煤化工高含鹽廢水資源化處理技術(shù)的工程應(yīng)用研究

王蔚悅

摘要：煤化工高含鹽廢水的資源化利用對環(huán)境以及企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。本文綜述了高含鹽廢水的多種處理工藝，同時(shí)分析了各種處理技術(shù)的優(yōu)勢和不足。其中，分鹽工藝是處理高含鹽廢水的發(fā)展方向，目前已經(jīng)初步得到應(yīng)用的的分鹽工藝主要有熱法分鹽和納濾分鹽，其應(yīng)用使高鹽廢水達(dá)到了近零排放。最后對高含鹽廢水資源化利用技術(shù)的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提出了展望。

關(guān)鍵詞：高效節(jié)能;環(huán)境保護(hù);水處理技術(shù)

1.蒸發(fā)塘處理工藝

蒸發(fā)塘是利用風(fēng)能、太陽能等自然界的力量來對高含鹽廢水進(jìn)行蒸發(fā)的一種處理方法，這種方法需要考慮地區(qū)的氣候條件，適用于太陽能充足、氣候干燥且蒸發(fā)量大于降雨量的地區(qū)，北方干旱少雨的地區(qū)比較適宜。在合適的氣候和自然條件下，將高鹽水進(jìn)行自然蒸發(fā)，最終在蒸發(fā)池的池底可以形成礦物鹽的結(jié)晶。

蒸發(fā)塘是最早用于處理煤化工高鹽廢水的一種典型的自然蒸發(fā)處理技術(shù)，它的工藝流程是將高鹽水排入蒸發(fā)塘內(nèi)，高鹽水通過泵進(jìn)行提升，利用水景噴頭，將水池中的濃水噴射到空中，形成傘狀的水形，這樣可以增加濃水蒸發(fā)的表面積，同時(shí)，蒸發(fā)塘內(nèi)還會有蒸汽進(jìn)行換熱，以此來提高水溫，從而增加蒸發(fā)量。最終得到固體鹽，將鹽從蒸發(fā)塘中取出，送至干鹽池中進(jìn)行填埋處置。

2.熱蒸發(fā)處理工藝

2.1多效蒸發(fā)

多效蒸發(fā)（MultipleEffectDistillation，簡稱：MED）是指將幾個蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行的蒸發(fā)器操作，使蒸汽熱能得到多次利用，從而可以提高熱能的利用率。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是水在不同的壓力下其沸點(diǎn)也不同。在多效蒸發(fā)的系統(tǒng)中，加熱蒸汽通過管道進(jìn)入多效蒸發(fā)系統(tǒng)的第一效，前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，如此往下，使蒸汽得到循環(huán)利用，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的效果。

目前得到應(yīng)用的多效蒸發(fā)主要有兩類工藝，為降膜蒸發(fā)和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)。降膜蒸發(fā)工藝適用于沒有晶體產(chǎn)生的濃鹽水濃縮工藝，而強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)在結(jié)晶固體含量30%以下的高濃鹽水濃縮及結(jié)晶工藝中都可以正常運(yùn)行。

在工業(yè)上處理廢水的應(yīng)用中，為了降低蒸汽的消耗，一般采用的是二效以及其上的多效蒸發(fā)，三效蒸發(fā)利用的較多，工業(yè)中得到應(yīng)用的多效蒸發(fā)器最多效數(shù)為六效。多效蒸發(fā)處理廢水有熱能利用率較高、實(shí)際操作中的靈活性高以及成本較低的優(yōu)點(diǎn)。

2.2機(jī)械壓縮蒸發(fā)

機(jī)械壓縮蒸發(fā)（MechanicalVaporRecompression，簡稱：MVR）是指利用蒸汽壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)對二次蒸汽的壓縮，將壓縮后的二次蒸汽導(dǎo)入到原系統(tǒng)的熱循環(huán)過程中，以此來實(shí)現(xiàn)對高含鹽水的處理。經(jīng)壓縮后的二次蒸汽壓力和溫度升高，二次蒸汽的熱焓也相應(yīng)增加，原本要廢棄的二次蒸汽作為熱源得到了再利用，熱能的利用效率得到有效提高。

機(jī)械壓縮蒸發(fā)器是目前國際上比較先進(jìn)的蒸發(fā)器技術(shù)，在使用的時(shí)候僅僅需要輸入很少量的新鮮蒸汽，在機(jī)械壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，幾乎不需要再進(jìn)行新鮮生蒸汽的補(bǔ)充，生蒸汽的有效利用率幾乎達(dá)到了100%（相當(dāng)于5-10效蒸發(fā)器的熱效率），這樣就能大幅度減少企業(yè)的運(yùn)行成本，二次蒸汽的再循環(huán)應(yīng)用也會減少運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢氣及廢水對環(huán)境造成的污染，而且整個系統(tǒng)占地面積也相對多效蒸發(fā)較小，機(jī)械壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)具有自動化程度高，管理也方便的優(yōu)點(diǎn)。

3.膜處理技術(shù)

3.1膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)，它的核心作用是膜的選擇透過性，通過利用膜的這種選擇透過性，可以對目標(biāo)混合物進(jìn)行分離、提純以及濃縮。

