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摘要:
煤化工废水是一种极难降解的废水，它所引起的水污染问题严重制约了该行业的发展，它的处理也一直是国内外工业废水处理领域的一大难题。由于国内的煤化工废水的深度处理存在着投资大，操作费用高等问题和弊端，大多煤化工废水未进行深度处理。本文介绍了纳滤+盐水分离器的双膜法水处理工艺的技术特点及在煤化工行业RO浓盐水中高效安全处理中的应用。该工艺的实施不仅使企业大量产生的RO浓盐水可以回收利用，提高水的回用率，大幅度减少水资源消耗量，而且可以有效解决影响企业发展的环境保护、安全运行、设备腐蚀等问题，实现企业废水零排放的目标。
关键词:
煤化工;RO浓盐水;纳滤;盐水分离器
前言
煤化工是以煤为原料，通过一系列化学反应，将其转化为气体、液体、固体燃料及生产出各种化学化工品的工业［1］。煤化工行业因耗水量大、废水成分复杂、处理难度大而成为环保治理的重点。对于该废水的处理，通常可分为一级处理即预处理，主要包括隔油、气浮等方法，以及对废水中的酚类及氨氮等物质进行回收处理;二级处理主要为生化处理;深度处理方法主要有混凝法、高级氧化法等。吴翠荣［2］采用隔油－气浮－脱酚－蒸氨工艺对鲁奇炉气化废水进行预处理;陈莉荣等［3］采用PACT法处理煤制油含油废水，并对工艺条件和去除效果进行了试验研究;袁敏［4］采用两级外循环厌氧反应器对中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司的气化废水及甲醇废水进行处理研究;韩超［5］采用“砂滤－O3氧化－MBR/粉末活性炭(PAC)”组合工艺对煤气废水进行深度处理，出水回用至循环水系统;韩洪军等［6］对东北某气化厂的废水采用水解外循环厌氧系统－二级接触氧化池－脱氨池组合工艺进行处理;王俊洁等［7］研究了高效混凝沉淀技术在煤化工废水SS处理中的应用。双膜法(纳滤+盐水分离器)技术，既可将煤化工浓盐水回用于生产系统，节约水资源，使企业增加经济效益和社会效益，又治理了环境污染，帮助企业真正实现“零排放”目标。
1双膜法优化设计
在煤化工行业的生产过程中，浓盐废水中盐浓度高且组成复杂，采用常规电渗析处理，存在膜污染严重、能耗高、运行不稳定、自动化程度低等问题，难以满足高盐工业废水处理对电膜脱盐技术的需求。当前，尽管国内有少数采用电渗析或其他膜技术处理高盐工业废水的案例，但运行效果并不理想。因此，构建适用于高盐工业废水治理与回用的整套技术方案及成套装备具有重大意义。通过突破离子膜表面改性而提高膜抗污染性能等关键技术，集成膜堆优化设计、在线监测与过程自动控制技术，研制电膜盐水分离成套装置，最终确定高盐工业废水综合治理采用电膜盐水分离器的技术方案。
1．1延长电极板使用寿命
1．1．1电极材料改进
将氯铱酸、三氯化钌、钛酸丁酯、正丁醇和异丙醇配制成独特的钛丝涂层配方，形成一套独特的涂层烘烤工序。通过改进配方和加工工序，使涂层的金属含量和厚度都增加1倍，使用此钛丝作为极板的电极材料，在正常操作条件下可延长电极使用寿命。
1．1．2极板改进
通过改进极板框架、大小马头和底板的焊接次序，包括将底板整体与框架焊接、底板与大马头的中间截断与重新焊接等工艺，使底板和大马头形成有效加固整体，防止因压力过大水进入到底板与大马头之间的缝隙而引起底板变形，解决底板变形、渗漏等问题，延长极板的使用寿命。
1．1．3独特的流道设计
通过设计嵌入式的水道，克服浓淡水的相互渗漏及减小膜堆内部短路与漏电问题，使极板本身更加简洁和方便维护。通过改进进水与出水的极水引水口朝向与排列，促进极板中空气的有效排出，同时有利于极板里极水和固体沉淀物的排出，防止电极断路、堵塞等问题，提高电极与极板整体的使用寿命。
