CN111592161A - 一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其集成处理工艺分别由除硬除硅单元、高级氧化复合有机物脱除单元、除浊及深度软化单元、膜减量及浓缩单元、盐硝分离单元和蒸发结晶单元这五部分组成，本发明涉及高盐废水处理技术领域。该煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，通过多种处理工艺的有效结合及改进优化，大大提升了系统的运行的稳定性、经济型和合理性，减少了企业对新鲜水的用量，节约了水资源，达到了绿色节能目标，经本集成工艺处理后的煤化工末端高盐废水最终全部回用于循环水系统，回用率达到95％以上，使系统杂盐产量在总盐量的15％以下，减少了无机盐的外排量，保护了环境。
Description
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域，具体为一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法。
背景技术
我国资源基本情况是“缺油、少气、相对富煤”，因而煤就成为了我国最重要的能源和化工原料之一，因此以煤为原料，实施煤炭资源的清洁高效利用对于保持我国经济的快速增长、保障国家的能源安全都具有重大意义，根据能源发展期间将加快建设内蒙古鄂尔多斯、宁夏宁东、陕西榆林及新疆准东等五大国家综合能源基地，到2015年，五大基地一次能源生产能力达到26.6亿吨标准煤，占全国70％以上。因此在既有煤炭深加工项目的基础上，积极推进以煤炭液化、煤制气、煤制烯烃、煤基多联产、煤油气资源综合利用等为主要方向的大规模工程示范，同时，规划中对生态环境保护也提出了具体要求，配套的环保产业必将得到长足发展，煤化工行业水资源利用量大，废水产生量也大，按目前水平，每立方米煤制天然气要耗水9.5吨，每吨煤制油耗水月10吨，另外，煤化工行业废水存在现有工艺运行成本高、难以达标排放及回用等问题，以及煤化工行业企业的给水、循环冷却水、废水处理等各用水点和处理段分散管理，不能实现高水高用，低水低用，无法实现系统节水、减排、节约新鲜水的目的，处理后的达标水直接排放而循环冷却水系统又大量耗用新鲜水，造成了水资源的极大浪费，严重制约了煤化工产业在干旱地区的发展。
在此背景下，本发明就煤化工行业末端高盐废水的处理，通过多种处理单元的有效结合，提出一种技术可靠、经济、稳定的煤化工高盐废水处理工艺，使所有高盐废水全部实现回用，并对水中的硫酸钠和氯化钠进行分质结晶得到满足行业标准的盐，最终使系统杂盐率控制在总盐量20％以下，降低杂盐的处理费用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，能将高盐废水经处理后的产水全部回用于循环冷却水系统，分质结晶得到的氯化钠和硫酸钠分别满足行业回用要求，并使系统杂盐率控制在总盐量15％以下，从而降低煤化工末端高盐废水对外部环境的影响。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其集成处理工艺分别由除硬除硅单元、高级氧化复合有机物脱除单元、除浊及深度软化单元、膜减量及浓缩单元、盐硝分离单元和蒸发结晶单元这五部分组成，所述集成处理方法具体包括以下步骤：
S1、首先将煤化工高盐废水经除硬除硅单元进行处理，煤化工高盐废水通入均质调节池中进行水质和水量调节后，被泵提升进入高效絮凝沉淀池，再通过分别投加除硅剂、除氟剂、碱和碳酸钠将废水中的钙镁离子和二氧化硅变成碳酸钙、氢氧化镁和二氧化硅胶体物质，并通过投加絮凝剂和助凝剂，将沉淀物在此进行去除，降低后续处理单元的结垢污堵，降低水中的氟的含量，降低对设备的腐蚀；
