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正渗透技术,打造煤化工废水零排放的利器
2015-12-24 09:43:31 来源:中国化工报 作者: 【 】 浏览:634次 评论:0

阳煤集团清徐化工新材料园区配套工程及迁建项目——锅炉补水浓盐水浓缩处理装置及1#蒸发结晶处理装置BOT项目不久前正式开工。该项目主要工艺流程是:来水缓存—软化—管式微滤过滤—二级软化—反渗透浓缩—正渗透MBC浓缩—蒸发结晶。由此,正渗透零排放技术首次被引入煤化工水处理领域。


河北黄骅首个正渗透技术海水浓缩中试装置。

阳煤化工新材料废水零排放项目是环保部备案的零排放工程,未来可供其他煤化工企业参考,示范意义重大。那么,企业为什么会采用正渗透技术?什么是正渗透技术?带着疑问,笔者进行了现场调查。

煤化污水零排放处理迫在眉睫

据有关专家介绍,发展煤化工产业是中国能源战略转型的必由之路,这是我国能源资源禀赋现状和能源革命大背景所决定的。我国煤炭资源和水资源呈逆向分布,以黄河中上游的山西、陕西、宁夏、内蒙古4省区为例,这里煤炭资源占有量为全国总量的67%,因为煤炭资源丰富,所以近几年这些省规划了很多煤化工项目,但这里水资源仅仅占全国水资源的3.85%。此外,煤化工生产会产生大量的含盐废水,常规的污水处理工艺,盐是无法降解的。目前黄河流域盐含量累积已经接近生态红线,如果再不加以严格控制,不以零排放作为要求,随着这些地区煤化工项目的发展,环境矛盾就会十分突出,黄河流域的生态治理将变得更困难。


美国Oasys公司在Permian盆地的页岩气项目,是世界第一个运用正渗透膜技术。

“目前最容易受到污染的是浅层的地下水,由于地表水的污染比较普遍,自然造成浅层地下水污染也比较普遍。在北方,地下水的超采比较严重,造成大面积地下水漏掉。由于地下水比周边地区明显低,形成漏斗区,在压力作用下,周边的地表水进入这块区域,这使得地下水更容易受到污染。而饮用水源所受污染很难被传统水处理工艺消除。”公众与环境研究中心主任马军表示。

为此,近年来,为促进工业经济与水资源及环境的协调发展,国家有关部门颁布了不少政策法规。

2005年,国家发改委、科技部会同水利部、建设部和农业部组织制定、发布的《中国节水资源政策大纲》首先提出要发展外排废水回用和零排放技术。鼓励和支持企业外排废(污)水处理后回用,大力推广外排废(污)水处理后回用于循环冷却水系统的技术。在缺水以及生态环境要求高的地区,鼓励企业应用废水零排放技术。在2006年前后,国家发改委批复现代煤化工示范项目的前提条件就是企业必须承诺零排放,否则项目环评就难以得到批复。


阳煤集团清徐化工新材料园区配套工程及迁建项目——锅炉补水浓盐水浓缩处理装置及1#蒸发结晶处理装置BOT项目开工仪式。

随着环保政策和标准的日益严格,前几年在西部地区启动煤化工项目的企业在选址、立项上屡屡碰壁,陷入两难境地。今年以来,江苏苏新能源公司40亿立方米煤制天然气项目、伊犁新天20亿立方米煤制气项目、山西潞安煤制油项目的环评报告相继遭到环保部驳回,引起业内震动。环评被否原因大多涉及煤制气的环保“老大难”问题,水资源利用和废水处理。所有问题归结为一点——零排放能否实现。

“2008年,国家质量监督检验检疫总局颁布的GB/T21534-2008《工业用水节水术语》中对零排放解释为企业或主体单元的生产用水系统达到无工业废水外排。可以理解为,零排放就是将工业废水浓缩成为固体或浓缩液的形式再加以处理,而不是以废水的形式外排到自然水体。目前国内废水零排放工程,普遍投资较大且成本较高。”中国水利协会脱盐分会秘书长郭有智举例说,国内首家已建成但还未真正实现废水零排放的神华集团有限责任公司煤制油项目在环保上投入达13.4亿元,占到项目总投资的10%,试运行期间每吨有机废水的处理成本超过5元,每吨含盐水的处理成本则超过38元。

