非晶种法在某煤制烯烃项目污水处理中的应用

王 磊

(忻州市环境监测站，山西 忻州 034000)

1 晶种法蒸发结晶技术概述

晶种法蒸发技术在实际的应用中以石膏作为晶种，在废水处理中要求废水中必须要有一定含量的硫酸根和钙离子。如果以上两个离子的含量达不到标准或者达不到要求，则在对废水进行处理时必须要添加一定量的硫酸钙。在具体的应用中，废水开始蒸发时，浓缩盐在高温环境下会逐渐成为超饱和盐水薄膜，并不断出现钙、镁、磷酸钙、硫酸钙、硅等离子的沉淀物，这些沉淀物附着在“种子”上，不会附着在换热器管束的表面，可以将这种现象称之为“选择性结晶”，其能够保证过程的顺利进行[1]。沉淀物在结晶盐上越来越多形成了新类型的盐，因此在整个操纵的过程中不需要额外添加盐种。在采用晶种法来进行操作时，需要结合实际情况对硫酸根和钙离子的浓度进行相应的控制，在必要的情况下需要通过添加额外的药剂来提高浓度。

石膏晶种法的也能够在很大程度上缓解和降低加热管结垢的情况，这样对于提升蒸发器的运行寿命具有十分重要的意义。蒸发器在运行的过程中对于各种条件具有较高的要求，如果无法达到这些要求则会导致出现加热管结垢的情况，进而会导致蒸发器可能会出现异常状况。在蒸发系统中，如果对运行条件和运行环境控制不合理，就可能因为各种离子的存在导致出现结垢的情况，导致系统换热系数下降，同时影响整个系统的运行。

2 非晶种法蒸发技术概述及优势

在蒸发系统的运行过程中如果能够通过预处理的方式降低含水的硬度和碱度，对环境和条件进行合理的防止出现结垢情况，同时对pH值进行合理控制，则能确保在蒸发系统中的运行过程中在不添加任何盐种的前提条件下实现良好的运行，如果满足以下的各种条件则将蒸发技术称为非晶种法蒸发技术[2]。

这种技术的运用能够在很大程度上提高蒸发系统的效率，其稳定性较强，操作方便，已经成为目前蒸发系统中的主流技术之一。在实际的操作过程中不需要频繁地对浓度进行控制，进水指标的波动也不会对整个操作产生影响。非晶种蒸发方法在运用的过程中循环液密度相对较小，因此就不需要额外加入晶种，这种方法的能耗也相对较低。采用非晶种蒸发技术的优点主要包括以下几个方面：操作简单、能耗低、运行时间长、清洗难度小、工程消耗量小等优点。

3 某煤化工项目中非晶种法蒸发技术的应用

某煤炭化工项目主要以煤为原料生产180万t/a甲醇，项目在运行中采用SHMTO技术，通过一系列的工艺得出最终的聚乙烯和聚丙烯等相关的产品。该项目位于山西省忻州市，该地区最为主要的特点是水资源缺乏，为了解决水资源的问题以及实现环境保护，项目需要实现零排放。该项目在运行中会产生含量较为复杂的废水，对这些废水的处理成为实现零排放的关键所在。在废水处理中需要针对不同的水质采用不同的方法进行处理，尽可能地实现污水的重复利用，达到节约用水的目的。在废水处理的过程中需要通过污水生化处理、含盐废水膜处理、高效膜浓缩及浓盐水蒸发结晶等方法来实现对污水的处理。在进行污水处理的过程中采用高效膜浓缩采用高效反渗透(HEROTM)工艺进行处理，具体来讲在实际的运行和操作中根据前端进水的特点和情况，在后端的处理中采用非晶种法的运行模式，在提高对污水处理效果的同时降低污水处理成本。

4 项目设计进水和产水情况

根据处理的要求，结合实际情况将蒸发结晶装置设计处理量确定为70 m3/h，废水盐浓度为6 000 mg/L左右。

在处理工艺进水段，根据实际情况进行设计，具体情况为：CODCr=1 000 mg/L，ρ(TOC)=600 mg/L，ρ(NH3-N)=50 mg/L，ρ(TDS)=49 854 mg/L，电导率(25 ℃)为103 377 μS/cm，总硬度(以CaCO3计)<5 mg/L，总碱度(以CaCO3计)<85 mg/L，ρ(硅)(以SiO2计)<400 mg/L。

