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        煤化工廢水專題 NEWS
         
         
        煤化工廢水處理技術進展及零排放工藝介紹

         

        煤化工廢水

        1.廢水零排放面臨的難題

        研究結果表明,通過多種處理技術的優化組合,能夠實現煤化工廢水零排放;由于煤化工廢水組分的復雜性,以高級氧化、膜分離、蒸發結晶為代表的深度處理技術將是今后發展的重點;降低處理成本、提高處理效率也是煤化工廢水處理技術發展的必然趨勢。

         

        煤化工廢水產量巨大,廢水中含有大量酚氨、烷烴、芳烴等有毒有害物質,是一種高濃度難生物降解的工業廢水,水質可生化性差,處理難度極大。煤化工項目集中分布在水資源稀缺的陜西、新疆、內蒙古等煤炭主產區,這些地區水資源占有量不到全國總量的20%,水環境容量嚴重不足,煤化工產業快速發展導致該區域面臨地下水過度開采和水環境嚴重污染的危險。

        國家對新建煤化工項目的廢水排放政策進一步收緊,要求廢水回用率在95%以上并最終達到“零排放”標準。煤化工廢水處理不僅關系到我國煤化工產業的健康發展,也是我國煤炭資源實現向原料和燃料并重轉型升級的瓶頸。本文闡述了國內外煤化工廢水處理技術的研究進展,并對煤化工廢水處理技術進行了展望,以期為煤化工廢水處理的研究提供參考。


        1.2不同煤化工工藝廢水特征

        根據煤焦化、煤氣化、煤液化等生產工藝和用水目的的不同,各階段煤化工廢水的排放量、組成差異很大。

         

        要實現真正的零排放,技術上不難,難的是以最少的投入、最低的運行費用達到最好的運行效果。目前,雖然有生物膜反應器、濕式氧化、等離子體處理、光催化和電化學氧化等技術,但普遍存在處理成本高的問題。

        大部分企業在最后這一階段放棄了再次治理,等于放棄了零排放的最后沖刺。而一旦放棄了零排放的最后沖刺,也等于放污染這只虎歸山。據調查,陜西榆林某年產60萬噸/年甲醇的煤化工企業污水回用工程采用一級三段式反滲透裝置,污水回收率達到85%,這在業內也算很高的了,但是還有15%的廢水仍然要排放掉。這15%的廢水等于濃縮了六七倍,廢水里面的污染物也等于擴大了六七倍。

        近一段時間,煤化工“零排放”的問題引起業內廣泛關注。“零排放”技術已經有無數論著來倡導了,它是一種“工業理想”大致是沒有爭議的。廢水“零排放”,在國外叫Zero Liquid Disge,簡稱ZLD,即液體零排放。這種技術的出現是因為客觀存在“硬需求”,即在以下環境中不得不考慮ZLD:當地環境保護要求特別嚴厲;企業靠近當地居民江河或飲用水源(水庫);十分缺水的地區,如果開發新的水源供水比全部回收排水還昂貴時;公眾對工廠排污十分反感;納污能力緊缺或當地納污指標已經用完。而煤化工企業往往就是符合其中一種或多種條件,就不得不考慮ZLD。  

        ZLD技術在國外已有成熟的經驗,美國資源保護公司(RCCI)自1974年以來已在美國和其他一些國家的170多座火力發電廠實現了“零排放”,上世紀末也在煉油廠、化工廠、煤礦、鈾礦、煉銅廠實施“零排放”。本世紀,這家公司被美國通用電氣公司(GE)并購,我國神華集團鄂爾多斯煤直接液化項目就采用了該公司的ZLD技術。

        ZLD(污水處理零排放)技術目前掌握在GE, VEOLIA, AQUOTECH這三大家手中,始終是我們追趕的對象。

        2.煤化工廢水“零排放”處理技術環節

        煤化工企業要實行廢水零排放,首先要解決的就是脫鹽問題。據內蒙古環境科學研究所、徐州水處理研究所介紹,煤化工裝置達標排放的廢水,雖然COD、氨氮等達到環保外排標準,但水里面含有NaCl、Na2SO4 、CaCl2、MgSO4、MgCl2等鹽類,這些鹽類溶解度較大,一般不會沉淀,更不會蒸發,直接回用會引起設備的結垢、腐蝕和軟泥沉積等,必須進行脫鹽處理。廢水如不經脫鹽處理,只能用于煤、灰增濕及沖洗路面或沖廁所,但是這些用途的消耗量也很有限。煤化工企業如果僅停留在這個回用層次上,也就談不上廢水零排放。但是,要進行脫鹽處理就必須上脫鹽裝置。舉例說,一個年產20萬噸的甲醇裝置如果再上脫鹽,至少需要再投資300萬元以上,噸水處理運行費用要達到2~3元,甚至高于一次水價格,這樣經濟上不合算。很多企業在廢水達標后一般不愿意再上脫鹽裝置。

