高浓盐废水蒸发处理工艺

高浓盐废水蒸发处理工艺

随着现代经济的快速上升，工业发展与资源和环境相互制约的问题已成为世界性关注的焦点。水资源作为工业生产过程中重要的原料、循环媒介以及产品和废料的排放载体，需用量巨大。中国工业用水正面临着利用率低、废水排放效率低以及工业发展水平与水资源分布和利用不平衡等问题。

据调查研究，中国工业用水浪费严重，重复利用率约为40%，只是发达国家的1/2［1］。近10年来，中国近1/3地区采用的工业废水处理水平与先进水平之间的差距越来越大，随着“三条红线”、“四项基本制度”和新出“水十条”的发布与执行，中国加强了对废水处理和水资源利用的监督和问责机制，工业废水只做到简单的达标排放已经不能满足现阶段资源利用和生态保护标准，高效、节约、“零排放”已成为工业用水的当今趋势。

工业废水主要来源于石化、煤矿、印染、造纸等行业，一般含有有机物、悬浮物、胶体、微生物及可溶性盐等，成分复杂，处理工艺流程长、难度大、方法综合性强。绝大多数的工业废水经过前期的物化预处理、生化处理和深度处理工艺已除去其中大部分的不溶性固体、有机物和有毒有害物质，最终排出总溶解固体（TDS）质量分数在8%以上高浓盐废水［2］的处理工艺成为实现废水“零排放”的关键环节。

1高盐废水处理现状及特点

目前，虽然高盐废水的处理方法多样，但其对于废水原料要求严格，很多工艺都不能满足处理较高盐度废水的条件。以生物法除高盐废水中的有机物为例，COD和总氮去除率随着盐度的增大会明显降低，而经驯化后的活性污泥耐盐度最高也只能达到5%［2］。

超滤、反渗透等膜技术或离子交换树脂处理高浓盐废水虽然能得到较高的水回收率［3］，但废水中高浓度的盐类离子会对膜或树脂造成严重腐蚀，且随着浓缩液浓度、黏度的不断增大，废水中有机物和Ca2+、Mg2+等易结垢离子极易堵塞膜孔或树脂，并对膜或树脂造成不可再生的污染和损害［4］。

目前，膜技术大多应用于有机物含量少的含盐废水初级浓缩过程，例如，石绍渊等［5］针对有机物虽已达到排放标准的煤化工含盐废水，采用预处理、膜过滤等操作将其COD质量浓度降低至20mg/L以下，脱色后的废水经过多级逆流倒极电渗析装置进行脱盐处理，废水回收率超过85%。

淡水和浓水在膜堆中形成逆流有效抑制了浓水室和淡水室之间的浓差扩散，也减缓了膜表面污染、结垢的速度。废水中Cl-的去除率随浓水盐度的增大而明显下降，膜面浓差极化现象加重。利用电渗析技术处理高浓盐废水所面临的问题仍集中在膜污染、腐蚀及清洗等与膜材料密切相关的技术层面。

加热蒸发工艺广泛应用于电力、石化、煤化工和采油等组成复杂的高盐废水处理，技术成熟，适用于处理盐度超过8%的废水浓缩［6］。热的高盐废水经过不断蒸发浓缩，固相盐分从中析出，溶剂蒸发转为气相后经冷凝继续循环使用。加热蒸发形式多样，其中多效蒸发和机械压缩蒸发应用广泛，而与膜分离技术耦合而成的膜蒸馏技术也受到广泛关注。

但对于组成复杂且多含有有机物的工业废水，加热蒸发过程中易挥发物质排入空气中极易造成二次污染，且巨大的能耗也成为限制加热蒸发工艺的重要因素之一。

2煤化工高浓盐废水处理现状及存在问题

2.1煤化工高浓盐废水处理背景

中国资源分布呈现贫油、少气、多煤的特点，利用煤焦化、煤电石、煤气化制取天然气、尿素等的传统煤化工，以及通过煤液化、煤气化制取醇醚燃料和烯烃等新型煤化工工艺早已成为当今能源利用研究的热点。