正渗透技术应用多领域已有示范

“煤化工废水传统处理技术存在投资额巨大、运行费用高、系统运行不稳定等弊端。正渗透技术正是基于目前零排放领域的现状,开发的一项具有划时代意义的新技术。”科莱克环境资源技术(北京)有限公司技术总监李素青介绍说,正渗透技术是利用自然界的渗透现象,通过化学聚合制成的半透膜,水分子会利用渗透压差从低浓度含盐液体自然扩散到高含盐液体中,不需要外加高压泵等设备作为分离驱动力。此外,该技术对膜的污染相对较轻,渗透膜可以持续长时间运行而不需要清洗,从而实现投资和运行费用的大幅度下降。



华能长兴沃特尔正渗透设备。

据了解,美国Oasys公司在美国Permian盆地的页岩气项目,是世界第一个运用正渗透膜技术。该技术处理石油化工的高盐废水,实现了零排放,且处理后的水质可达到饮用水的品质。2013年,北京沃特尔水技术股份有限公司投资入股美国OasysWater,并将正渗透膜处理技术引进国内,与公司自有的石灰混凝澄清技术相结合,形成了独特的针对高COD、高含盐工业废水零排放解决方案。

自此,国内高盐废水零排放有两种技术路线:一种是石灰软化+正渗透膜浓缩+结晶干燥;另一种是石灰软化+蒸发+结晶干燥。这两种技术路线目前在我国燃煤电厂均有示范项目,华能长兴电厂采用的是正渗透+结晶技术,广东某电厂采用的是传统蒸发+结晶工艺。

“这两种技术路线的最大区别是传统蒸发结晶技术能耗高,正渗透膜浓缩技术相对能耗低。”李素青介绍说,蒸发结晶工艺是利用蒸发器将废水进行浓缩至15%左右的含盐量,浓缩的高含盐水通过结晶、干燥转化成固体盐进行处置。由于蒸发器是将废水通过相变形成水蒸气,冷凝后回收水,这过程中将废水汽化需要吸收大量蒸汽,整个过程废水100%相变,消耗大量的能源。比如广东某电厂零排放示范项目采用该技术运行费用达180元/吨废水。而正渗透膜浓缩过程是把水分子吸入到汲取液中,不用使用大量的蒸汽和电就可以把废水含盐量提升至25%左右,汲取液的气水分离相对废水相变量较低,仅占废水量的1/3,既减少了结晶器的处理水量,又降低了能耗。比如华能长兴电厂采用该技术的运行费用为45元/吨废水。

另外,正渗透膜浓缩抗冲击性负荷大,操作维护简单。蒸发结晶工艺都是采用蒸汽加热,停机前需要降温循环,而启机前则需要大量蒸汽预热,整个启停机过程操作复杂;而正渗透膜浓缩工艺可以根据废水含盐量自动调节浓缩倍率,保证结晶的含盐量,启停机不需复杂的操作程序,实现一键启停。

据华能长兴电厂技术主管邵国华介绍,华能电厂22立方米/时的电厂脱硫废水零排放系统,引进正渗透膜处理技术处理后,每小时18吨脱硫盐水可以浓缩至3~4吨,废水100%回用,废水中的污染物质可全部以结晶和污泥的形式分离。而且在运行中,蒸汽、药剂、电的耗量大大降低。比如处理一吨废水的能耗由传统蒸发结晶法的20~40千瓦时降低到10千瓦时,运行成本降低30%。预计公司每年可回收18万吨优质淡水,产出可销售的工业级盐约2000吨,实现了社会效益、环保效益和经济效益三赢。

此外,正渗透技术在海水淡化领域也显示了它的潜在应用价值。目前,河北黄骅建立的首个正渗透技术海水浓缩中试装置已投入了使用,为海水淡化及综合利用试验室的研究工作提供了可靠的运行数据。

据了解,正渗透技术可使海水淡化产水率从现行技术的40%提升至85%,同时提高浓盐水中溴、镁、钾的浓度,有利于提取利用这些资源,大幅降低海水淡化的运行成本,减少高盐度海水对环境的污染,能耗为现行水技术能耗的70%。

打造煤化工零排放示范工程

正是基于这些成功的应用实例,阳煤集团煤化工新材料园区污水处理项目锁定了正渗透技术。

负责阳煤化工新材料园区污水处理项目建设的己二酸分公司总工程师李楷介绍说,阳煤化工新材料园区锅炉补水浓盐水处理装置设计进水量为50立方米/时,出水量要求浓缩至5立方米/时;出水水质要求TDS高于2.4×105ppm,回用水达到国家《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T19923-2005)中关于再生水用做敞开式循环冷却水补充水的水质标准。新材料零排放工程给国家环保部承诺,建成煤化工零排放示范样板工程。环保部表示竣工投产后,将组织煤化工业界人士在这里开现场会,所以公司对零排放技术选择要求特别高。

