论文部分内容阅读
摘要：神宁集团煤制油化工项目，对产生的生活、生产、含油、合成污水分别进行预处理后，进入高浓盐水处理工艺，处理后再生水回用于循环水系统和除盐水站作为补充水，蒸发器排放盐卤排至蒸发塘晒干，最终实现废水“零排放”，保证项目安全环保运行。
关键词：煤制油化工；高含盐废水；处理方法及设备选型
随着煤制油化工项目经济效益的不断提高，项目建设速度也在不断加快，导致工业用水量日趋增大，随之带来的废水排放问题日益突出，目前黄河流域盐含量累积已接近生态红线，水资源的短缺及环保法律法规的不断健全，煤化工行业废水的处理及回收利用问题已成为制约行业可持续发展的瓶颈问题。本文结合神宁煤制油项目水处理工艺对目前水处理行业现状、工艺及关键设备选型注意事项进行探究，希望对企业实现减排及零排放提供一些有价值的理论参考。
一、 水处理现状
现代煤化工含盐废水回收处理多从预处理除杂、高盐废水预浓缩、有机物去除、高盐废水分质结晶4个方面展开，回用过程产生的高盐废水具有有机物、盐浓度高，成分复杂，处理难度大、投资运行成本高的特点。目前，国内大唐克旗、新疆庆华、中煤图克、伊犁新天、神华宁煤等煤化工项目多采用自然蒸发、机械压缩蒸发、多效蒸发工艺，进一步处理高盐废水，产生的混合结晶盐组成复杂难以利用，新获得环评批复的煤化工项目多数选择分盐结晶技术路线，神华宁煤在建水处理项目建成后可验证分盐结晶技术路线的经济性和工业实施的可操作性。
二、高含盐水处理方法
（一）膜分离法
膜分离法是处理高含盐废水最常见的一种处理方法，分为反渗透膜法和纳滤膜法。具体如下：第一，反渗透膜法，主要是利用反渗透膜对废水混合液进行过滤，将废水中所含有的一些盐物质以及分子量大于100的有机物进行去除，处理过的废水清水回收率一般在70%左右，虽然使用该方法可以得到较为纯净的产水，但是这种过滤方法易形成生物或化学堵塞，需定期进行冲洗或化学清洗，这种行为会缩短反渗透膜的使用年限，从而增加了废水处理的成本 [1]；第二，纳滤膜法，该方法是近几年新应用于水处理行业的一种过滤高含盐废水的膜分离法，其过滤效果与上述我们所提到的反渗透膜相比还有待改进，该方法在处理废水时，可以将废水中分子量在200-1000之间的有机物质进行过滤，纳滤膜现多用于分盐场所，通过膜的特性将一、二价盐进行分离，然后配合蒸发或冷冻结晶系统进行分质分盐结晶。
（二）热浓缩法
热浓缩法主要是指工作人员在通过利用热能将高含盐溶液进行内的固体进行大幅度的体积浓缩，从而达到废水内盐类物质与混合液体互相分离的状态，工作人员在使用该方法进行废水处理时，通常会使用涉及到一些规格较大的设备因此其消耗的能源也比较高，目前该方法在海水淡化以及一些化工领域中都有所应用，该清水回收率一般可以高达90%，因此热浓缩法也是废水处理作业中比较常见的一种处理方法。
（三）结晶法
结晶法在废水处理的实际应用中也发挥了非常关键性的作用，该方法可以进一步细致地划分为两种不同的类型，具体如下：第一，蒸发结晶法，该方法主要是由热浓缩法逐渐演变而来的，通过蒸发的方式使废水中的盐物质以晶体的形式呈现，通过这种方式达到盐物质浓缩分离的基本目的，该方法运行成本较高，适用于建设场地有限，蒸汽或电较富余的项目，但是对蒸发设备的要求和标准较为严苛[2]；第二，自然结晶法，顾名思义，自然结晶法就是不对废水采取任何的加工措施，令其自然晾晒蒸发结晶，蒸发塘运行成本低廉，适用于建设场地富余，蒸发量远大于将于量的地方。
三、设备选型注意事项
1、 设备管道材质选型
由于煤化工多建设在新疆、内蒙、宁夏等内陆地区，原水来源多为黄河水，其水中氯离子含量较高，同时受煤化工行业的投加原料的影响，煤化工含盐废水水质腐蚀性较强。因此根据进水水质，选择合适的设备管道材质，可以降低项目投资成本，保证企业安全运行。研究表明高盐水对材质造成的腐蚀机理有以下几种：（1）含氧引起的电化学均匀腐蚀，这是高盐水造成碱性腐蚀的主要类型。腐蚀的速度与高盐水的浓度成正比，在浓度达到3%时速度达到最大；另外，腐蚀速度与氧含量，pH 值大小及盐水在管道内的流速也有一定关系；（2）氯离子穿透，由 Cl-点蚀穿透造成管道穿漏；（3）由管道内结成的垢层长期累积引起；（4）管道内部的冲刷机理作用；