S2、由于来水COD含量较高，为了避免COD对膜系统的污堵及得到的盐的纯度，对来水进行有机物的降解，废水含盐量较高，单一的常规氧化技术由于受水中氯离子、硫酸根离子等的影响，有机物的去除率大幅度下降，通过采用高级氧化复合有机物脱除单元内的UV光解技术与臭氧催化氧化技术相耦合的NCUO技术，在紫外线的照射及臭氧和催化剂的作用下，水中产生大量的HO-(羟基自由基)、H+、eaq-(水合电子)和O3活性体，这些活性中间体再与水中有机物发生亲核、亲电和电子转移反应，引起水中有机物的降解和矿化，并使其TOC浓度降低，最终达到降解水中TOC的目的；
S3、将步骤S2有机物降解后的水通过除浊及深度软化单元内的机械过滤和离子软化的组合工艺进行进一步的除硅软化处理，使其满足膜浓缩系统的进水，确保系统的稳定运行，为了降低系统的投资成本，然后经预处理后的高盐水利用膜减量及浓缩单元内的反渗透方法进行一次浓缩处理，之后利用盐硝分离单元内的盐硝分离膜进行膜法分盐，得到以氯化钠和硫酸钠为主的两种废水，由于得到的氯化钠为主的废水TDS为26000mg/L,因此采用高压反渗透进行再一次的浓缩，将含盐量浓缩至96500mg/L后利用MED三效蒸发进行蒸发处理，得到99.5％以上纯度的氯化钠，之后排入蒸发结晶单元内的冷冻结晶单元中；
S4、经步骤S3盐硝分离膜得到的硫酸钠为主的废水含盐量在74000mg/L，如直接进入冷冻结晶单元由于硫酸钠的浓度较低，硫酸钠的产量太低，然后采用二次热法浓缩处理方法，根据氯化钠、硫酸钠和水三项体系在一定温度下的曲线图，将浓缩倍数控制在3.2倍，之后进入冷冻结晶装置，结晶温度控制在0℃，得到的十水硫酸钠进行蒸发脱水，并且得到99％以上纯度的无水硫酸钠，离心母液进入三效蒸发器得到98.5％以上纯度的氯化钠，最终离心母液采用喷雾干燥进行干燥处理，使系统的杂盐产量控制在总系统含盐量的15％以下。
优选的，所述步骤S1中除硬除硅单元设置两级沉淀池，来解决由于除硅和除硬所控制的PH值有所差异的问题。
优选的，所述步骤S3中MED三效蒸发的第三效蒸发温度控制在60-10℃，离心母液中硫酸钠的浓度控制在4％-5％范围内。
优选的，所述蒸发结晶单元是由氯化钠蒸发结晶装置、硫酸钠冷冻结晶蒸发脱水装置及硫酸钠结晶母液蒸发结晶单元组成。
优选的，所述步骤S1中的絮凝剂为硫酸铝、氯化铝、硫酸铁或氯化铁中的一种或多种的组合。
优选的，所述步骤S1中助凝剂为粉煤灰或粘土中的一种或两组的组合。
(三)有益效果
本发明提供了一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，通过多种处理工艺的有效结合及改进优化，大大提升了系统的运行的稳定性、经济型和合理性，通过本集成工艺处理后可将95％以上的废水作为新生水回用于生产系统，减少了企业对新鲜水的用量，节约了水资源，达到了绿色节能目标，经本集成工艺处理后的煤化工末端高盐废水最终全部回用于循环水系统，回用率达到95％以上，并采用“膜法分盐—热法分盐”的耦合分盐工艺，得到满足行业标准的硫酸钠和氯化钠，使系统杂盐产量在总盐量的15％以下，减少了无机盐的外排量，保护了环境，技术应用推广前景广阔，社会和经济效益都非常显著。
(2)、该煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，通过本集成工艺处理后根据盐的类别和纯度得到：99％以上的硫酸钠、99.5％以上的氯化钠和98.5％以上的氯化钠，根据盐的纯度分类别实现资源化利用，降低了杂盐作为危废的处置费用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明实施例的膜减量及浓缩、盐硝分离和蒸发结晶工艺流程图；
