膜处理技术在煤化工废水中的应用.pdf

6总结随着物联网尧大数据尧云计算尧移动互联网等新一代信息技术的发展袁 数字化转型成为企业核心战略和提质增效的必然选择遥 企业在智能工厂的规划设计中袁 要对现有目标和未来战略有清醒的认识袁数字化尧信息化尧智能化的升级路线一定要适合企业发展阶段的现实需求和长远规划遥智慧盐田建设给海晶公司带来了前所未有的机遇袁充分证明了野科学技术是第一生产力冶遥通过智慧盐田建设袁海晶公司将彻底摆脱传统制盐模式袁打造一种新型数字制盐新模式袁领跑行业发展袁实现公司高质量发展遥 未来袁盐田制盐将会呈现以下发展趋势遥 1冤现场作业无人化遥 制卤尧塑苫尧活碴尧收盐尧运输等室外作业全部自动化尧无人化遥 2冤调度监控可视化遥 人尧机尧料尧环等生产要素全透明袁作业现场全在线遥 3冤运行维护自动化遥人员管理尧设备运维尧物料调度尧气象监测等自动完成遥 4冤生产管理智慧化遥 大数据分析各类报表袁为生产研判尧设备保养尧人员调配等提供数字依据袁实现智慧制盐遥第37卷第4期2023年7月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.37No.4Jul.2023膜处理技术在煤化工废水中的应用于若鹏袁郝燕（北京碧水源膜科技有限公司，北京 101407）摘要院本文介绍了膜处理技术在煤化工废水中的应用。煤化工废水具有高污染、高盐度的特点，会对自然生态系统造成极大威胁。膜处理技术作为一种分离技术，在煤化工废水的回用和零排放中起到重要作用。目前在煤化工废水领域中常用的膜技术有超滤、纳滤、反渗透、正渗透。本文对上述四种技术的原理及特点进行了归纳，结合实验测试结果及工程应用案例分析了膜处理技术的关键工艺及问题，为进一步深入研究煤化工废水的处理起指导作用。关键词院煤化工；膜技术；超滤；纳滤；反渗透；正渗透doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.04.002中图分类号院 TQ09文献标志码院 A文章编号院1008-1267(2023)04-0004-04收稿日期：2022-12-19作者简介院于若鹏（1993-），男，研发工程师，从事水处理及膜产品开发工作。煤炭作为一种重要的工业能源袁在我国能源产业占据重要地位1遥 我国能源结构具有煤多尧气少尧油少的特点2袁煤化工产业可将煤炭转化为固体尧液体尧气体燃料及各种化学制品遥 因此袁煤化工产业的发展可缓解能源安全问题袁对中国的能源供给具有重大意义遥 煤化工产业多处于水资源缺乏的地区袁耗水量大袁产生的废水是一种高浓度难处理的有机废水遥 煤化工废水造成的环保问题是限制煤化工产业发展的一大障碍袁高效处理煤化工废水成了煤化工项目可持续发展的关键因素遥1煤化工废水煤化工是以煤炭为原料袁通过多种物理化学加工工艺将原煤转化为各种气体尧液体和固体燃料3袁同时生产化学制品袁新型煤化工产业的主要产品有液化石油气尧汽油尧柴油尧甲醇等遥 煤炭作为我国的重要燃料袁目前约有一半消耗在火力发第 37 卷第 4 期电中袁直接燃烧利用率低袁造成资源严重浪费袁且大量燃烧导致烟尘及 CO2直接排放至空气中造成环境污染遥 因此袁将煤炭通过煤化工产业转换为燃料不仅能提高煤炭的利用效率袁还能降低煤炭直接燃烧造成的污染遥根据不同生产工艺及产品形态袁煤化工废水可划分为焦化废水尧气化废水及液化废水4遥 煤焦化工艺产生的产品主要为焦炭和煤气袁生产时干馏的冷凝水会溶解大量有机可溶性物质遥 煤气在净化过程中也会产生大量有机废水袁在苯和焦油的制备过程中也会产生含有大分子有机物的有机废水遥 煤的气化是原煤与氧气尧水蒸气等在炉中发生反应袁生产出煤气的过程遥 气化工艺废水主要来源于煤气洗涤与冷却袁原料煤中的硫尧氯尧氮及金属元素在气化后会形成可溶性有害物质袁在洗涤和冷却过程中被排入废水中遥 煤的液化是通过化学工艺将原煤转化为液体燃料袁废水主要来源于产品的分离尧清洗用水及排空废水遥 总之袁煤化工废水来源于工业生产的各个工艺袁成分非常复杂袁但主要以高浓度洗涤废水为主5遥煤化工废水的水量大尧污染浓度高尧成分复杂尧可生化性差袁具备一般工业废水的普遍特点遥随着煤化工产业的快速发展袁煤化工废水的排放量日益增大袁给环境造成了巨大压力遥 