然而，煤化工需水量巨大，与生产企业所处地域水资源情况严重失衡，加之近几年来环境资源问题日益严重，国内外加大对工业生产废物的排放控管，煤化工废水“零排放”已成为废

水处理的最终发展趋势。煤化工废水按其组成可以分为有机废水和含盐废水两类，其中含盐废水处理后期所得到的高浓盐水产物的处理工艺成为实现废水“零排放”的关键。

煤化工浓盐废水一般采用“软化+高效膜浓缩”技术制得高浓盐废水，其TDS质量浓度可达50000~80000mg/L［7］。虽然膜处理过程具有较高的水回收率，但研究发现，一方面若废液中COD质量分数高于6×10-5，膜表面容易结垢，性能明显下降；另一方面，废水中盐含量的增大会加重浓差极化现象，且水中Cl-等离子具有腐蚀性，这些因素都会严重影响膜效率和使用寿命。

因此利用膜浓缩处理煤化工浓盐废水时，要严格控制出水的COD、TDS、BOD及氨氮等指标。

2.2煤化工高浓盐废水处理方法

高浓盐废水的处理方法有冲灰法、焚烧法、深井灌注法、蒸发结晶法等。

冲灰法是用浓盐废水以喷雾的形式喷洒在厂区内以达降尘除灰的目的。该法由于区域所需量有限，且废水中有机物的挥发易造成二次污染，所以其应用一直受限。

焚烧法是利用焚烧炉将高浓盐废水进行高温碳化和固化，最终排出废气和以盐为主的废渣的过程。该法燃料能源消耗巨大，热能利用率低，且约有1/3的热量从烟气中散失，一般用于处理有机成分超过10%的高盐废水较为经济［2］。

水下焚烧蒸发装置［8］利用管道燃烧器将废水汽化，余热传至外部水体进行预热，热能利用率可提高至99%以上。但该法仍存在设备腐蚀严重、运行不稳定等问题，并未应用到煤化工废水处理中。

深井灌注法在美国、墨西哥等国家均有应用实例，但由于地质条件、生态环境等方面的限制，该法在国内并未获准实施［7］。

目前，高浓盐水分质分盐技术成为攻克煤化工废水“零排放”瓶颈的关键技术，而工业中对高浓盐废水主要采用蒸发结晶法。蒸发结晶技术又分为自然蒸发和机械蒸发，其中机械蒸发又可分为多效蒸发、机械压缩蒸发、多效闪蒸、膜蒸馏等方法。

2.2.1自然蒸发

自然蒸发是指将浓盐废水排入蒸发塘中利用太阳能将废液蒸干，水分及具有挥发性的有机物转为气相，最终得到盐渣的工艺方法。蒸发塘从制盐行业中的日晒盐田演变过来，具有能耗低、操作简单、使用寿命长等优点，在煤化工高浓废水处理工艺中有突出表现。神华煤直接液化项目［9］和内蒙古阿拉左旗某工业园区［13］均采用蒸发塘浓缩高浓盐废水，后者浓盐水处理成本约为0.37元/t。

然而，由于蒸发塘自然蒸发工艺缺少系统的设计规范和综合管理，设计夸大了废水的蒸发速率，废水进大于出从而使蒸发塘逐渐转变为废水池。

自然蒸发受外界气象环境影响严重，要求蒸发量远远大于降雨量，且蒸发过程中有机物的挥发和重金属离子的富集会对周围环境造成一定程度的二次污染，做好蓄水池的防渗是保证自然蒸发的前提和关键。虽然蒸发塘的建设投资成本较低，但是由于蒸发面积巨大，因此选择该工艺方法的同时必须要综合考虑其实际运营的经济成本。

曲风臣［7］借鉴盐业化工经验，确定了废水蒸发折算总系数为0.5~0.6，并提出分级、隔段式蒸发池方案，有效提高了蒸发效率，并有利于蒸发塘的综合管理。为减少蒸发占地面积，黄志亮等［10］提出机械雾化蒸发方法以增加气液接触面积；权秋红等［11］研发出小型可移动的轴流喷雾器，可将蒸发效率提高14~30倍，蒸发面积也减少至原来的10%。内蒙古杭锦旗独贵塔拉煤化工园区采用该法已取得较好效果。

2.2.2多效蒸发

多效蒸发（MED）串联多个蒸发器，加热废水浓缩得到固相盐，下一个蒸发器所需的加热蒸汽来自上一个蒸发器的二次蒸汽，蒸发效数就是蒸汽利用次数。从节约成本和降低能耗两方面综合考虑，多效蒸发的效数一般为3~4级。