煤化工高鹽廢水濃縮工藝方案的選擇

煤化工高鹽廢水濃縮工藝方案的選擇

中國是一個“富煤、少油、少氣”的能源大國。蒸發(fā)結(jié)晶可以分離鹽和水，最終實現(xiàn)廢水“零排放”1在采煤廢水集中階段，預(yù)處理煤化工廢水在濃縮前，由于自來水中的鈣、鎂離子含量較高，總硬度過高導(dǎo)致水體結(jié)垢傾向嚴(yán)重，造成膜孔阻塞2膜濃縮技術(shù)反滲透裝置由于占地面積小、能耗低、自動化程度高等特點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煤化工廢水處理工藝中2.1防滲透對含鹽廢水施以外界推力克服其滲透壓，使水分子通過膜，達(dá)到分離、提純、濃縮目的的逆向滲透過程即為反滲透2.2反滲透膜系統(tǒng)污水直排放系統(tǒng)水反應(yīng)時間分析由于普通反滲透膜運行時所能承受的壓力一般為25～40bar，為了進(jìn)一步提高濃水的含鹽量，增大濃縮倍率，降低后續(xù)蒸發(fā)單元的處理壓力，提高整個零排放系統(tǒng)的效率，必須加強相應(yīng)膜組的進(jìn)水壓力。近年來，不少水處理行業(yè)選用超高壓卷式反滲透膜組合，碟管式反滲透（DiscTubeReverseOsmosis,DTRO）是專門處理高濃度污水的膜組件，最大耐受壓力可達(dá)120bar，高壓反滲透系統(tǒng)回收率≥50%，脫鹽率≥98%，鹽分濃縮在100000～180000mg/L。高從堦等3蒸發(fā)結(jié)晶的節(jié)能措施混凝沉淀技術(shù)不能解決鹽分的問題，膜分離技術(shù)也只能實現(xiàn)大部分水回用，濃水的TDS遠(yuǎn)低于飽和濃度蒸發(fā)結(jié)晶能耗高、處理量小，為了降低運行成本，蒸發(fā)過程中的節(jié)能顯得尤為重要。在蒸發(fā)過程中合理分配熱能，使其滿足系統(tǒng)內(nèi)各結(jié)晶裝置能耗需求，以下3種節(jié)能技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。3.1提升系統(tǒng)壓力和溫度所謂多效蒸發(fā)（MultipleEffectDistillation,MED），即生蒸氣進(jìn)入第一效蒸發(fā)器第一次使用后，排出的二次蒸氣不進(jìn)入冷凝器冷凝，而是作為二效蒸發(fā)結(jié)晶器的熱源再次利用，達(dá)到節(jié)能的目的。MED技術(shù)可將系統(tǒng)加熱蒸氣利用率提升至50%由第一效蒸發(fā)器允許進(jìn)入的最高蒸氣溫度減去最后一效蒸發(fā)器的最低沸點溫度，即MED系統(tǒng)的總溫差。在總溫差范圍內(nèi)，隨著蒸發(fā)器效數(shù)的增多，每一效之間的溫差減小。為了保證蒸發(fā)量，各效的加熱面積必須相應(yīng)地擴大，而煤化工濃水中大量氯離子的存在，使設(shè)備選型時都使用耐腐蝕的超級碳鋼材料，擴大換熱面積會使投資費用大幅度增多。3.2蒸氣噴射器系統(tǒng)熱力蒸氣再壓縮技術(shù)（ThermalVapourRecompression,TVR）主要是使壓力較高的生蒸氣在蒸氣噴射器中高速流動形成負(fù)壓，利用蒸氣的黏性和湍流效應(yīng)，將蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸氣吸入TVR技術(shù)采用蒸氣噴射器，設(shè)計簡單有效、沒有轉(zhuǎn)動部件、造價低廉、方便維護。但噴射器在現(xiàn)場使用時產(chǎn)生的噪聲大、引射率低、增壓比不高，并且產(chǎn)生的動力蒸氣只能利用在下一效蒸發(fā)器中，或者被送入冷凝器中作為殘余蒸氣，不能回到原系統(tǒng)中。3.3mvr蒸發(fā)蒸發(fā)機械蒸氣再壓縮技術(shù)（MechanicalVaporRecompression,MVR）的基本原理是將蒸發(fā)器排出的二次蒸氣經(jīng)過蒸氣壓縮機壓縮，提高其飽和溫度和壓力后，再次送入蒸發(fā)器中作為熱源與TVR技術(shù)相比較，由于蒸氣噴射器只能壓縮一次二次蒸氣，剩余蒸氣的能量必須作為預(yù)熱釋放給冷凝水，而MVR技術(shù)可以減少甚至消除通過冷凝器釋放的熱量，因而蒸氣利用率更高，更加節(jié)約能源。莊嚴(yán)等4增濕和載氣萃取載氣萃取技術(shù)（CarrierGasExtraction,CGE）是通過空氣的增濕去濕過程實現(xiàn)廢水濃縮減量的新型脫鹽技術(shù)。不同溫度下飽和濕空氣含水量如圖1所示。當(dāng)溫度在20℃以上時，隨著溫度升高，空氣中含水量上升趨勢迅猛；空氣與加熱的廢水直接接觸，升溫增濕將廢水中的水蒸氣帶出，使廢水濃縮減量；后由濕空氣與冷凝水直接接觸，溫度下降，濕空氣攜帶水能力下降，空氣與水分離去濕后產(chǎn)水回用，空氣排入大氣。載氣萃取裝置由增濕塔和去濕塔兩大運行設(shè)備組成，空氣在增濕塔升溫攜帶水氣減量濃縮，在去濕塔冷卻氣水分離，產(chǎn)生的淡水冷凝回收并在換熱器預(yù)熱時回給到水中。與傳統(tǒng)的蒸發(fā)技術(shù)不同，載氣萃取技術(shù)所用的增濕塔與去濕塔均為直接接觸的傳熱傳質(zhì)設(shè)備，避免了結(jié)垢腐蝕對傳熱傳質(zhì)的影響5分質(zhì)濃縮技術(shù)煤化工高鹽廢水濃縮處理是一項復(fù)雜的處理工程，往往需要根據(jù)水質(zhì)選擇一系列