煤化工是典型的用水排水大户袁生产 1t 石油耗水量约 10t袁生产 1m3天然气耗水量约 6t袁生产 1t 甲醇耗水量约 15t袁生产 1t 二甲醚耗水量约 15t6遥 因此袁废水的深度处理与回收利用能大大减小用水负担与排放压力遥 综合排放煤化工废水的污染物浓度高袁不仅含有酚类尧苯类难降解有机物袁还具有氰尧氟尧氯代苯等有害物质遥 废水的 COD 一般为20005000mg/L袁氨氮为 200500mg/L6袁是一种处理难度大袁生物降解性差的有机废水遥 煤化工废水的含盐量高袁根据叶现代煤化工建设项目环境准入条件曳渊试行冤和 GB18598-2001叶危险废物填埋污染控制标准曳等标准袁高盐度的废水已被列为高危险废物袁其含盐量超过 20000mg/L袁TDS 为30000mg/L袁甚至高达 100000mg/L7袁其中盐类以氯化钠尧硫酸钠尧硝酸钠为主遥 根据内蒙古某煤化项目的调研报告袁煤化工浓盐水中无机盐的三大主要来源分别是净水尧原煤及后加药剂袁比例分别为 57.63%尧25.7%和 16.98%2遥2煤化工废水主要处理方法煤化工废水的处理主要有物理化学法尧生物处理法和膜处理法遥 其中物理化学法主要指混凝尧沉淀尧气浮机活性炭吸附等方式袁物化法主要作为废水处理工段的预处理工艺袁能去除煤化工废水中的部分有机物尧颗粒尧金属离子及除油脱酚等3遥 其主要特点为前期投资成本低但后期运行费用高遥 生物法作为煤化工废水处理的主流袁能有效去除废水中的有机物并起到脱氮除磷的效果遥 厌氧生物法可将难降解大分子有机物水解为小分子袁有处理效率高尧水质稳定及运行成本低等特点遥 膜处理法是一种常见的固液分离处理方式袁常作为生物处理的后置工艺袁在煤化工废水中较多应用于超滤尧纳滤尧反渗透尧正渗透中袁具有出水水质稳定尧便于自动化控制及工艺简便等优点遥2.1超滤超滤渊UF冤是一种应用非常广泛的膜分离技术袁在压力的驱动下袁起到固液分离的目的遥 超滤膜孔径范围在 0.0020.010滋m 之间袁 膜孔可截留水中的胶体尧蛋白质尧大分子有机及细菌病毒等8遥 超滤膜在水处理领域优势十分明显袁处理效率高尧运行能耗低且操作简单遥 在煤化工废水的处理中袁 超滤常被作为纳滤与反渗透的预处理工艺袁可降低化学需氧量渊COD冤袁有效降低煤化工浓盐水的浊度遥 杨善远等9在煤化工废水再生及浓盐水处理工艺中提到袁 某煤制油项目废水中袁设置外压式超滤作为反渗透的前置单元可维持反渗透设备的长期稳定运行并延长其污染周期袁减于若鹏等：膜处理技术在煤化工废水中的应用5天津化工2023 年 7 月轻反渗透膜的污染遥 超滤的出水水质优良袁浊度可低于 1NTU袁SDI 小于 3袁 在运行通量为 45L/渊m2窑 h冤的条件下袁可为纳滤膜及反渗透膜提供安全稳定的进水遥 俞彬等10在煤化工废水深度处理及回用工程实例中提到袁采用聚偏氟乙烯渊PVDF冤的中空纤维膜浸没式超滤对煤化工废水进行深度处理袁 净通量为 33.5 L/(m2窑 h)袁 回收率可达90%袁 为后续的反渗透工艺有效去除了浊度与微小颗粒遥2.2纳滤纳滤渊NF冤是近年发展出的一种压力驱动分离膜袁其孔径范围介于超滤与反渗透之间袁仅有0.11.0nm7袁不仅能对不带电荷的小分子有机物及物质进行筛分截留袁还因其表面特征对离子有一定截留性袁 能对带电荷的颗粒进行 Donnan 效应截留11遥 纳滤膜作为近年来膜分离领域的研究热点之一袁有很多优点遥 首先袁其运行能耗低袁操作简单方便曰其次袁纳滤膜占地面积小袁设备紧凑且模块化袁出水水质好曰最后袁与反渗透相比袁纳滤膜孔径更大尧操作压力更低尧抗污染性能更强袁且用在反渗透工艺之前可有效去除水中硬度并延长膜寿命袁可对反渗透膜起到保护作用12遥 煤化工废水通常为高盐废水袁产生于煤气化或液化产品生产过程中的工艺循环污水尧除盐水站给水及锅炉排水等袁溶解性无机盐含量高袁对环境的危害较大遥 纳滤膜对 1尧2 价离子有不同选择性袁常被用做一价氯盐和二价硫酸盐的分离遥 煤化工废水通常是含有大量 NaCl 和 Na2SO4的浓盐水袁一价氯盐可透过纳滤膜进入产水侧袁产水浓缩结晶后可制成氯化钠盐袁 二价硫酸盐被纳滤膜截留袁浓水侧浓缩后可制备硫酸晶体盐13遥 