图3为本发明实施例的除硬除硅、高级氧化复合有机物脱除和除浊及深度软化工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例提供一种技术方案：一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其集成处理工艺分别由除硬除硅单元、高级氧化复合有机物脱除单元、除浊及深度软化单元、膜减量及浓缩单元、盐硝分离单元和蒸发结晶单元这五部分组成，集成处理方法具体包括以下步骤：
S1、首先将煤化工高盐废水经除硬除硅单元进行处理，煤化工高盐废水通入均质调节池中进行水质和水量调节后，被泵提升进入高效絮凝沉淀池，再通过分别投加除硅剂、除氟剂、碱和碳酸钠将废水中的钙镁离子和二氧化硅变成碳酸钙、氢氧化镁和二氧化硅胶体物质，并通过投加絮凝剂和助凝剂，将沉淀物在此进行去除，降低后续处理单元的结垢污堵，降低水中的氟的含量，降低对设备的腐蚀，煤化工高盐废水一般来水硬度和硅含量较高，为了确保后期工艺稳定运行，本工艺采用复合除硅除硬药剂并配合使用絮凝剂和助凝剂，可有效的将硬度控制在150mg/L以下，硅含量控制在5mg/L以下，同时经过该处理工段后，将H+、HCO3-等高级氧化的抑制剂离子进行消除，单元出水的碱性环境也为高级氧化提供了最佳的运行环境；
S2、由于来水COD含量较高，为了避免COD对膜系统的污堵及得到的盐的纯度，对来水进行有机物的降解，废水含盐量较高，单一的常规氧化技术由于受水中氯离子、硫酸根离子等的影响，有机物的去除率大幅度下降，通过采用高级氧化复合有机物脱除单元内的UV光解技术与臭氧催化氧化技术相耦合的NCUO技术，在紫外线的照射及臭氧和催化剂的作用下，水中产生大量的HO-(羟基自由基)、H+、eaq-(水合电子)和O3活性体，这些活性中间体再与水中有机物发生亲核、亲电和电子转移反应，引起水中有机物的降解和矿化，并使其TOC浓度降低，最终达到降解水中TOC的目的；
S3、将步骤S2有机物降解后的水通过除浊及深度软化单元内的机械过滤和离子软化的组合工艺进行进一步的除硅软化处理，使其满足膜浓缩系统的进水，确保系统的稳定运行，为了降低系统的投资成本，然后经预处理后的高盐水利用膜减量及浓缩单元内的反渗透方法进行一次浓缩处理，之后利用盐硝分离单元内的盐硝分离膜进行膜法分盐，得到以氯化钠和硫酸钠为主的两种废水，由于得到的氯化钠为主的废水TDS为26000mg/L,因此采用高压反渗透进行再一次的浓缩，将含盐量浓缩至96500mg/L后利用MED三效蒸发进行蒸发处理，得到99.5％以上纯度的氯化钠，之后排入蒸发结晶单元内的冷冻结晶单元中，由于经化学沉淀法除硅除硬后的废水大部分钙镁离子和硅以沉淀物的方式沉淀，还有部分细小颗粒无法通过重力沉淀的方式去除，因此在微碱性环境下通过机械过滤的方式对废水进行过滤，进一步降低了悬浮物和钙镁离子等对膜减量单元的污堵，膜减量及浓缩单元分别为经预处理后为了降低后续盐硝分离处理单元投资而设置的膜减量单元，以及盐硝分离后一价侧的废水的物化浓缩装置和二价侧废水的热法浓缩装置，由于普通反渗透膜投资比分盐纳滤膜要低好多，因此经预处理后的废水先采用反渗透膜进行一次减量化处理，回收率根据来水的TDS确定；经盐硝分盐后一价侧废水硬度和有机物等很少，因此采用电渗析或高压反渗透膜进行浓缩处理，确保蒸发结晶系统的水含盐量在100000mg/L以上，降低了蒸发结晶系统的投资和运行成本，盐硝分盐后二价侧废水含盐量一般控制在50000mg/L以上，如果直接进入后续冷冻结晶单元，硫酸钠产量较低，而由于浓度较高无法采用常规的物化方法进行浓缩，因此本集成工艺采用了热法浓缩装置，浓缩倍数根据“水—氯化钠—硫酸钠”三相体系的饱和浓度来控制，本集成工艺的核心工艺是采用“膜分盐+热法分盐”的耦合分盐工艺，盐硝分离单元是采用高二价离子截留率和低一价离子截留率的反渗透膜，利用膜对一价离子和二价离子不同的截留率进行硫酸钠和氯化钠的初次分离；
