GE工业废水零排放技术简介

1GE工业废水零排放技术简介GE水处理水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。工业取水量占全国取水量的20%，其中主要的高耗水行业为火力发电，纺织，造纸，钢铁和石油化工工业。近年来由于石油价格居高不下，煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。煤化工行业的发展对于缓解中国石油、天然气等优质能源供求矛盾，促进钢铁、化工、轻工和农业的发展，发挥了重要的作用。但是煤化工产业发展的“潮涌现象”给环境与资源造成了巨大的压力。为进一步加强工业节水工作，缓解我国水资源的供需矛盾，遏制水环境恶化的势头，促进工业经济与水资源及环境的协调发展，2005年颁布的《中国节水技术政策大纲》首先提出了发展外排废水回用和“零排放”技术的要求。2007年11月国家新颁布的《国家环境保护“十一五”规划》更明确要求在钢铁、电力、化工、煤炭等重点行业推广废水循环利用，努力实现废水少排放或零排放。1970年，美国国家污染物排放清除法案（NPDES）首先对废水零排放提出了明确的规定和要求，美国电力研究中心（EPRI）更进一步将工厂废水零排放定义为“电厂不向地面水域排放任何形式的水(排出或渗出)，所有离开电厂的水都是以湿气的形式或是固化在灰或渣中”。基于降膜式种盐法的蒸发零排放解决方案首先在美国被火力发电行业所采用，该技术的应用真正实现了工业废水的零排放。三十多年来，该技术推广应用至世界各地需要采用废水零排放解决方案的各行业。应用包括火力发电厂、煤炭工业、煤化工、石油化工、造纸、冶金，城市垃圾填埋场渗滤液，油砂开采等行业，成功案例多达200多项，如1983年南非萨索尔（Sasol）在塞康达的煤间接液化和煤化工项目园区、波兰Debiensko煤矿的高含盐矿井排水、墨西哥石油公司（Pemex）的数座位于缺水地区的炼油厂项目等均采用机械压缩蒸发技术，实现了全厂废水零排放。尤其是近年来，在北美加拿大阿尔伯特的油砂开采过程中的含油污水的回用及零排放应用，在满足生态环境保护的同时，带来了显著的经济效益。工业废水的零排放解决方案是项系统工程，首先在项目设计阶段或工厂运行过程当中通过工厂内部的工艺优化，采用节水工艺等措施提高用水效率，降低生产水耗。并充分采用反渗透膜（RO），电渗析2（EDR），超滤（UF）和膜反应器（MBR）工艺等技术将生产废水充分回收利用后，所剩余的高含盐废水采用蒸发工艺进行回收处理。高含盐废水经过蒸发工艺处理后，一般可回收90%-95%的含盐量为5-10mg/L的蒸馏水副产品，少量浓渣可进一步采用结晶器或蒸发塘做固化处理，或掩埋等。蒸发零排放解决方案的核心工艺是“降膜式机械蒸汽压缩再循环蒸发技术”。是目前世界上处理高盐分废水最可靠、最有效的技术解决方案。采用机械压缩再循环蒸发技术处理废水时，蒸发废水所需的热能，主要由蒸汽冷凝和冷凝水冷却时释放或交换的热能所提供。在运行过程中，没有潜热的流失。运行过程中所消耗的仅是驱动蒸发器内废水、蒸汽、和冷凝水循环和流动的水泵、蒸汽压缩机、和控制系统所消耗的电能。利用蒸汽作为热能时，蒸发每千克水需消耗热能554千卡。采用机械压缩蒸发技术时，典型的能耗为处理每吨含盐废水需20至30度电，即蒸发每千克水仅需28千卡或更少的热能。即单一的机械压缩蒸发器的效率，理论上相当于20效的多效蒸发系统。采用多效蒸发技术，可提高效率，但是多效蒸发增加了设备投资和操作的复杂性。图1为机械压缩蒸发器的构造图示和工艺流程。具体工艺流程为：(1)先将待处理含盐污水pH值调整至5.5-6.0之后，进入板框式换热器。