煤化工废水中的盐可通过纳滤技术实现废水的零排放及资源化利用14遥 杨福金等15在宁夏某煤化工废水处理项目中袁 利用纳滤分盐使产水侧的 NaCl 质量分数超过 95%袁 浓水侧的 Na2SO4质量分数超过92%袁分盐效果显著遥 江成广16在煤化工与矿井水浓盐水资源化利用技术开发中提到袁中煤鄂能化公司利用多级加压纳滤分离来截留相对分子质量为 100600 的物质袁 硫酸根截留率大于 90%袁产水侧的氯化钠与硫酸钠溶液的物质的量比可达 40颐1袁 浓水侧硫酸钠与氯化钠物质的量比可达10颐1袁有效起到分盐的作用遥2.3反渗透反渗透渊RO冤是通过压力驱动袁使水从浓溶液流向稀溶液的半透膜袁 压力大小决定了通量大小遥 反渗透膜一般为高分子材质袁膜孔与超微滤及纳滤相比最细袁能够截留 0.1nm 的小分子物质袁仅能使水分子通过遥 由于膜孔精细袁出水效果好袁反渗透常被作为水处理的最后一道深度处理工艺使用袁出水可达到回用标准17遥 煤化工废水水质含盐量比较高袁且含有较多的 COD尧金属离子等物质袁而反渗透技术具有高效脱盐尧产水水量水质稳定尧运行维护方便等优势袁使其成为煤化工废水高级处理及零排放处理的首选工艺遥 新疆某煤化工废水零排放处理工程18采用 RO 膜进行深度处理袁 为后置的 MVR 蒸发结晶工艺降低投资成本遥 RO 膜的进水压力为 1.2MPa袁通量大于 15L/(m3窑 h)袁回收率可达 75%袁脱盐率达到 97%袁有效降低了蒸发结晶装置的规模与投资成本遥李井峰19在某煤化工厂中水回用的项目中袁用反渗透膜组件对回用水进行处理袁 运行压力最高为1.3MPa袁脱盐率可达 98%袁回收率达 85%袁浓水的电导率在 50008000滋S/cm 之间袁清洗周期为 36 个月袁膜寿命超过 3a遥2.4正渗透正渗透渊FO冤技术作为一种前沿水处理技术袁利用了自然界的渗透原理袁水分子透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液迁移直至动态平衡20遥正渗透与其他膜技术不同袁运行过程不需高压驱动袁因此具有能耗低尧膜污染率低尧回收率高等优势遥 在水处理行业袁正渗透膜常被用于海水淡化尧饮用水处理及工业废水的处理中21遥 王波等22利6第 37 卷第 4 期用 FO 膜对不同汲取液华北某地煤制气工厂中的化工废水进行测试后得出结论袁 与 MgCl2和MH4HCO3相比袁NaCl 作为汲取液时袁 渗透压与回收率在接受范围内为最优袁NaCl 的渗透压为13.5MPa袁最大回收率可达 91.1%遥与反渗透相比袁正渗透还处于起步阶段袁技术及工艺条件还在研究与优化中袁工程中正渗透工艺的应用案例鲜有报道袁但随着技术的完善与发展袁正渗透在煤化工废水中的应用潜力巨大遥3结果与展望纵观我国能源行业结构特点袁 富煤贫油少气注定了煤炭依然是主要能源袁 而煤化工的发展为煤炭的综合高效利用提供了重要价值遥 为使该产业走向长期环保可持续的发展道路袁煤化工废水的处理与回用是煤化工行业亟待解决的问题之一遥 现阶段袁膜处理工艺多样尧产水稳定尧运行操作便捷袁是处理煤化工废水的可靠方法袁 也是煤化工厂家处理污水时的首选考虑方案遥 尽管现在膜技术还存在如膜污染尧寿命及成本等一系列的问题和挑战袁 但随着行业的发展与进步袁 膜技术将会在煤化工行业有十分广阔的应用前景遥参考文献:员 SHI J,HUANG W,HAN H,et al.Review on treatment technology of saltwastewater in coal chemical industry of China J.Desalination,2020,493:114640-1-114640-9.2 陈乐.新型煤化工产业发展规划研究D.北京:中国矿业大学,2015.3 陈明翔,高会杰,孙丹凤,等.煤气化废水处理技术及其应用进展J.现代化工,2019,39(12):62-65.4 黄开东,李强,汪炎.煤化工废水“零排放”技术及工程应用现状分析J.工业用水与废水,2012,43(5):1-6.5 陈凌跃.煤化工废水处理技术瓶颈分析及优化与调试D.哈尔滨：哈尔滨工业大学,2015.6 周煜坤.UF-NF-RO 膜技术用于煤化工废水深度回用研究D.