高盐水设备管道选型时主要考虑氯离子浓度大小，使用介质温度等，下面以某项目常规膜系统管道选材为例（水温为25℃）：Cl-含量<100mg/L时可选用不锈钢304/304L；100mg/L≤Cl-含量<400mg/L时选用不锈钢316/316L；400mg/L≤Cl-含量<1000mg/L时选用不锈钢904L（EN1.4539）/2205；1000mg/L≤Cl-含量<5000mg/L时选用不锈钢254（EN1.4539）/2205；5000mg/L≤Cl-含量时选用不锈钢2507/TAI；同时对低压管道也可选用碳钢衬胶管、CPVC管等。最好不要选用PPH管，因为热熔成型，漏点较多且变形严重，存在安全隐患。
2、 高盐水密度对泵选型的影响
在高盐水选取泵的叶轮设计（比转数）中通常是根据打纯水（密度1 g/cm？）时的压力、流量设计的，在设计范围内的压力、流量及液体的密度下，其效率最高，当泵输送浓盐水时介质密度变大，泵对液体的离心力成正比增加，泵的压力也成正比增加，压力曲线则向上移动，而泵的功率与压力、流量、及液体的密度成正比的。泵的流量是由叶轮的通道面积与其叶片的角度（β2）及其圆周速度决定的，介质的密度对流量无影响。输送介质密度与常温清水的密度不同时，泵的扬程、流量和效率不变，只有泵功率随介质而变化，可由下式求得：P′=Pρ/ρ′
式中：P′--- 输送介质时轴功率
P ---常温清水时轴功率
P ---输送介质的密度
ρ′---常温清水时的密度
密度改变的时候，流量和扬程是不变的，而功率则与密度成正比变化。因此，在选择输送高盐水的水泵时，需依据准确的介质密度选取，免造成泵轴功率选小，出现小马拉大车的现象，降低泵的效率，烧坏电机。
四、結束语
煤化工行业高含盐废水处理中，要求企业提高认识，增加在处理工艺优化方面的投入，在掌握处理工艺影响因素的基础上，采取针对性的优化手段与方法，加强现场运行管理，确保高含盐废水处理效率的提升。
参考文献：
[1]艾科热木·克热木.煤化工行业高含盐废水的处理方法[J].化工设计通讯，2016，42（11）：112-115.
[2]王姣.煤化工企业高含盐废水处理问题研究[J].煤炭技术，2013，32（11）：229-230.
（作者单位：国能宁煤集团煤制油化工工程建设指挥部）
关键词：煤制油化工；高含盐废水；处理方法及设备选型
随着煤制油化工项目经济效益的不断提高，项目建设速度也在不断加快，导致工业用水量日趋增大，随之带来的废水排放问题日益突出，目前黄河流域盐含量累积已接近生态红线，水资源的短缺及环保法律法规的不断健全，煤化工行业废水的处理及回收利用问题已成为制约行业可持续发展的瓶颈问题。本文结合神宁煤制油项目水处理工艺对目前水处理行业现状、工艺及关键设备选型注意事项进行探究，希望对企业实现减排及零排放提供一些有价值的理论参考。
一、 水处理现状
现代煤化工含盐废水回收处理多从预处理除杂、高盐废水预浓缩、有机物去除、高盐废水分质结晶4个方面展开，回用过程产生的高盐废水具有有机物、盐浓度高，成分复杂，处理难度大、投资运行成本高的特点。目前，国内大唐克旗、新疆庆华、中煤图克、伊犁新天、神华宁煤等煤化工项目多采用自然蒸发、机械压缩蒸发、多效蒸发工艺，进一步处理高盐废水，产生的混合结晶盐组成复杂难以利用，新获得环评批复的煤化工项目多数选择分盐结晶技术路线，神华宁煤在建水处理项目建成后可验证分盐结晶技术路线的经济性和工业实施的可操作性。
二、高含盐水处理方法
（一）膜分离法
膜分离法是处理高含盐废水最常见的一种处理方法，分为反渗透膜法和纳滤膜法。具体如下：第一，反渗透膜法，主要是利用反渗透膜对废水混合液进行过滤，将废水中所含有的一些盐物质以及分子量大于100的有机物进行去除，处理过的废水清水回收率一般在70%左右，虽然使用该方法可以得到较为纯净的产水，但是这种过滤方法易形成生物或化学堵塞，需定期进行冲洗或化学清洗，这种行为会缩短反渗透膜的使用年限，从而增加了废水处理的成本 [1]；第二，纳滤膜法，该方法是近几年新应用于水处理行业的一种过滤高含盐废水的膜分离法，其过滤效果与上述我们所提到的反渗透膜相比还有待改进，该方法在处理废水时，可以将废水中分子量在200-1000之间的有机物质进行过滤，纳滤膜现多用于分盐场所，通过膜的特性将一、二价盐进行分离，然后配合蒸发或冷冻结晶系统进行分质分盐结晶。
