煤化工高浓盐废水蒸发处理工艺进展

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。

MED技术成熟、占地面积小、原料要求低，已广泛应用于高盐废水处理。伊犁新天煤制天然气项目［9］、中电投伊南煤制天然气项目［12］及内蒙古蒙大新能源化工基地年产50万t工程塑料项目［13］均成功运用MED工艺完成废水回用。

多效蒸发本身能耗较高，但若与副产大量低压蒸汽的煤化工项目结合，则能达到全厂能量的综合高效利用。而将相变换热效率较高的水平管降膜蒸发器与竖管降膜蒸发器联用，水平管降膜蒸发器采用负压蒸发，利用竖管降膜蒸发器末效的二次蒸汽先将废水预热，然后输送至竖管降膜蒸发器进行蒸发结晶，可实现热能分级利用，高压蒸汽用量至少可减少30%，能耗显著降低［14］。

2.2.3机械压缩蒸发

机械压缩蒸发（MVR）利用压缩机提高二次蒸汽的品位，循环利用蒸汽提高热能利用率，大大减少了对外界热源的需求，是世界上最先进的蒸发技术之一。虽然MVR投资费用较高，但其耗能低、占地面积小、运行费用低、操作简单、自动化程度高等特点使其在蒸发结晶领域广受青睐，具有很高的实用性能，用于处理高盐废水可以有效避免腐蚀、结垢、起沫等问题。与多效蒸发相比，机械压缩提高了蒸发过程中蒸汽的利用率，废水处理成本可控制在20元/t以下。

神华神东电力郭家湾电厂项目和中煤图克化肥项目［12］中均采用MVR工艺，后者与高效膜浓缩技术结合，其水回收率可达到90%。经研究，将多台MVR装置串联组成两效或多效机械压缩蒸发工艺，可有效降低能耗，由于换热面积和压缩机功率受传热温差及出料浓度作用相反，因此选择合适的传热温差是有效控制系统高效、节能运行的关键。

针对含盐含有机物的废水，神农机械有限公司设计新型单、双效MVR联合工艺路线［13］，提高了MVR的水源适用性，热能几乎全部再生利用。机械压缩技术对设备的技术和质量要求严格，而压缩机作为整个工艺中的核心设备，其设计和生产技术主要被德国的GEA、Messo公司和美国的GE公司垄断，中国MVR装置的核心部件仍需依靠进口。

与多效蒸发相比，机械压缩提高了蒸发过程中蒸汽的利用率，但开车需要消耗大量蒸汽，限制了该技术在实际生产中的应用。目前，从总经济成本、政策鼓励及环保等方面综合考虑，MVR技术具有良好的发展势头。

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