煤化工废水零排放工艺设计分析及需要关注的问题

一、工艺设计的分析

1.工艺方案和过程

首先，按照治污先治源的原则，以抓源头治理为前提，对造成污水排污量大、污染物超标、对后续污水处理造成不利影响(处理难度大、设备投资高、运行费用高)的生产工艺和设备先行进行改造、治理、提高，力争内部消化，把污染物消灭在生产过程中。

其次，在末端治理上，把握好工厂的水量平衡是关键，基本的思路是“清污分流、污污分治、梯级利用、分质回用”，也就是把有机废水经过处理变成初级再生水，再循环利用，把含盐废水经过处理变成优质再生水，再循环利用，实现废水零排放目标。

典型煤化工废水“零排放”方案一般应由四个部分组成，即有机废水处理、含盐水处理、浓盐水处理和高盐水处理。

(1)有机废水处理

依据有机废水的组成和特征，采用不同的方法对废水进行预处理，其作用是对废水除油蒸氨脱酚，然后再经生化处理，使不稳定的有机物和无机物转化为无害物质。

有机度水经处理后、出水中还会存在少量难降解的污染物，导致色度和CODcr浓度不能达到相关排放标准或者回用标准的要求，需要针对废水中难降解的有机物和其他污染物，对其进行深度处理。处理方法较多，常用的方法有絮凝沉淀法、各种过滤法、活性炭吸附法、高级氧化法、膜分离法、离子交换法、电化学处理等物理化学方法与生物脱氮、脱磷法等。高级氧化法是目前煤化工废水深度处理技术中应用较为广泛的一种技术。

(2)含盐水处理

含盐废水的处理方法主要是脱盐，常用反渗透或纳滤方法脱除盐分。为了保证反渗透膜或纳滤膜的正常工作和使用寿命，通常还需要在前端配备除硬除硅系统、絮凝沉淀系统、超滤系统。反渗透的清水回收率一般可达75%左右。

(3)浓盐水处理

对于反渗透浓水，通常会采用膜浓缩方式做进一步提浓处理。膜浓缩技术具有成本低、规模大、技术成熟的特点，常用高压反渗透、DTRO、离子膜电渗析等工艺及其组合，它们的差别主要是过滤精度和提浓效率不同，也与进水条件相关。不同工艺和条件，水回收率不同。

(4)高浓盐水处理

通常采用热法浓缩技术，主要有多效蒸发、机械压缩蒸发、强制循环蒸发、膜蒸馏等，其中多效蒸发技术最成熟，清水回收率一般可达90%左右。

2.高盐废水的处理

在煤化工废水处理零排放技术和工艺中，目前需要优化和解决的关键技术是高盐废水的处理。在此对其现状作如下论述。

(1)高效蒸发

高效蒸发技术是高盐废水处理中常用的技术，特别是针对盐含量在40g以上的高浓度高盐废水，高效蒸发技术具有很高的处理效率，不过一般得到的是混盐。对于盐含量在1~4g/L的低浓度高盐废水，通常会做进一步的提浓处理，以节约投资和能源消耗。

高效蒸发技术又可以分为几种，如多效蒸发技术、机械式蒸汽再压缩技术、强制循环蒸发技术等。

机械式蒸汽再压缩技术是循环利用蒸发时其自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源需求量的一项节能技术。需要注意的是，当高盐废水中有机污染物含量较高时，蒸发过程易产生大量泡沫，还可能影响结晶盐的品质，因此，在运用该技术前，必须对盐水中的有机物进行彻底消除。

目前国内多个煤化工项目的高盐废水处理中，采用了以上一种或两种工艺的组合。处理高盐废水后得到的混盐没有市场销售价值，目前主要做填埋处理。由于混盐处理没有做到进一步的资源化，填埋处理仍有隐患，2016年及以后获得环评批复的煤化工项目开始重视分盐工艺，因此，分步结晶的高盐废水处理技术开始得到广泛研究和应用。

(2)膜处理技术

反渗透技术是常用的高盐废水处理技术，现在的高压反渗透膜，可以将TDS处理到80g/L，甚至更高。

浓盐水的膜浓缩工艺常用的还有HERO(高效反渗透)膜浓缩工艺、DTRO(碟管式反渗透)工艺、ED(电渗析)工艺以及震动膜浓缩工艺等。

膜蒸馏是一种新型的水处理技术，它利用疏水的微孔膜对含非挥发溶质的水溶液进行分离。由于水的表面张力作用，常压下液态水不能透过膜的微孔，而水蒸气则可以当膜两侧存在一定的温差时，由于蒸气压的不同，水蒸气分子透过微孔则在另一侧冷凝下来，使溶液逐步浓缩。膜蒸馏过程几乎是在常压下进行。设备简单、操作方便，在该过程中无须把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行。