（二）热浓缩法
热浓缩法主要是指工作人员在通过利用热能将高含盐溶液进行内的固体进行大幅度的体积浓缩，从而达到废水内盐类物质与混合液体互相分离的状态，工作人员在使用该方法进行废水处理时，通常会使用涉及到一些规格较大的设备因此其消耗的能源也比较高，目前该方法在海水淡化以及一些化工领域中都有所应用，该清水回收率一般可以高达90%，因此热浓缩法也是废水处理作业中比较常见的一种处理方法。
（三）结晶法
结晶法在废水处理的实际应用中也发挥了非常关键性的作用，该方法可以进一步细致地划分为两种不同的类型，具体如下：第一，蒸发结晶法，该方法主要是由热浓缩法逐渐演变而来的，通过蒸发的方式使废水中的盐物质以晶体的形式呈现，通过这种方式达到盐物质浓缩分离的基本目的，该方法运行成本较高，适用于建设场地有限，蒸汽或电较富余的项目，但是对蒸发设备的要求和标准较为严苛[2]；第二，自然结晶法，顾名思义，自然结晶法就是不对废水采取任何的加工措施，令其自然晾晒蒸发结晶，蒸发塘运行成本低廉，适用于建设场地富余，蒸发量远大于将于量的地方。
三、设备选型注意事项
1、 设备管道材质选型
由于煤化工多建设在新疆、内蒙、宁夏等内陆地区，原水来源多为黄河水，其水中氯离子含量较高，同时受煤化工行业的投加原料的影响，煤化工含盐废水水质腐蚀性较强。因此根据进水水质，选择合适的设备管道材质，可以降低项目投资成本，保证企业安全运行。研究表明高盐水对材质造成的腐蚀机理有以下几种：（1）含氧引起的电化学均匀腐蚀，这是高盐水造成碱性腐蚀的主要类型。腐蚀的速度与高盐水的浓度成正比，在浓度达到3%时速度达到最大；另外，腐蚀速度与氧含量，pH 值大小及盐水在管道内的流速也有一定关系；（2）氯离子穿透，由 Cl-点蚀穿透造成管道穿漏；（3）由管道内结成的垢层长期累积引起；（4）管道内部的冲刷机理作用；
高盐水设备管道选型时主要考虑氯离子浓度大小，使用介质温度等，下面以某项目常规膜系统管道选材为例（水温为25℃）：Cl-含量<100mg/L时可选用不锈钢304/304L；100mg/L≤Cl-含量<400mg/L时选用不锈钢316/316L；400mg/L≤Cl-含量<1000mg/L时选用不锈钢904L（EN1.4539）/2205；1000mg/L≤Cl-含量<5000mg/L时选用不锈钢254（EN1.4539）/2205；5000mg/L≤Cl-含量时选用不锈钢2507/TAI；同时对低压管道也可选用碳钢衬胶管、CPVC管等。最好不要选用PPH管，因为热熔成型，漏点较多且变形严重，存在安全隐患。
2、 高盐水密度对泵选型的影响
在高盐水选取泵的叶轮设计（比转数）中通常是根据打纯水（密度1 g/cm？）时的压力、流量设计的，在设计范围内的压力、流量及液体的密度下，其效率最高，当泵输送浓盐水时介质密度变大，泵对液体的离心力成正比增加，泵的压力也成正比增加，压力曲线则向上移动，而泵的功率与压力、流量、及液体的密度成正比的。泵的流量是由叶轮的通道面积与其叶片的角度（β2）及其圆周速度决定的，介质的密度对流量无影响。输送介质密度与常温清水的密度不同时，泵的扬程、流量和效率不变，只有泵功率随介质而变化，可由下式求得：P′=Pρ/ρ′
式中：P′--- 输送介质时轴功率
P ---常温清水时轴功率
P ---输送介质的密度
ρ′---常温清水时的密度
密度改变的时候，流量和扬程是不变的，而功率则与密度成正比变化。因此，在选择输送高盐水的水泵时，需依据准确的介质密度选取，免造成泵轴功率选小，出现小马拉大车的现象，降低泵的效率，烧坏电机。
四、結束语
煤化工行业高含盐废水处理中，要求企业提高认识，增加在处理工艺优化方面的投入，在掌握处理工艺影响因素的基础上，采取针对性的优化手段与方法，加强现场运行管理，确保高含盐废水处理效率的提升。
参考文献：
[1]艾科热木·克热木.煤化工行业高含盐废水的处理方法[J].化工设计通讯，2016，42（11）：112-115.
[2]王姣.煤化工企业高含盐废水处理问题研究[J].煤炭技术，2013，32（11）：229-230.
（作者单位：国能宁煤集团煤制油化工工程建设指挥部）