1．2优化隔板设计
在膜堆的阴、阳膜之间放置隔板，作用一是作为膜的支撑体，使两层膜之间保持一段距离;二是作为水流通道，使两层膜之间的流体均匀分布，同时依靠水流的涡流作用，减少薄膜表面的滞流层，以达到提高脱盐效果和减小耗电量的目的。通过在隔板流道中黏贴或热压上一定形式的隔网，对隔板加工工艺进行改进，使液体产生紊流，起到支撑和强化搅拌的作用。通过采用热熔黏贴技术保证隔网长期使用，使其不易变形、抗压能力强、使用寿命长，从而达到提高脱盐效果和减小耗电量的目的。
1．3降低运行功耗
开发新型电膜盐水分离装置，在线监测、系统状态诊断、过程自动控制等方面的关键参数得以改进，从而降低电膜盐水分离器的运行功耗。
2双膜法工艺简介
煤化工行业中水回用产生的RO浓水自流进系统原水调节池内，进行水质和水量调节后，用潜水提升泵送入高效沉淀池，在高效沉淀池内通过投加石灰和Na2CO3等药剂，使大部分钙、镁离子反应转化成碳酸盐和氢氧化镁沉淀去除，沉淀后的钙渣通过污泥提升泵送入厢式压滤机浓缩压渣处理，污泥泥饼外运，滤液回流至浓排水收集调节池。高效沉淀池出水通过输送加压泵依次送入多介质过滤器、活性炭过滤器和精密过滤器，RO浓盐水中的绝大部分悬浮物、COD及胶体物质被过滤器截留，达到纳滤装置进水的处理要求后，经纳滤原水箱送入纳滤装置，去除小部分一价离子和二价离子及分子量在200～1000的离子物质(纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间)后进入盐水分离器原水罐。纳滤浓缩后的浓水中含有大量的二价离子和大分子的物质。为确保系统的产水率，需将浓水回送至沉淀池继续处理。纳滤对一价离子的去除率较差，进入盐水分离器原水罐的纳滤淡水需送入盐水分离器装置进行继续处理，利用盐水分离器特定的离子迁移方法去除水中的一价离子。通过盐水分离器的迁移一价离子的机理，可以将纳滤产水中的一价离子物质迁移出来，使淡水电导率等指标达标，淡水净化后送入合格水罐回收利用。处理后的出水水质高于循环水补充水水质要求，从合格水罐送入循环冷却水系统。盐水分离器的浓水循环浓缩后的高浓度盐水进行无害化处理或进入MVR蒸发结晶装置，达到企业的零排放要求。
3双膜法技术特点
电膜盐水分离装置在膜材料抗污染性能、隔板流道设计、在线监测与自动控制等方面具有独特性，与国内同类产品相比，具有运行成本低，回用率高等优点。
3．1装置运行稳定
选用国内先进成熟产品，关键设备选用进口元器件，可靠性高，便于现代化管理，系统单元集中控制，减轻劳动强度，减少设备造价。装置设计与系统应用灵活，根据不同的条件要求，可以灵活地采用不同形式的系统设计，整个操作简单，易于实现机械化和自动化控制。纳滤膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题，能够去除废水中的盐分，降低废水对装置的腐蚀。
3．2能量消耗低
由于系统处理过程无相变，始终处于常温状态，能耗低，运行成本低。纳滤膜对有机物和盐类的分离效果很好，分离过程无任何化学反应，无需加热，无相变化，因而能低耗运行。盐水分离器过程无相变，在一定的含盐量条件下，用清洁能源电力将水中已离解的离子迁移掉，动力耗电也较低，在常温下进行，产品性能影响小，经济效益显著，是目前比较经济的水处理技术之一。
3．3无环境污染
该工艺对杂质的去除效率高，产水质量好于传统方法，减少化学药剂的使用，避免二次污染。盐水分离器运行时，工艺过程洁净，不用酸、碱频繁再生，也不需要加入其他药剂，仅在定时清洗时用少量的酸，即可实现提取有价值成分，达到分离、净化、提纯和精制产品的目的，对环境基本无污染。与高压反渗透相比，没有高压泵的强烈噪声，有利于实现清洁文明生产。