S4、经步骤S3盐硝分离膜得到的硫酸钠为主的废水含盐量在74000mg/L，如直接进入冷冻结晶单元由于硫酸钠的浓度较低，硫酸钠的产量太低，然后采用二次热法浓缩处理方法，根据氯化钠、硫酸钠和水三项体系在一定温度下的曲线图，将浓缩倍数控制在3.2倍，之后进入冷冻结晶装置，结晶温度控制在0℃，得到的十水硫酸钠进行蒸发脱水，并且得到99％以上纯度的无水硫酸钠，离心母液进入三效蒸发器得到98.5％以上纯度的氯化钠，最终离心母液采用喷雾干燥进行干燥处理，使系统的杂盐产量控制在总系统含盐量的15％以下。
本发明，步骤S1中除硬除硅单元设置两级沉淀池，来解决由于除硅和除硬所控制的PH值有所差异的问题。
本发明，步骤S3中MED三效蒸发的第三效蒸发温度控制在60-10℃，离心母液中硫酸钠的浓度控制在4％-5％范围内。
本发明，蒸发结晶单元是由氯化钠蒸发结晶装置、硫酸钠冷冻结晶蒸发脱水装置及硫酸钠结晶母液蒸发结晶单元组成，由于纳滤一价侧废水水质较好，基本不含COD等污染物，因此该部分废水经蒸发结晶处理后得到的氯化钠纯度较高，可达到99.5％以上，二价侧废水通过冷冻结晶(-5—0℃)后得到芒硝并经加水稀盐蒸发脱水后得到99％以上无水硫酸钠；冷冻结晶母液由于含有一定量的有机物等，因此单独设置蒸发结晶单元，得到纯度在98.5％以上的氯化钠，最终离心母液经干燥设备干燥后得到杂盐，本单元的核心工艺是根据“水—氯化钠—硫酸钠”三相体系中总的含盐量不超过30％，来控制三相体系中氯化钠和硫酸钠在一定温度下的浓度；同时将氯化钠离心母液回流至冷冻结晶装置，使二价侧硫酸钠的浓度升高，提高了硫酸钠的产盐量，降低了杂盐的产量。
本发明，步骤S1中的絮凝剂为硫酸铝、氯化铝、硫酸铁或氯化铁中的一种或多种的组合。
本发明，步骤S1中助凝剂为粉煤灰或粘土中的一种或两组的组合。
本集成工艺以某煤制气100m3/h高盐废水为例，具体工艺结构如下表1所示。
表1工程进出水水质情况表
本发明通过采用本集成工艺，出水完全可以满足循环水补水的水质要求，系统水回收率可达95％以上，产生的盐满足《煤化工副产工业硫酸钠》(T/CCT001-2019)和《煤化工副产工业氯化钠》(T/CCT002-2019)新标准，系统最终杂盐产量控制在总盐量的15％以下，装置运行完全稳定，因此本集成工艺可行。
本发明通过多种处理工艺的有效结合及改进优化，大大提升了系统的运行的稳定性、经济型和合理性，通过本集成工艺处理后可将95％以上的废水作为新生水回用于生产系统，减少了企业对新鲜水的用量，节约了水资源，达到了绿色节能目标，经本集成工艺处理后的煤化工末端高盐废水最终全部回用于循环水系统，回用率达到95％以上，并采用“膜法分盐—热法分盐”的耦合分盐工艺，得到满足行业标准的硫酸钠和氯化钠，使系统杂盐产量在总盐量的15％以下，减少了无机盐的外排量，保护了环境，技术应用推广前景广阔，社会和经济效益都非常显著，通过本集成工艺处理后根据盐的类别和纯度得到：99％以上的硫酸钠、99.5％以上的氯化钠和98.5％以上的氯化钠，根据盐的纯度分类别实现资源化利用，降低了杂盐作为危废的处置费用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其特征在于：其集成处理工艺分别由除硬除硅单元、高级氧化复合有机物脱除单元、除浊及深度软化单元、膜减量及浓缩单元、盐硝分离单元和蒸发结晶单元这五部分组成，所述集成处理方法具体包括以下步骤：