        另外,即使對廢水采取脫鹽處理回用,也僅有60%~70%的淡水能回用,剩余30%~40%的濃水還需外排。據介紹,這是因為在脫鹽回用過程中,回用的廢水大約占廢水總量的2/3,脫除的鹽分都濃縮到剩余1/3水里。這些外排廢水中鹽分大,澆地后很容易造成土壤板結,嚴重時會使土壤鹽堿化。

        煤化工廢水“零排放”處理技術主要包括煤氣化廢水的預處理、生化處理、深度處理及濃鹽水處理幾大部分。

        預處理:由于煤氣化廢水中酚、氨和氟含量很高,而回收酚和氨不僅可以避免資源的浪費,而且大幅度降低了預處理后廢水的處理難度。通常情況下,煤氣化廢水的物化預處理過程有:脫酚,除氨,除氟等。

        生化處理:預處理后,煤氣化廢水的COD含量仍然較高,氨氮含量為50~200mg/l,BOD5/COD范圍為0.25~0.35,因此多采用具有脫氮功能的生物組合技術。目前廣泛使用的生物脫氮工藝主要有:缺氧-好氧法(A/O工藝)、厭氧-缺氧-好氧法(A-A/O工藝)、SBR法、氧化溝、曝氣生物濾池法(BAF)等。

        深度處理:多級生化工藝處理后出水COD仍在100~200mg/l,實現出水達標排放或回用都需進一步的深度處理。目前,國內外深度處理的方法主要有混凝沉淀法、高級氧化法、吸附法或膜處理技術。

        濃鹽水處理: 針對含鹽量較高的氣化廢水等,TDS濃度一般在10000mg/l左右,除了先通過預處理和生化處理以外,通常后續采用超濾和反滲透膜來除鹽,膜產水回用,濃水進入蒸發結晶設施,這也是實現污水零排放的重點和難點所在。

          蒸發目前方式有自然蒸發和機械蒸發兩種方式。

        自然蒸發:就是通過建設蒸發塘,在合適的氣候條件下,有效利用充足的太陽能,將高濃鹽水逐漸蒸發。由于之前騰格里沙漠事件的曝光,民眾對蒸發塘的反對聲音甚囂其上,之后所有的煤化工項目一律不允許再用蒸發塘作為零排放的主工藝,必須上蒸發結晶,蒸發塘只能作為蒸發結晶裝置檢修時的臨時設施。

        機械蒸汽再壓縮工藝(MVR):

        機械蒸汽再壓縮是利用高能效蒸汽壓縮機壓縮蒸發系統產生的二次蒸汽,提高二次蒸汽的熱焓,并將二次蒸汽導入原蒸發系統作為熱源循環使用。該技術大幅度降低了蒸發器生蒸汽的消耗量,補充的生蒸汽也僅用于系統熱損失和進出料溫差所需熱焓的補充。

        目前,煤化工污水零排放、近零排放,國內外對高濃鹽水的固化處理主要是采用蒸發結晶工藝。蒸發工藝總體上分為三種,即蒸汽壓縮蒸發工藝(MVR)、多效蒸發工藝(MED)、多效閃蒸工藝(MSF)。MVR 的綜合能耗最低(約400 MJ/t),僅為MED(約1200 MJ/t)和MSF(約1700 MJ/t)的約1/3和1/4,其應用前景最好。經蒸發器濃縮處理后排出的少量濃水中,TDS濃度高達300 g/L及以上。這部分濃水可送至結晶器結晶成固體后安全處置(如無害化處理或填埋)。

        廣東港榮水務MVR蒸發結晶系統是最優的高濃鹽水零排放解決方案之一,它以廢水零排放領域多行業應用的豐富實戰經驗為根基,高度關注煤化工排放難點、痛點,在煤化工、高濃鹽水零排放MVR蒸發結晶系統上,領先同行至少3年的水平。

        中煤圖克煤制化肥項目位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗境內,一期工程(100萬t/a合成氨轉制175萬t/a尿素)現已建成投入試生產。 煤氣化采用塊煤固定床液態排渣加壓氣化工藝。表4給出了圖克化肥項目廢水的水量及水質。

         

        煤化工項目污水處理雖然難度大,而且在一定程度上影響煤化工企業的經濟效益。但國家和地方政府部門對煤化工項目的污水處理均有明確、嚴格的要求。因此,科學選擇合適的技術路線,努力實現零排放、近零排放是必由之路。

         有機廢水達標回用和高濃鹽水零排放、近零排放是煤化工項目污水處理的兩個關鍵環節。有機廢水處理的關鍵是除油、脫酚(尤其是多元酚)、生化各環節必須達標,以保證進入后續環節的水質滿足相關要求。而高濃鹽水零排放、近零排放的技術路線,在目前技術水平下選擇蒸發結晶的模式更為經濟實用和穩妥可靠。


         
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