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煤化工高盐水处理技术概述与问题探讨

2015-09-19杨莹

中国科技纵横 2015年17期
关键词:问题探讨概述处理技术

杨莹

【摘 要】本文主要探讨的是煤化工高盐水处理技术问题以及该技术在应用过程中存在的问题,再展开详细的讨论时,首先从高盐水方面的基本知识入手去分析,其次对于高盐水处理技术做了具体的论述,在论述过程中又分别对超滤分离技术、微滤分离技术、纳滤膜分离技术的定义以及实际应用做了具体的分析,最后论述的超滤分离、微滤分离、纳滤膜分离这三种膜分离技术的对比以及煤化高盐水处理过程中存在的主要问题。

【关键词】高盐水 处理技术 概述 问题探讨

煤化工是一门新型的产业,在发展的过程或多或少都会对环境产生一定的影响,为了实现可持续发展,必须解决煤化工的环保问题,在煤化工的环保问题中比较明显的就是高盐水的防治及其排放问题,本文主要探讨的就是煤化工高盐水处理技术相关的问题。

1 高盐水概述

高盐水在现代煤化工中是一个比较严峻的问题,在对其进行处理之前,必须先要搞清楚煤化工高盐水的主要来源,煤化工高盐水来源主要包括三个方面:循环水中的盐、工业污水处理回收利用过程中使用化学药品产生的盐水、除盐设备运行过程中带入以及沉淀的盐。只有了解了煤化工高盐水的来源,才能有针对性的进行处理,根据相关资料显示[1],在煤化工高盐水的来源中,通过循环水直接带入的盐水占到了整个系统中盐水的1/2以上,而通过添加化学药品产生的盐水也占到了1/3以上,其余的就是废水的回收利用过程中产生的盐水,对于循环水盐量的控制可以通过循环水的次数进行限制,对于生产过程中添加的化学药品可以通过改变加药的方式控制盐水,比较棘手的就是废水处理回收利用过程中的盐水量。所以下面的几种技术方法主要是针对废水的回收利用过程中高盐量的分离截留展开分析的。

2 高盐水处理技术概述

在当前条件下,对于高盐水处理技术常用的包括以下三种技术:热蒸发技术、膜分离技术以及这两者的组合技术[2],下面主要对热蒸发技术和膜分离技术作进一步的介绍。

2.1 热蒸发技术

对于煤化工高盐水含量质量分数大概在4%或者是高盐水的浓度较高的情况下可以使用热蒸发技术,热蒸发技术具体包括多效蒸发、膜蒸馏技术以及机械压缩再蒸发技术,这些技术方法在实际使用的时候有着本身的优缺点,在蒸发方法上可以选择物理方法也可以选择化学方法,在方法上具有多样性,但是该技术在应用的时候,一般废水的处理量较小,而且成本较高,蒸发之后剩余的固体物质不能再回收利用。

多效蒸发技术:多效蒸发就是说在蒸发过程中将多个蒸发器皿通过一定的方式连接起来,前者蒸发后的热蒸汽可以作为后者器皿的热源同时发生冷凝,通过逐级的蒸发,达到处理高盐水的目的,在蒸发过程中,每一个器皿都起着效果,称之为“一效”,对于蒸发器皿的个数也不是越多越好,太多了后面的器皿就没有发挥实际的作用,过少了又会造成蒸发的不完全,所以在多效蒸发技术应用过程中一般的蒸发器皿串联个数控制在3个到4个,根据多效蒸发过程中热蒸汽的流动方向可以将多效蒸发分为平流法、并流法、逆流法以及混流法。

机械压缩再蒸发技术:该技术的应用原理就是利用蒸汽压缩机将高盐水进行压缩,压缩之后产生的蒸汽可以作为蒸汽压缩机的动力再次使用,从而实现重复操作。该技术目前在国内的使用比较多,而且效率也比较高,该技术可以有效地降低高盐水蒸发过程中对于蒸发器皿加热消耗热量,在一定程度上降低了蒸发过程中的成本代价。

2.2 膜分离技术

膜分离技术在对高盐水分离、提纯和浓缩的过程中主要利用的是膜的选择透过性,该技术属于一种新技术,该技术目前在化工及石油工业中使用的比较广泛,常用的膜分离技术主要包括微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析。这五种技术在高盐水的分离过程中分离能力是不一样的,能力大小顺序为[3]:即微滤<超滤<纳滤≤电渗析<反渗透。所以根据他们的分离能力的不同,可以将膜分离技术分成两部分,一部分是电渗析和反渗透技术,另一部分是超滤、微滤、纳滤膜分离技术。

