倍以下的水处理运行技术；限制高磷含量的水处理技术；开发高效节水的水处理技术。

 

在本项目中，该公司和江海化工合作，通过静态阻垢、动态模拟等实验，开发了适合高强度、高碱性条件下的有机磷分子、磺酸聚合物、铜缓蚀剂等水处理药剂，最终确定为缓蚀阻垢剂。通过加入缓蚀阻垢剂与浓硫酸，能够将循环水的浓缩倍数提高4倍以上，加入二者的过程中，要保证循环水系统安全可靠，从而保证节水目标的实现。

 

2.3氨氮甲醇废水回收处理技术

 

氨氮甲醇废水回收处理技术的工艺主要包括两个部分：①氨氮甲醇废水处理流程工艺。和一般的气化技术不同，德士古工艺排出的废水处理难度较低，再利用程度高。该工艺主要是控制氨氮含量和COD含量，特别是对于前者的控制。

 

废水中往往氨氮含量较高，而国家对于废水排放的标准又很低，普通的工艺并不能达到排放量的标准。因此，通常采用高新技术排放工艺，如A/O、SBR等；②废水回收。对于循环水排水及废水站处理水进行再利用，规模能够达到300m3/h以上。

 

回收后的水分杂质较多，而且水硬度和碱度也都很高，会受到生化处理过程的影响。针对这种情况，企业通过软化、澄清、过滤等步骤，除去回收水中的沉淀及大颗粒状物体。此外，还需要经过超滤过程，以实现对膜系统有害的杂质过滤，进行反渗透、脱盐，最终回收水流入脱盐站的工艺箱内。

 

2.4除油

 

煤化工企业产生的废水中含有一定的油类，油类物质将会黏附在菌胶团的表面，进而阻碍了可溶性有机物进入到微生物的细胞壁，从而影响了生物处理工艺的效果，因此在进入生化处理单元前应对煤化工废水进行出油，以提高后续的处理效果。通常情况下，生化处理废水要求进水中含油量需小于50mg/L，在煤化工废水的油类物质通常采用隔油池和气浮法来进行控制。

 

2.5处理含盐废水的对策

 

含盐废水包括循环排污水、经脱COD与氨氮的有机废水以及化学水站排放的污水等，其含有较多的溶解性盐类，而COD与氨氮的含量却很少，其TDS值通常在0.5——5g/L范围内，同时会有一定的固体杂质存在于其中。经过混凝沉降之后的含盐废水就可以正常排放，然而如果想将它用作化工生产的回用水，就必须去除其盐成分。

 

离子交换法、膜分离法及蒸馏法等工艺都是处理含盐废水的办法。反渗透与超滤是膜分离的主要工艺，我国大部分的煤化工企业都是对这两者结合的双膜工艺进行采用。废水在进入双膜前，不仅需要将悬浮固体过滤除去或沉淀絮凝，而且还要对废水中COD的含量进行严格把控，避免污染或破坏RO膜与超滤膜。

 

膜分离技术其本质就是分子级过滤，其虽然能够对合格的回用水予以获取，但其也会产生更高浓度的盐水。在现实的应用过程中，经过双膜之后大概有65%的废水可被直接回用，而另外35%的盐水由于其TDS值是进水的多倍，因此，必须进行更深入的除盐处理。结合采用水软化技术与高效膜浓缩工艺，最多可回收95%的浓盐水。

 

蒸馏法是目前对高浓盐水进行处理的主要方法，机械蒸发与自然蒸发都属于蒸馏法的范畴。机械蒸发主要是借助外部能量，在蒸发装置内加快蒸发高浓盐水，如多效蒸发工艺、蒸汽压缩蒸发工艺及多效闪蒸工艺等都是当前我国最主要的机械蒸发工艺，其适用于已有的工程应用。

 

机械蒸发虽然在某些程度上使处理高浓盐水的速率实现了提升，其也不需要占用太大的面积，然而它却需要耗费大量的能量，需要较高的运行费用。通过蒸馏处理之后，90%的高浓盐水可被回用，另外少量的超浓盐水的处理可通过深埋或自然蒸发结晶来完成。

 

在对蒸发塘进行建造之后，将废水引入蒸发塘，借助太阳能渐渐蒸发高浓盐水，待其结晶后再将其进行填埋，这就是自然蒸发。自然蒸发只需简单的操作工艺，而且也不需要太高的运行费用，但是它需要占用很大的面积，蒸发效率也不高，只适用于具有充足阳光与廉价土地的区域。

 

结束语

 

煤化工技术给煤炭资源的利用带来了新的发展方向，提高了煤炭的利用效率。但是煤化工企业产生的废水又给我们提出了一个新的难题，由于其水量大，污染物浓度高，而且成分复杂，毒性大，单一的处理技术根本不能满足要求。建议企业和研究机构在结合实际工程的前提下，加大对煤化工废水处理技术的研究，及早实现处理效率高，以带动煤化工行业向着更高的方向发展。

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