在以膜法为核心的处理技术中，应当最大限度地回收优质水回用到系统水循环中，以减少后期蒸发或结晶的系统规模，使投资项目的经济效益得到提高。因此，为了降低投资和运行成本，可以最大限度地进行膜法预浓缩，一般也称为废水减量化处理。目前常用的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等。其中的微滤、超滤用于高盐废水的处理时，不能有效去除废水中的盐分，但可以有效截留悬浮固体及胶体有机物，通常作为纳滤、反渗透等的预处理技术使用。膜技术已经成为实现用得起的高盐废水零排放的核心和关键所在之一。

(3)冷冻法

冷冻法利用水在结晶过程中会自动排除杂质的原理，可实现盐分离，但是不能将盐分步结晶，混合盐无太大经济价值，而且耗能较高。

此外，蒸发结晶和冷冻结晶技术的分质结晶技术在处理由硫酸钠和氯化钠为溶质的浓盐溶液时，效果明显，但是浓盐溶液成分较多、较复杂时，效果较差。

热法分质结晶技术根据溶解度的不同，将浓盐水的盐分分步析出、结晶，得到较纯净的结晶盐。

电化学法主要是电解盐溶液，但是无论是离子膜法还是隔膜法，都因为盐浓度不稳定、盐的种类复杂和有机物污染问题而很难满足电解要求。

焚烧法对水质没有什么特别要求，但易产生氮氧化物、二恶英等有毒物质，目不能回收利用水和盐。

高盐废水处理是现阶段煤化工产业发展面临的重大环保问题，综合利用是解决高含盐废水出路的重要路径。高含盐废水综合利用需要从技术选择、设计优化、工艺应用现场运行管理等方面综合考虑、系统筹划、稳步实施。

二、需要关注的问题

①水资源和水环境容量的承载能力是现代煤化工发展的制约因素。废水零排放作为一种废水污染控制模式，作为资源集约、环境友好的产业发展目标，成为破解煤化工产业发展与水资源及环境矛盾的重要途径。因此，企业需要从行业长远健康发展的高度，重视废水零排放。解决水污染治理问题时，应根据项目所在地水资源、水环境容量、能源、自然条件等客观条件和经济社会发展的实际情况，综合考量，确定适合的废水处理和水资源利用方案，而非一刀切地盲目要求全部做到完全零排放。

②含盐废水零排放处理是实现煤化工项目零排放的瓶颈，目前大部分处理工艺技术尚处于试验示范阶段，投资成本高、能耗高、运营费用高是此工艺的重要制约因素因此，对含盐废水的处理，应建立稳定的产学研平台联合攻关，加大技术研发，结合应用实际，降低处理工艺技术的投资成本、能耗以及运行费用，为此才能取得突破性进展。

③煤化工项目废水零排放不是独立系统，在新建项目设计、改造项目方案制定过程中，要统筹与主体工艺过程、投资效益、能耗和水耗标准、回用水调度、全厂水系统平衡等之间的关系，确保主体生产稳定、系统效益最优、环保风险可控。因此，企业应该从规划开始，就需要对废水零排放问题在整个生产链的范畴进行全局性、系统性、前瞻性谋划，这样才能根本地解决问题。

④成本费用高、直接效益低、政策配套跟不上，影响了企业废水深度处理的积极性。在持续加强技术研发和工艺优化的同时，需要争取国家相关主管部门的政策支持加强科学管理，健全精细化奖惩制度，以实现企业经济效益与社会环保效果的协调发展。在实施层面，要明确目标和要求，发挥好激励和约束两个手段的合力。

⑤废水零排放技术是综合应用各种水处理过程和工艺的集成技术，是包括改进生产工艺、节约用水、清洁生产、废水梯级利用、废水处理、中水回用、污染物资源化技术等在内的多专业、多约束、协调化的过程，是最大限度地节约和高效利用水资源，减少直至不排放废水的整体解决方案。煤化工废水零排放的实践与探索经验表明，废水零排放应是一个渐进的过程，不可能一蹴而就，需要在现代煤化工生产工艺逐渐成熟的基础上，通过不断改进优化污水处理工艺技术，不断积累经验，解决新发现问题，螺旋发展，才能最终实现“零排放”的目标。

⑥对于水资源短缺和污水排放受限的地区发展煤化工时，应以当地资源和环境承载力为基础进行统筹管理，立体防治，从企业—园区—区域三个层面构建多级屏障体系，做好污水处理和水资源的梯级利用，在节水、治水、排水、个体管理、区域统筹等方面都下足功夫。