电渗析和反渗透技术:电渗析主要是通过电位差作为推动力的膜分离,反渗透技术主要是以渗透压作为推动力的膜分离技术,下面主要以反渗透膜为例论述在高盐水处理过程中的应用,在实际的应用中主要分为三个阶段,即在反渗透除盐之前的预处理阶段、反渗透除盐设计阶段以及反渗透除盐运行阶段。在预处理阶段主要是减少污染物并将污染物有效控制;在反渗透除盐设计阶段,需要考虑到经济方面的一些因素,也就是设备运行过程中需要的成本,也就是说既要出去水中的盐,还要保证出去之后的水质符合标准,同时还要尽可能的减少除盐过程中能量的消耗,在煤化工高盐水处理过程中需要采用醋酸纤维膜,因为使用醋酸纤维膜不仅可以提高除盐的效率还可以在一定程度上保证反渗透膜的使用寿命,在处理过程中可以根据高盐水的流量面积确定合适的反渗透膜面积,同时还需要考虑高盐水的流速,速度过快,可能会使得反渗透膜遭到破坏,所以要选择合适的反渗透膜面积或者采取措施降低高盐水的流速,对于反渗透膜的维护工作也需要有保证,确保膜在高盐水处理过程中尽可能的不要受到污染,在运行过程中反渗透膜可以实现自动化。但是要定期的对反渗透膜的工作情况进行检查,运行阶段可以适当的加入一些消毒药品,防止高盐水处理过程中细菌对反渗透膜造成的污染,加入的药品不能造成二次污染。这种高盐水处理技术方法在使用过程中,如果时间较长,就会在电极的附近产生一些垢,影响到正常的除盐工作,所以这种方法在运用的时候还需要作进一步的改进,近年来经过改进后的反渗透膜处理技术应用过程中避免了这种问题的出现。也就是采用了倒极式电渗析分离技术,该技术在工作过程中会定期的调换电极,使得高盐水中的离子定期的发生移动,从而避免了垢的形成,

超滤、微滤、纳滤膜分离技术:该技术在应用操作上主要针对的是气液两项微粒、污染物以及细菌的分离,这几项技术对于高盐水的分离效率很高,同时还能有效的除去污水中较大的颗粒物,达到净化污水的目的,并且还可以将污水中的盐量加以控制。下面将对这三种分离技术做出具体的分析。

3 超滤分离技术

3.1 超滤分离技术定义

超滤分离技术是以压力差为推动力,利用不同的超滤膜孔径实现液体中溶质的分离技术,该膜对于分离的粒子直径为1nm-50nm,超过分子量的分子不能透过膜,可透过的分子量需要介于6000-500000之间,在操作过程中的压力控制在0.2MPa-0.6MPa之间。

3.2 超滤分离技术在高盐水处理中的应用

高盐水的处理不仅可以使得废水回收再利用,同时降低了废水中一些污染物的含量,从而实现废水的排放符合国家标准,在高盐水的处理过程中超滤分离技术起着关键的作用,超滤分离技术在高盐水处理中主要针对的是污水回收利用过程中盐的分离,当然在分离过程中,也可以对其他的一些污染物进行分离,膜技术的应用需要考虑到超滤在安装和使用过程中废水的流动能对于超滤膜带来的巨大冲击力,同时为了实现在废水中盐的高效分离,通常需要对超滤膜的材料进行改造,此外还需要对超滤的固定装置进行改造,防止在高盐水处理过程中造成膜的破坏,在材料上的改造为的是让污水中的其他污染物分离出去,一方面可以保证超滤膜不受到污染,另一方面是为了保证分离过程中的分离效果达到最佳。

4 微滤分离技术

4.1 微滤分离技术定义

微滤分离技术是以多孔薄膜作为过滤介质,在压力差的作用下实现不溶于水的一些离子与水的分离,透过性的粒子直径为0.1-10um,在分离过程中,可以使水分子和水中的溶解物透过,最后留下的是一些悬浮性的颗粒。该技术在操作过程中的压力需要保持在0.05MPa-0.5MPa之间,过大的压力可能会破坏膜的组织结构,过小的压力不能起到推动作用。

4.2 微滤分离技术在高盐水处理中的应用

微滤膜在煤化工高盐水的分离应用过程中,由于微滤膜的孔径通常大于0.1um,而且在分离过程中会使得溶解于水中的盐透过[4],所以在煤化工高盐水分离的时候需要先对废水进行预处理,使得废水中的盐形成沉淀,进而再利用微滤膜对其分离,在这个分离过程中需要注意的是避免微滤膜的污染问题以及微滤膜材料的改性问题,通过微滤膜材料的改性,可以提高膜的性能,增强受污染的能力,而且还能提高分离能力,此外,在应用的过程中可以将微滤分离技术与现代条件下的一些自动化和智能化设备结合起来使用,不仅提高高盐水处理的效率,同时对于微滤膜的清洗工作也能在工作过程中自动的进行。

5 纳滤膜分离技术

5.1 纳滤膜分离技术定义

纳滤膜分离技术是一种介于反渗透和超滤之间的以压力为推动力的膜分离技术,所以它的分离范围介于反渗透和超滤之间,它的过滤分子量范围为300-1000,在分离过程中,可以透过水和无机盐,因为该滤膜过滤掉的分子中最小的分子约为1nm,所以就称作纳滤膜,这种膜在结构上一般是复合膜,在渗透压方面低于反渗透,所以在实际的分离过程中承受的压力较小。