S1、首先将煤化工高盐废水经除硬除硅单元进行处理，煤化工高盐废水通入均质调节池中进行水质和水量调节后，被泵提升进入高效絮凝沉淀池，再通过分别投加除硅剂、除氟剂、碱和碳酸钠将废水中的钙镁离子和二氧化硅变成碳酸钙、氢氧化镁和二氧化硅胶体物质，并通过投加絮凝剂和助凝剂，将沉淀物在此进行去除；
S2、采用高级氧化复合有机物脱除单元内的UV光解技术与臭氧催化氧化技术相耦合的NCUO技术，在紫外线的照射及臭氧和催化剂的作用下，水中产生大量的HO-、H+、eaq-和O3活性体，这些活性中间体再与水中有机物发生亲核、亲电和电子转移反应，引起水中有机物的降解和矿化，并使其TOC浓度降低，最终达到降解水中TOC的目的；
S3、将步骤S2有机物降解后的水通过除浊及深度软化单元内的机械过滤和离子软化的组合工艺进行进一步的除硅软化处理，使其满足膜浓缩系统的进水，然后经预处理后的高盐水利用膜减量及浓缩单元内的反渗透方法进行一次浓缩处理，之后利用盐硝分离单元内的盐硝分离膜进行膜法分盐，得到以氯化钠和硫酸钠为主的两种废水，由于得到的氯化钠为主的废水TDS为26000mg/L,因此采用高压反渗透进行再一次的浓缩，将含盐量浓缩至96500mg/L后利用MED三效蒸发进行蒸发处理，得到99.5％以上纯度的氯化钠，之后排入蒸发结晶单元内的冷冻结晶单元中；
S4、经步骤S3盐硝分离膜得到的硫酸钠为主的废水含盐量在74000mg/L，然后采用二次热法浓缩处理方法，根据氯化钠、硫酸钠和水三项体系在一定温度下的曲线图，将浓缩倍数控制在3.2倍，之后进入冷冻结晶装置，结晶温度控制在0℃，得到的十水硫酸钠进行蒸发脱水，并且得到99％以上纯度的无水硫酸钠，离心母液进入三效蒸发器得到98.5％以上纯度的氯化钠，最终离心母液采用喷雾干燥进行干燥处理，使系统的杂盐产量控制在总系统含盐量的15％以下。
2.根据权利要求1所述的一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其特征在于：所述步骤S1中除硬除硅单元设置两级沉淀池。
3.根据权利要求1所述的一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其特征在于：所述步骤S3中MED三效蒸发的第三效蒸发温度控制在60-10℃，离心母液中硫酸钠的浓度控制在4％-5％范围内。
4.根据权利要求1所述的一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其特征在于：所述蒸发结晶单元是由氯化钠蒸发结晶装置、硫酸钠冷冻结晶蒸发脱水装置及硫酸钠结晶母液蒸发结晶单元组成。
5.根据权利要求1所述的一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其特征在于：所述步骤S1中的絮凝剂为硫酸铝、氯化铝、硫酸铁或氯化铁中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种煤化工高盐废水零排放的新型集成处理方法，其特征在于：所述步骤S1中助凝剂为粉煤灰或粘土中的一种或两组的组合。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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