焦点提醒：彭永臻院士团队：现代煤化工废水近零排放手艺集成与优化建议2021-12-22 09:38来历：情况项目作者：张文 林长喜 彭永臻

彭永臻院士团队：现代煤化工废水近零排放手艺集成与优化建议

来历：情况项目作者：张文 林长喜 彭永臻

研究布景

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体﹑固体燃料和化学品的进程。煤化工包罗保守煤化工和现代煤化工。保守煤化工首要触及煤焦化、煤电石、煤合成氨(化肥)等范畴;现代煤化工是以成长洁净能源为方针，经由过程液化、气化、加氢等手艺手段将煤炭转化为煤气、汽油、柴油﹑邃密化工产物，如煤制油、煤制自然气﹑煤制烯烃﹑煤制甲醇和煤制乙二醇等。保守煤化工受财产政策、市场情况、资本情况要求等身分限制，其成长反面临着原料供给、节能降碳、情况庇护、新兴财产冲击等多方面的挑战。与保守煤化工财产比拟，现代煤化工财产加倍科学、节能、环保、原料顺应性强、产物质量和附加值高，代表了煤化工财产的支流成长标的目的。今朝，计划和在建的年夜型煤化工项目首要为现代煤化工项目。

煤炭资本在知足全球能源需求方面起到主要感化。煤化工行业经由过程煤炭燃烧知足了全球41%的能源需求。最近几年来，跟着煤气化、液化等煤炭操纵新手艺的成长，煤炭慢慢成为保守油气资本的替换能源。跟着能源布局的转型进级，现代煤化工财产也将无力鞭策绿色可再生市场的健康成长。煤炭资本是我国一次能源最主要的构成部门，占一次能源消费总量的65%~70% ，也是我国成长煤化工财产的根本。现代煤化工财产结构和成长范围首要遭到煤炭资本散布特点和支持能力的限制。我国煤炭资本地区散布不平衡，首要散布在昆仑山-秦岭-年夜别山一线以北地域，年夜兴安岭-太行山-雪峰山一线以西地域，以新疆﹑内蒙古、陕西、山西、贵州、宁夏等省区的储量最为集中，今朝拟建和在建的现代煤化工项目也首要散布在上述煤炭资本产地。与煤炭资本散布和现代煤化工财产结构相对应，我国水资本的散布则呈东多西少、南多北少的逆向散布特点，煤炭储量丰硕的地域水资本较为匮乏，没法知足现代煤化工财产的成长需求。是以，水资本欠缺已成为限制我国现代煤化工财产成长的要害。另外，现代煤化工项目集中结构区域生态情况敏感懦弱，缺少纳污水体，这也要求各类废水必需充实回用。在此布景下，从财产成长、水资本和生态情况庇护等角度斟酌，废水近零排放是在水资本欠缺或水情况容量不足的地域成长现代煤化工财产的必定选择。而若何处理现代煤化工项目废水处置系统运转问题，冲破废水近零排放的手艺瓶颈，下降废水近零排放的经济本钱，是今朝很多地域成长现代煤化工所面对的配合困难。

摘 要

文章引见了现代煤化工财产的成长近况和其面对的情况挑战，并对现代煤化工废水构成和特征进行了阐发。经由过程对无机废水和含盐废水进行分类搜集、分质处置、分级回用，现代煤化工废水处置系统从正视单位手艺成长为兼顾斟酌工艺跟尾和泉源管理的要害手艺集成,构成了废水预处置-生化处置-再生水回用-含盐废水膜处置-蒸发结晶处置的根基手艺框架。同时,针对现代煤化工项目废水处置系统现实运转中呈现的问题进行阐发,提出解����Ϸapp决思绪,优化手艺集成,进一步破解现代煤化工废水近零排放的手艺瓶颈,下降废水近零排放的经济本钱并提高运转不变性。

01 现代煤化工废水的构成和特点

现代煤化工废水水质复杂，含有年夜量难降解无机物，采取部门固定床气化工艺时ρ(COD)可高达10000 ~ 20000 mg/L，同时还含有年夜量对生物新陈代谢有按捺性和毒性的酚类﹑酯类、烷烃、多环芳烃和吡啶、喹咻等杂环类物资。现代煤化工废水依照所含污染物的分歧年夜体能够分为无机废水和含盐废水2品种型。无机废水首要包括煤气化废水、化工分析废水﹑脱硫废水、糊口污水、早期雨水和杂排水，而此中煤气化废水所占比例最高。现代煤化工工艺年夜都触及煤气化进程，煤气化进程是以煤为原料颠末气化炉，生成合成气(CO和H2)，具体反映进程见式( 1 )。