3．4使用寿命长
装置预处理工艺简便，设备经久耐用，操作维修方便，运行管理方便，易于实现自动控制。在运行过程中，控制电压、电流、浓度、流量、压力与温度几个主要参数，可保证稳定运行。自主设计、优化了超滤装置控制参数，处理过程中纳滤装置的渗透压不高，有利于纳滤工艺系统的稳定运行和提高膜的寿命。整套装置经济效益明显，适应性强、管理简单、运行稳定，充分保证出水质量达标。
4应用实例
贵州开磷集团息烽合成氨有限责任公司是国内大型化工企业，位于贵阳市息烽县小寨坝镇，生产装置能力为年产合成氨60万t、甲烷5万t、硝酸15万t、硝酸铵12万t、硫磺1万t。2011年9月江苏华晖环保科技有限公司与该公司联合进行了RO浓盐水处理回用试验合作项目，该项目采用纳滤装置及盐水分离器装置组合的双膜法处理工艺，主要包括高效沉淀池、加药装置、多介质过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、纳滤装置、盐水分离器装置、配电室、自动化控制系统等装置，对产生的工业RO浓盐水进行降低含盐量处理，使RO浓盐水达到回用标准后回收利用，实现企业的RO浓盐水零排放目标。目前采用该工艺的装置已在贵州开磷息烽合成氨公司顺利建成投产，设备运行正常，技术指标完全达到设计要求且优于循环水补水标准。双膜法处理工艺技术方案成熟可靠，工业污水实现闭路循环再利用，最大程度节约水资源，使循环冷却水的外排废水水质满足回用标准要求，不但以高产水率回收利用水资源，减少企业污染物的排放，降低污染物指标，并可免除高额的排污费用，极大的改善周边区域的水质，保证当地人民群众的用水安全，有利于当地经济社会的可持续发展。
5结论
(1)双膜法在延长电极板使用寿命、优化隔板设计和降低运行功耗等方面进行了优化设计，大幅提高了RO浓盐废水的处理能力，节约了处理成本。
(2)双膜法在处理煤化工废水中具有装置运行稳定、能量消耗低、无环境污染、使用寿命长等技术特点。
(3)双膜法已成功应用于贵州开磷集团息烽合成氨有限责任公司RO浓盐水的处理，设备运行稳定，污染物指标降低明显，经济效益显著。
(4)浓盐水经净化处理后作为补充水回用到循环冷却水系统中，是实现真正意义上的“零排放”。采用双膜法工艺对煤化工行业产生的浓盐水进行处理和回收利用，在投资、运行、维护方面具有诸多优势，符合国家“十二五”环保节能规划的重点纲要，在电力、炼油、石化、冶金、钢铁、化工、化肥、造纸、农药、环保等行业的工业废水净化处理中具有一定的推广应用价值。
作者：罗汉东 凌华存 单位：江苏华晖环保科技有限公司
参考文献:
［1］马中学，杨军．煤化工技术的发展与新型煤化工技术［J］．甘肃石油和化工，2007，12(4):1－5．
［2］吴翠荣．煤气化废水深度处理技术研究［J］．工业水处理，2012，32(5):73－75．
［3］陈莉荣，杨艳，尚少鹏．PACT法处理煤制油低浓度含油废水试验研究［J］．水处理技术，2011，37(11):63－65．
［4］袁敏．两级厌氧工艺预处理煤化工废水的研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2010．
［5］韩超．煤气废水深度处理工艺的研究［D］．北京:北京林业大学，2011．
［6］韩洪军，李慧强，杜茂安，等．厌氧/好氧/生物脱氨工艺处理煤化工废水［J］．中国给水排水，2010，26(6):75－77．
［7］王俊洁，刁伟明．高效混凝沉淀技术在煤化工废水处理中的应用［J］．辽宁化工，2010，39(7):714－715