5.2 纳滤膜分离技术在煤化工高盐水处理中的应用

纳滤膜技术作为一种比较经济的煤化高盐水处理技术,纳滤膜分离技术在煤化工高盐水处理的时候,由于该纳滤膜分离的范围介于反渗透滤膜和超滤之间[5],在高盐分离过程中,由于溶解于水中的盐会和水一起从纳滤膜中透过,所以在高盐处理之前需要做好预处理工作,一方面是将污水中的其他污染物分离出去,避免对纳滤膜的污染,另一方面是做好废水中盐的沉淀,尽最大可能的提高分离效率,此外,在使用纳滤膜分离过程中,需要对废水的温度、过滤过程中的压力、废水的流速做好控制工作,只有在最合适的温度压力条件下,纳滤膜才能发挥它的最佳性能。

6 超滤、微滤、纳滤膜分离技术的对比

6.1 超滤、微滤、纳滤膜分离技术在煤化工高盐水处理中的相同点

这三种分离技术在高盐水处理过程中具有一定的共同点,主要是以下几点,这三种膜分离技术都可以用于煤化工高盐水的处理,此外和可以用于废水处理过程中的细菌和其他污染物的分离截留作用,废水中除了盐之外可以有效地分离出一些较大的颗粒物,不仅可以起到分离的作用还可以起到净化作用,但是这三种技术在应用过程中如果准备工作没有做好,很容易引起膜的污染,造成膜的损坏,从而使膜的寿命缩短,在实际的高盐水处理过程中分离的效果并不是很明显,而且造价都比较高,适合于小范围的水质澄清,

6.2 超滤、微滤、纳滤膜分离技术在高盐水处理过程中的不同点

超滤、微滤、纳滤膜分离技术在高盐水处理过程中的不同点主要表现在以下几个方面[6]:

(1)膜的结构类型不一样,超滤膜的膜结构主要是非对称性膜,微滤膜的膜结构主要是纤维多孔膜,而纳滤膜的膜结构主要是复合膜,它们膜结构上的不同也就使得它们在高盐水处理过程中分离能力表现出了不同,纳滤在高盐水处理过程中能力是最强的,而微滤在高盐水处理过程中能力是最弱的,超滤在高盐水分离处理过程中的能力介于纳滤和微滤之间;(3)在透过物方面,超滤膜可以透过的主要是一些溶剂小分子,微滤膜可以透过的主要是溶剂溶解物,纳滤膜可以透过的主要是一价离子和多价离子,所以在高盐水处理过程中,废水中的盐都是可以透过膜的,不过它们透过的能力是不一样的,纳滤可以直接透过一价离子,相应的透过能力就较强,而其它两种在透过的时候还跟盐在废水中的溶解量有着直接关系;(3)在截留物方面,超滤膜主要截留的是胶体和一些超过截留分子量的分子,微滤膜主要截留的是悬浮物颗粒,纳滤膜主要截留的是有机物,就是说这三种膜在高盐水处理过程中能够截留下来的物质是不一样的,在煤化高盐水处理过程中,需要根据废水中物质的不同选择合适的膜分离技术。

7 高盐水处理过程中存在的主要问题

高盐水在处理过程中主要存在的问题包括以下几个方面:

(1)蒸发系统以及膜的污染和腐蚀问题,在高盐水的处理过程中,会产生一定的沉淀以及氯离子,如果不及时处理将会影响到蒸发系统以及膜的正常工作;(2)分离技术的高成本,不管是膜分离技术还是热蒸发技术,在大量高盐水处理过程中,需要的成本较大;(3)固体废弃物的处理,在高盐水处理之后,对于蒸发后产生的较多固体沉淀如何处理成为了一个实际的问题,由于在蒸发沉淀过程中加入了一定的化学品,最后的固体物质成分比较杂;(4)高盐水处理过程中与生化处理工艺的矛盾,对于含盐量很高的污水中,一般都会有较多的微生物,所以就需要考虑高盐水生化预处理技术。

8 结语

总之,煤化工高盐水处理过程中技术手段比较多,在选择的时候需要根据各自技术特点以及经济方面的因素进行综合性考虑,同时还要想办法解决不同技术手段处理过程中存在的问题,这样对于煤化工高盐水的处理才能实现长远的治理。

参考文献:

[1] 罗金华.钢铁工业废水零排放中的浓盐水处理技术[J].冶金动力,2012(2).

[2] 陈翠萍,谌伟艳.膜分离技术及其在废水处理中的应用[J].污染防治技术,2013(3).

[3] 谢鹏.超滤及反渗透组合工艺处理高盐水[J].中国资源综合利用,2014(4).

[4] 田云龙.纳滤膜分离技术在水处理领域的应用[J].中国科技信息,2013(09).

[5] 苗晶,陈国华,王铎,高从堦.纳滤膜分离技术在工业废水处理中的应用[J].水处理技术,2012(07).

[6] 王薇,杜启云.纳滤膜分离技术及其进展[J].工业水处理,2014(3).

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