同时煤中的N、S、Cl和金属元素在气化时部门转化为氨、硫化氢、氰化物和金属化合物;CO和水蒸气生成少许甲酸，继而和氨反映生成甲酸铵，这些物资年夜部门消融在气化进程的洗涤水﹑洗气水中。煤气化废水首要含有高无机物﹑高氨氮、无机盐和悬浮物，是一种典型的难降解无机废水，且分歧的气化工艺发生的气化废水水质不同较年夜，具体见表1。含盐废水首要包括出产进程中轮回水系统排污水、脱盐水系统排污水和汽锅排污水等，硬度年夜，含盐量高。凡是，轮回水系统排污水 TDS浓度为1800~2600 mg/L，脱盐水系统排污水TDS浓度为2500~ 3500 mg/L。含盐废水中的高盐废水首要为反渗入浓水，此类废水的TDS、硬度、碱度、含盐量均较高，无机物浓度低但可生化性较差，处置难度年夜，凡是需要特地再生回用途理。现代煤化工高盐废水中盐分含量高，凡是可到达3000 ~15000 mg/L，所含首要无机离子为Na+、Cl-、SO42-，占无机离子总量的90%以上。

02 现代煤化工废水近零排放手艺集成

经多年摸索，今朝已投运的现代煤化工项目废水处置工艺流程首要包括废水预处置、生化处置、再生水回用、含盐废水膜处置和蒸发结晶等工序，其具体工艺流程见表2。

预处置工艺一般包罗汽提、气浮、隔油、水解酸化等工序。生化处置工艺根基以A/O、SBR等活性污泥法为主，并采取曝气生物滤池(BAF)和其他专利手艺的生物膜法(MBR)进行深度处置，部门废水还需要采取高级氧化手艺。现代煤化工废水近零排放系统下，生化处置单位产水年夜部门和含盐废水一路进入膜系统进行脱盐处置，膜系统可按照水质采取逐级的膜浓缩，所发生浓水再进入蒸发结晶系统进行处置，结晶盐填埋或进行资本化操纵。现代煤化工废水份类搜集﹑分质处置、分级回用已成为现代煤化工项目废水处置的支流趋向，同时构成了现代煤化工废水近零排放的根基手艺集成，其典型工艺流程见图1。

1. 无机废水处置

现代煤化工所发生的无机废水中，煤气化废水所占比例最高，成份最复杂。特殊是酚氨浓度很高的固定床气化工艺废水，需要经由过程脱油除尘﹑酚氨收受接管等预处置工序，下降废水中的COD、NH3-N、总酚等特点污染物水质目标，使得出水知足生化处置工段的进水要求，晋升废水的可生化机能。

现代煤化工废水处置焦点生化工艺的利用与处置的废水水质和场地环境相关，首要包罗SBR、CAST、A/O、A2/O 、MBR 和接触氧化法等工艺。水煤浆气化和干粉煤气化废水生化处置选择上述焦点手艺较多，罢了建和在建的碎煤加压气化废水经酚氨收受接管预处置后残剩的污染物，不但含有酚、氨、酸性气体，还含有年夜量的长链烷烃、多环芳烃和杂环类化合物等，可生化性较差，B/C凡是<0.3，需要采取新型高效生化处置手艺组合工艺来强化生化段处置效力，如贾胜勇操纵两级MBR工艺对碎煤加压气化废水进行处置，出水COD可不变节制在60 mg/L以下。按照气化工艺的分歧，固定床工艺废水处置常选用以去除COD、氨氮等为主体的生化处置工艺，操纵微生物的代谢和硝化反硝化感化将其去除;气流床和流化床工艺废水COD浓度不高，但氨氮浓度较高，废水处置时应选择脱氮机能杰出的生化处置工艺和物化为主的后处置强化工艺。