北京:北京交通大学,2013.7 李琨.纳滤分离煤化工浓盐水的效能及膜污染机理研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2020.8 AMOSA M K,JAMI M S,ALKHATIB M F R,et al.Technical feasibil-ity study of a low-cost hybrid PAC-UF system for wastewater recla-mation and reuse:a focus on feedwater production for low-pressureboilersJ.Environmental science and pollution research,2016,23(22):22554-22567.9 杨善远,孙继涛,于峥.煤化工废水再生及浓盐水处理工艺J.工业用水与废水,2018,49(5):45-49,66.员0 俞彬,刘凯男,刘秦安,等.煤化工废水深度处理及回用工程实例J.水处理技术,2018,44(3):136-139.员1 LEVENSTEIN R,HASSON D,SEMIAT R.Utilization of the Donnaneffect for improving electrolyte separation with nanofiltration mem-branesJ.Journal of membrane science,1996,116(1):77-92.员2 姚敏,于双恩,金政伟,等.煤化工含盐废水纳滤分盐效果研究J.煤炭加工与综合利用,2020(6):46-50.员3 SHI Y T,MENG X T,YAO L,et al.A full-scale study of nanofiltra-tion:separation and recovery of NaCl and Na2SO4from coal chemi-cal industry wastewaterJ.Desalination,2021,517:115239.员4 黄开东,李强,汪炎.煤化工废水“零排放”技术及工程应用现状分析J.工业用水与废水,2012,43(5):1-6.员5 杨福金,王孝友.煤化工废水“零排放”工艺设计与运行J.安徽化工,2022,48(3):107-109.员6 江成广.煤化工与矿井水浓盐水资源化利用技术开发J.煤化工,2019,47(3):13-16.员7 孟凡.用于苦咸水淡化的纳滤/反渗透工艺运行与优化D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2020.员8 彭向阳.煤化工废水零排放工程中膜集成技术的应用J.水处理技术,2020,46(1):130-133,140.员9 李井峰.膜技术在煤化工污水回用中的应用J.现代化工,2015,35(6):164-167.20 CHOI B G,ZHAN M,SHIN K,et al.Pilot-scale evaluation of FO-ROosmotic dilution process for treating wastewater from coal-firedpower plant integrated with seawater desalination J.Journal ofmembrane science,2017,540:78-87.2员 THIRUVENKATACHARI R,FRANCIS M,CUNNINGTON M,et al.Application of integrated forward and reverse osmosis for coal minewastewater desalination J.Separation and purification technology,2016,163:181-188.22 王波,文湘华,申博.正渗透在煤化工废水零排放处理工艺中的应用研究J.工业水处理,2019,39(5):16-19.于若鹏等：膜处理技术在煤化工废水中的应用7