膜是由無機(jī)材料或高分子有機(jī)材料制作而成的。在高鹽水處理的應(yīng)用中，膜處理技術(shù)的工作原理是在外力的推動作用下，水中的大分子（無機(jī)物、有機(jī)物等）物質(zhì)被截留，小分子物質(zhì)（水分子）通過這種多孔薄膜到另一側(cè)，從而將溶液中的物質(zhì)分離出來。膜分離系統(tǒng)是在常溫下進(jìn)行操作的，其過程簡單便捷，整個系統(tǒng)占地面積也較小，而且具有分離效率高和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)在膜分離技術(shù)已經(jīng)在城市污水、工業(yè)污水的處理中得到很多應(yīng)用，將污水中的水回收利用，使水資源得到重復(fù)利用，膜處理技術(shù)處理污水的工藝簡單，處理效果好，可以減少一部分污水的排放，對環(huán)境保護(hù)和水資源的再利用方面有益。

3.2膜蒸餾技術(shù)

膜蒸餾技術(shù)（membranedistillation，簡稱：MD）是將蒸發(fā)與膜分離兩種處理技術(shù)結(jié)合起來的一種新型的水處理技術(shù)。其原理是利用疏水性微孔膜兩側(cè)蒸汽壓差的不同，以此壓差作為推動力，來實(shí)現(xiàn)對高鹽水的處理。膜蒸餾具有操作溫度低，壓力低的特點(diǎn)，整個系統(tǒng)在低溫以及常壓條件下進(jìn)行操作，對設(shè)備要求也較低。

膜蒸餾是一種環(huán)境友好的技術(shù)，對高鹽廢水進(jìn)行處理后，可以得到高品質(zhì)的產(chǎn)出水，實(shí)現(xiàn)了水資源的再利用，在高鹽水的處理方面有良好的應(yīng)用前景。

4.分鹽工藝

4.1熱法分鹽

熱法分鹽的核心為變溫結(jié)晶，變溫結(jié)晶技術(shù)是根據(jù)高鹽廢水中所包含兩種主要無機(jī)鹽（Na2SO4和NaCl）的溶解度不同而進(jìn)行特別設(shè)置的。Na2SO4的溶解度在溫度小于40℃時(shí)會隨著溫度的升高而明顯增加，而在40℃以上時(shí)溶解度則隨著溫度升高而降低，NaCl的溶解度雖然隨著溫度的升高而略有增加，但是受溫度的影響卻不大。因此，在回收硫酸鈉的時(shí)候，采用的是先將高鹽廢水蒸發(fā)濃縮、然后在比較高的溫度下析出Na2SO4晶體，通過控制蒸發(fā)Na2SO4終點(diǎn)的濃度，保證蒸發(fā)終點(diǎn)兩種無機(jī)鹽的濃度落在Na2SO4結(jié)晶區(qū)（此時(shí)沒有NaCl析出），從而得到純度合格的Na2SO4。蒸發(fā)終點(diǎn)的固液混合物進(jìn)行離心分離，母液通過冷卻降溫析出混鹽，這樣可以進(jìn)一步除去液體中殘余的Na2SO4，固液分離后的剩余母液中僅含有微量的Na2SO4，大部分是NaCl，再進(jìn)行蒸發(fā)就得到純度合格的NaCl。通過第二次控制蒸發(fā)的終點(diǎn)濃度，此時(shí)保證蒸發(fā)終點(diǎn)的濃度落在NaCl結(jié)晶區(qū)（此時(shí)沒有Na2SO4析出），以上通過兩次控制蒸發(fā)終點(diǎn)的濃度，就可以得到高純度的結(jié)晶鹽Na2SO4和NaCl，蒸發(fā)出來的產(chǎn)品水也可以達(dá)到再生水的水質(zhì)要求。

4.2納濾分鹽

納濾分鹽的工藝主要是利用了納濾膜對于二價(jià)鹽的選擇性和截留特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一價(jià)鹽NaCl和二價(jià)鹽Na2SO4在高鹽水中的分離。

納濾膜是一種功能性半透膜，允許溶劑分子或者某些小分子物質(zhì)通過，對大分子物質(zhì)進(jìn)行截留。其對高鹽廢水中的鹽類具有很好的分離效果，高鹽廢水中主要含有Cl-、S042-、Na+、Ca2+等離子，利用納濾膜的半透過特性，實(shí)現(xiàn)高鹽水中兩種無機(jī)鹽的分離，高含鹽水通過納濾膜的透過液（納濾產(chǎn)水）中主要含有NaCl，Na2SO4則主要存在于納濾濃水中，且兩種過濾液都已經(jīng)被納濾膜進(jìn)行了濃縮。之后，采取措施對納濾膜透過液和納濾濃水分別進(jìn)行結(jié)晶處理，最終可以實(shí)現(xiàn)氯化鈉和硫酸鈉結(jié)晶鹽的回收。

結(jié)語

傳統(tǒng)的高鹽水“零排放”處理工藝將廢水進(jìn)行處理后得到產(chǎn)物為固體混鹽和水，水在經(jīng)過檢測后進(jìn)行回收利用（蒸發(fā)塘除外），對固體混鹽的處置方法只能是根據(jù)相關(guān)條例進(jìn)行長期儲存或填埋，不能回收利用，造成資源的浪費(fèi)，而且固體混鹽的存儲和填埋容易對環(huán)境造成二次污染，風(fēng)險(xiǎn)很大，可以說混鹽的存在對于企業(yè)和環(huán)境來說是一個很大的負(fù)擔(dān)。因此煤化工行業(yè)高含鹽廢水處理中，要求企業(yè)提高認(rèn)識，增加在處理工藝優(yōu)化方面的投入，在掌握處理工藝影響因素的基礎(chǔ)上，采取針對性的優(yōu)化手段與方法，加強(qiáng)現(xiàn)場運(yùn)行管理，確保高含鹽廢水處理效率的提升。

參考文獻(xiàn)

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