对难降解的现代煤化工废水，深度处置是保障系统不变运转、提超出跨越水水质和回用率、下降处置单位检验频次的要害环节。经生化处置后的废水为了可以或许到达回用水尺度用在出产或轮回水补水，需要进行深度处置，确保回用水中的COD、 TN、SS和TDS等水质目标合适国度出台的多项再生水回用水质尺度。工业上普遍采取的深度处置方式包罗絮凝沉降、活性炭吸附﹑催化湿式氧化、膜处置、电化学氧化和生态处置工艺等。因为活性炭等吸附工艺本钱较高、再生难度年夜，为了不出水水质周期性波动的影响，今朝多采取以下方式：起首经由过程水解酸化或高级氧化将难降解的COD转化为可操纵的碳源，提高废水中的B/C，再进行二次生化处置，进一步下降废水中的COD ，如曝气生物滤池(BAF)和膜生物反映器(MBR)等。可是，深度处置单位也会遭到前端废水处置结果的影响，轻易形成出水水质没法到达设想尺度，各单位组件也轻易遭到胶体、无机物和细菌污堵的影响。

同时，在现代煤化工无机废水的处置进程中，具有高温来水，气化来水高硬度、高硅、高悬浮物，生化系统碳氮磷比例掉调，曝气生物滤池(BAF)滤料板结等问题，需要项目手艺人员在废水处置进程中充实针对所呈现的问题，选择合适的“预处置(物化处置)-生化处置-深度处置”三段式处置工艺，确保废水处置结果。

2. 含盐废水处置

现代煤化工首要经由过程煤气化产出合成气，将合成气进行变换、脱酸等工序落后一步合成终究产物。按照现代煤化工项目用水特点，从用水滴阐发，工艺间接利用的新颖水在总用水量中所占比例较低，新颖水首要用在弥补轮回冷却水和制取脱盐水，具体比例见表3。是以，现代煤化工间接发生的含盐废水首要包括轮回冷却水排污水和脱盐水排污水。跟着轮回冷却水用量的增年夜和浓缩倍数的增添，废水颠末逐级操纵和处置后，终究会发生年夜量的浓盐水，不但会按捺微生物的活性，致使废水处置系统不克不及一般运转，还使得出水TDS超标，污染水情况。现代煤化工含盐废水的处置首要包括低盐废水处置、浓盐水处置和高浓盐水处置。

无机废水生化处置后的出水和清净废水夹杂以后构成低盐废水，低盐废水颠末絮凝沉淀和过滤预处置去除废水中SS、油类和胶体物资，下降废水中的COD和硬度，以后采取以“超滤–反渗入”为主的双膜法处置工艺，处置后的废水 ρ(COD) <10 mg/L，ρ(NH3-N)<5 mg/L，回用水可间接作为轮回冷却水弥补水。

颠末双膜法预处置后的反渗入浓水TDS含量为6000~24000 mg/L，而进入蒸发结晶单位仍不敷经济，是以需要经由过程高效沉淀、砂滤、离子互换、脱碳、超滤﹑反渗入、后续精处置等单位处置，进一步浓缩。今朝项目上利用的膜浓缩手艺有二级反渗入-化学沉淀﹑高效反渗入(HEROTM)、二级反渗入–泥浆沉降-轮回反渗入（SPARRO)、威立雅OPUS手艺等。HEROTM是今朝较为经常使用的浓缩除盐手艺，其焦点工艺道理是采取离子互换将水中的硬度去除，年夜部门的盐分靠反渗入去除;同时，反渗入在高pH前提下运转，硅首要以离子情势具有，不会污染反渗入膜并可经由过程反渗入去除。水中的无机物在高pH前提下皂化或弱电离，不会形成膜污染。高效膜浓缩系统的优良再生水可间接替换出产给水作为轮回冷却水系统补水和工艺用水等，高浓盐水TDS浓度可晋升至50000~70000 mg/L，此时再采取蒸发结晶手艺更有益在下降处置本钱。

蒸发结晶单位来水为高效膜浓缩系统反渗入浓水和离子互换后的再生废水。浓盐水蒸发结晶单位首要包罗蒸发器单位、结晶器单位和蒸馏水精制单位。今朝现实项目项目中蒸发器单位工艺多采取机器蒸汽紧缩再轮回立式降膜蒸发器手艺。立式降膜蒸发器经由过程立式降膜管制内散布的一层盐水薄膜与壳程热源换热而进行蒸发，一般蒸发器内的含盐量为18%~20%。蒸发器排出的高浓盐水送入结晶器进行处置，结晶器多采取蒸汽驱动的强迫轮回结晶手艺，操纵强迫轮回换热器经由过程蒸汽加热饱和浓盐水，然后经由过程闪蒸将浓盐水蒸发，浓盐卤进行结晶处置，冷凝下来的蒸馏水可作为优良再生水间接回用，获得的结晶盐可进一步资本化操纵。