(2)加热后的盐水经过除氧器，脱除水里的氧气和二氧化碳，以及不凝气体等，以减少对蒸发器系统的腐蚀结垢等危害。(3)新进浓盐水进入浓缩器底槽，和浓缩器内部循环的浓盐水混3合，然后被泵送至换热器管束顶部水箱。(4)盐水通过装置在换热管顶部的卤水分布器流入管内，均匀地分布在管子的内壁上，呈薄膜状向下流至底糟。部分浓盐水沿管壁流下时，吸收管外蒸汽释放的潜热而蒸发，蒸汽和未蒸发的浓盐水一起下降至底糟。(5)底糟内的蒸汽经过除雾器进入压缩机。压缩蒸汽进入浓缩器(换热管的外面)。(6)过热压缩蒸汽的潜热传过换热管壁，对沿着管内壁下降的温度较低的盐水膜加热，使部分盐水蒸发。压缩蒸汽释放潜热后，在换热管外壁上冷凝成蒸馏水。(7)蒸馏水沿管壁下降，在浓缩器底部积聚后，被泵经板式换热器，蒸馏水流经换热器时，对新流入的盐水加热，最后进储存罐待用。(8)通过少量排放浓盐水，以适当控制蒸发浓缩器内盐水的浓度。蒸发零排放系统的长周期可靠运行，除了正确的系统设计和适当的选材之外，晶种法种盐技术是保证废水废水零排放系统高效可靠稳定运行的关键技术之一。采用蒸发技术处理的高含盐废水，在蒸发器内蒸发过程中，在远超出其饱和溶解度极限的情况下被浓缩时，水里的盐分很容易结晶附着在换热管的表面形成结垢，影响换热器的效率或严重时堵塞换热管。“晶种法”技术解决了蒸发器换热管的结垢问题，成功地应用于各种含盐工业废水的处理，并被广泛采用。应用“晶种法”技术的蒸发器，也称作“盐水浓缩器”。经盐水浓缩器处理后排放少量的浓缩液，固溶物含量可高达300,000ppm，通常被送往蒸发塘或结晶器或干燥器，结晶或干燥成固体，运送堆填区埋放。4“晶种法”以硫酸钙为基础。废水里一般都有钙和硫化物的存在。盐水浓缩器开始运作前，如果废水里自然存存的钙和硫化物离子含量不足，可以人工添加补充，在废水里添加硫酸钙“种子”，使废水里钙和硫化物离子含量达到适当的比例水平。废水开始蒸发时，浓盐水里的硫酸钙开始结晶首先形成晶种，其它随后浓缩饱和的硅盐等再附着在这些“种子”上，并保持悬浮在水里，而不会附着在换热管表面结垢。这种现像称为“选择性结晶”。盐水浓缩器通常能持续运作长达一年或以上，才需定期清洗保养。在一般情况下，除了在浓缩器启动时有可能需要加添“晶种”外，正常运作时不需再加添“晶种”。近年来，为了应对国际石油价格不断增长，国家在内蒙古、山西、陕西、宁夏等地积极开展了多项重煤化工项目。尤其是在内蒙鄂尔多斯地区，由于煤炭资源贮藏极其丰富且十分适合煤化工的应用开发，多项大型煤化工项目纷纷落户该地区及周边地区，但该地区水资源极其匮乏，生态环境十分脆弱。国家有关部门在项目立项审批时，即对落户该地区的多数重化工项目提出废水零排放的要求。各大企业亦对国家环保政策积极响应，体现了极高的社会环境责任感。先期开5展的神华煤制油直接液化项目采用了GE蒸发零排放技术处理高含盐污水，以实现全厂污水处理的零排放。该企业在配合国家能源产业政策、发展当地经济的同时，极大地实现了社会经济发展与生态环境保护的和谐持续发展。神华煤制油直接液化全厂废水零排放的实现，除了采用先进高效的降膜晶种法蒸发技术和管理措施外，还得益于企业在项目规划期间的全盘考虑，充分采用了各种先进节水工艺，如适当的采用空气技术，循环冷却水的高浓缩倍数的设计和运行管理。最后高含盐废水在进入蒸发工艺之前均采用了膜过滤技术以进行充分的回收利用，并尽量减少需蒸发处理的高含盐废水的体积。总之，蒸发零排放技术为在极度缺水地区，生态环境脆弱地区和环境排放受限制等地区的大型工矿企业提供了一可选的有效可靠废水零排放解决方案。在内蒙古、山西、陕西、宁夏和新疆等煤炭资源丰富但极度缺水地区，正在进行的重煤化工项目，零排放解决方案亦将助当地政府和企业很好的解决当地经济发展与水资源匮乏和严格环保排放限制的困扰。