“而正渗透零排放技术是目前全球最前沿的技术之一,也是目前全球唯一可以将TDS高达5×104ppm以上的高浓盐水浓缩处理到超过2.4×105ppm以上的技术。这是我们看好正渗透技术的一个重要原因。第二个原因就是业界对正渗透技术的认可。OasysWater(北京沃特水技术股份有限公司在美国投资入股的企业)获得《全球水情报》杂志颁发的‘2014年度最佳水科技公司奖’;Permian盆地项目,以革命性的正渗透膜浓缩(MBC)技术获‘2014全球最佳工程奖’;2014年,该技术被中国石油和化学工业联合会评定为煤化工行业环境保护重点技术;北京沃特尔水技术股份有限公司废水石灰混凝沉淀及正渗透浓缩处理零排放技术荣获北京市新技术新产品(服务)认定……第三就是它在行业里的业绩。国内已经投产使用的华能长兴电厂脱硫废水零排放工程、正在设计的神华王曲电厂脱硫废水零排放工程,以及在美国的一些应用成功实例。我们公司大胆引进正渗透技术,就是相信这个技术同样可以在煤化工废水零排放创造出奇迹,打造出煤化工零排放示范工程。”李楷表示。

“正渗透技术利用目前日臻成熟的预处理和预浓缩技术,对现有蒸发结晶零排放技术进行提升,实现了不依赖蒸发器完成对煤化工废水的再回收利用和高倍率浓缩,大幅度降低投资和运行费用,顺应了市场发展要求。此外,公司依托正渗透零排放实验室和研发中心,可以给煤化工企业量身定做零排放技术解决方案,再通过小试、中试最终成功应用到实际生产,可以极大降低技术应用的风险率。目前国内煤化工等行业已有数十家企业对正渗透技术表达了浓厚的兴趣,而公司的EPC、BT、BOT、PPP等多种经营模式也将是正渗透技术快速推广的一个重要原因。”科莱克环境资源技术(北京)有限公司总经理高飞义表示。

北京沃特尔水技术股份有限公司首席营销官阳华衡充满信心地表示:“目前正渗透技术很火,以后还会更火。因为它顺应了国家环保政策发展的要求,满足了煤化工等行业废水减量化、资源化和零排放的需求。”

相关评论

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两头治理齐头并进

对于2015年的煤化工行业来说,“零排放”大概是最头疼的词语。与前几年的突飞猛进相比,2015年煤化工产业陷入了戛然而止的尴尬。从苏新能源塔城40亿立方米煤制气项目环评被否开始,伊犁新天20亿立方米煤制气项目、山西潞安煤制油项目的环评报告相继遭到环保部驳回。环评被否原因几乎都归结为零排放能否实现。

近年来,有不少煤化工企业针对污水处理积极努力,但实际效果并不理想,很多工艺技术尚处于探索阶段。废水成本较高也成为了困扰行业的难题。在行业为零排放所困之际,正渗透零排放技术首次被引入煤化工水处理领域的确让人期待。可以说,这类前沿技术被引入中国煤化工废水治理领域,无疑是为煤化工废水末端治理增添了一把利器,而它是否能够发挥出效果,也值得煤化工产业期待。

不过,在对末端治理给予期待的同时,也不能忽视源头控制。有业内人士曾告诉笔者,煤质差异性、生产工艺成熟度、稳定性,水质、水量波动性,事故性排放,管理水平差异等因素,都让煤化工零排放难以实现。比如,典型煤化工高浓污水主要来源与工艺、煤种密切相关:煤制气6.9吨水/千立方米,煤直接液化10吨水/吨油,煤制烯烃22吨水/吨产品,煤间接液化11吨水/吨油。同时,煤化工废水水质波动大,如碎煤气化废水化学需氧量(COD)波动一般在3倍以上,某直接液化项目气化废水化学需氧量波动范围甚至达10倍以上。废水水质波动对后处理会造成一定程度影响。因此,实现零排放,首先要在优化气化、酚氨回收等工艺环节,提高废水稳定性方面下功夫。

一位资深业内人士总结,煤化工废水处理应包括两个层次:一是采用节水工艺等措施提高用水效率,降低生产水耗;二是采用高效的水处理技术,处理有机废水及含盐废水,将废水全部回用,实现废水零排放。在笔者看来,源头控制与末端治理齐头并进,煤化工零排放的难关才能真正得以突破。

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责任编辑:信息部-朱
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