03 现代煤化工废水处置系统现实运转问题与优化建议

1. 废水处置系统进水水量、水质、水温应不变适合

今朝国内很多现代煤化工项目工艺装配投入出产运转后，系统负荷慢慢到达饱和，因为设想余量较年夜，部门装配乃至超负荷运转，在带来平安隐患的同时，也形成了出产废水现实排放量高在设想排放量。废水处置系统受池容、曝气时候和进出水水质的影响，若水量负荷一直高在设想负荷，将形成生化处置单位水力逗留时候不足，使得出水水质超标，严峻时还会形成污泥膨胀或污泥老化。针对废水处置系统负荷持久超标的问题，企业应严酷节制出产装配的运转负荷，并经由过程污污分流，将无污染的蒸汽冷凝液﹑轮回冷却水排污等接入清净下水系统，严酷节制进入结尾废水处置系统的水量。

现代煤化工废水处置系统进水COD、NH3-N浓度高在设想目标，且生化系统碳氮磷比例掉调严峻，形成污泥处置负荷过年夜，出水水质超标。同时，水质的频仍波动对系统的不变运转影响很年夜。是以，企业应经由过程在工艺段增设预处置装配，节制进水中的氨氮总量，同时加猛进水检测频次，在进水养分物资比例掉调时报酬投加碳源，使其节制在公道规模内。针对进水水量、水质的频仍波动，废水在进入污水处置系统之前，需要经由过程增添前端调理池的容积和废水在调理池内的逗留时候来缓冲来水的水量、水质的波动，逗留时候一般可设置在48 h 以上。

现代煤化工废水处置系统焦点生化单位首要依托微生物的感化往来来往除COD和 NH3-N ，阐扬感化的微生物多属嗜温菌，其适合温度为10~40 ℃，超越这个规模会按捺微生物的活性，乃至形成微生物的灭亡。现代煤化工项目气化单位某些工段废水温度较高，致使进入生化处置单位的进水水温>45℃ ，严峻按捺了微生物的活性。针对高温来水的问题，现代煤化工废水应在排放前经由过程换热器下降水温，确保进水温度<30℃，充实激活功能菌的活性，提高废水处置效力。

2. 完美的预处置系统是焦点工艺单位不变高效运转的要害

今朝双膜系统、蒸发结晶系统等焦点工艺单位的设想比力完美，但轻易轻忽预处置的主要性，致使全部工艺呈现问题。膜前端对各类影响膜运转的浊度、硬度、碱度、硅等物资的去除必需要完全，如许才能包管膜系统的高效运转，假如预处置结果欠好，膜系统势必污堵、结垢，没法实现膜的遐龄命和高收受接管率。另外，在蒸发器工作进程中，年夜量盐类等不竭蒸发浓缩后构成晶核，附着在换热器概况而结垢，影响换热器的一般工作。为处理该类问题，蒸发系统的盐种投加举措措施、pH调理、管线过滤器截留杂质的设置，阻垢剂和消泡剂的投加等预处置办法都要设想公道、完美，才能削减蒸发器内部管制结垢问题的产生，确保系统的不变运转。

3. 要设置适合的旁路、跨线以应对突提问题

现代煤化工废水处置系统的工艺线路一般较长，某个环节呈现问题便可能致使全部系统不克不及一般运转。但废水处置系统作为现代煤化工项目标结尾流程，没有太多停工检验的时候和机遇，是以应经由过程设置必然的旁路、跨线来应对突提问题，为检验缔造前提。好比在高效沉淀池﹑蒸发系统板式换热器、降膜管制污堵、结垢时，均需要将进水切换至废水缓冲池姑且贮存或在合适设想进水水质的条件下经由过程跨线进入后续处置单位。

04 竣事语

现代煤化工财产作为国度能源平安和财产平安的主要保障，今朝我国的成长程度已居世界前列。但现代煤化工财产的成长仍然面对着用水量年夜且废水排放污染情况的问题。现代煤化工项目扶植进程中，废水近零排放手艺一向是行业手艺难点，今朝首要问题集中在废水处置与回用系统的持久不变运转、结晶盐资本化操纵等方面，需要在项目实践进程中进一步摸索废水处置系统运转问题，并经由过程手艺集成优化系统运转，鞭策遍地理单位手艺的强化，增强废水处置进程中各环节的跟尾，晋升整套废水处置系统的抗冲击能力和运转不变性，增进现代煤化工财产绿色成长。

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