蒸发系统根据废水处理的标准和废水处理的要求，将系统水回收率确定为90%以上，具体来讲通过处理之后的水质需要达到表1中各项指标的要求，处理之后的水质可以作为城市绿化用水和循环水系统补充水。

表1 设计产水水质

5 工艺设计

根据项目处理的要求，设计出如图1所示的蒸发结晶系统。从图1中可以看出该系统中主要包括蒸发系统、结晶系统、处理系统等不同系统所组成。高效反渗透浓水作为物料进入到蒸发结晶系统之后，将其存储在蒸发器给水罐中，然后预热器和系统产生的高温蒸馏水换热会将其温度提升，在经过处理之后温度会提升到90 ℃。在温度提升之后进入到脱气器，然后采用一定的方式通过处理之后去除二氧化碳、氧气和不凝气等物质，其主要目的在于防止设备出现腐蚀的情况，对整个系统产生影响。然后在经过处理之后的废水进入到蒸发器的本体内进行蒸发处理，在经过蒸发处理之后需要对其进行降温处理，在降温处理之后添加氢氧化钠调节pH至碱性，这样就能够将水中的氨氮离子进行转化，将其转化为氨气排放，然后水体进入到活性炭过滤器，将水中含有的各种有机物去除。在进行活性炭过滤之前需要将水体得到pH值调节到中性。经过活性炭处理之后的水体进入到除氨单元进行处理，在处理中通过离子交换等方式去除水体中残留的氨，将得到的处理水作为回收水进行再次利用。

通过控制氢氧化钠的含量，将蒸发器本体的pH控制在11左右，同时为了消除泡沫需要根据实际情况加入一定量的泡沫剂。在实际的操作中需要维持合适的浓度，因此这就需要定期排放浓盐液至结晶器给料箱。

强制循环换热器的热源蒸汽换热后变为冷凝液，然后需要对其进行回收处理。在消除泡沫之后，将其浓度控制在合理的范围之内之后开始进行行离心脱水，通过脱水处理之后得出固体的杂盐，分离水回到结晶器给料箱进行循环处理。

图1 蒸发结晶装置工艺流程

在蒸发结晶处理过程中会产生大量的蒸馏水，再对其进行换热降温之后进行后续的处理和操作。通过加入氢氧化钠来将蒸馏水的pH值控制在11。采用空气吹脱的方式将游离氨吹脱出来，同时在这一过程中也能够将大部分的挥发性物有机物质脱离开来。采用泵将吹脱后的蒸馏水泵入活性炭过滤单元和离子交换树脂除氨单元。通过以上一系列的操作能够降低和减少活性炭过滤单元的负荷，进一步提升活性炭过滤的效果和作用，从而能够从很大程度上延长了再生周期。通过蒸发结晶系统得出的蒸馏水就能够达到相应的处理要求和处理标准。通过离子交换除氨单元进行处理之后得出的废水中存在大量的铵离子，这就需要采用较低的电耗和药耗将其去除。通过以上这些方法的操作能提升对废水和污水的处理效果。

6 装置实际运行情况

6.1 各工艺单元处理效果

从2016年8月份开始，该装置在投入运行之后，在实际的处理和操作过程中一直都处于比较稳定的状态。通过长期的运营得出各个指标均达到了要求。装置运行的工艺参数具体其概况如表2所示。而在装置运行中的产品质量控制指标和实际运行数据分别如表2和表3所示。

6.2 装置运行情况总结

装置在投入运行之后，通过一段时间的运行和观察可以得出整个装置系统的运行相对较为稳定。具体来讲装置的运行情况总结包括以下几个方面。

表2 装置运行工艺控制参数

表3 产品质量控制指标

1) 装置回收率较高，得到的水质较高。通过长时间的观察和统计得出，该装置实际处理量和实际水产量分别为65 m3/h和60 m3/h，装置在运行中得到的水回收率为90%以上，同时整个水质较为稳定，完全能够达到既定的目标和要求。

2) 系统在运行期间基本不会出现结垢和污堵的问题，系统的运行较为稳定。在处理过程中采用非晶种法蒸发能够提升处理效率，同时方便操作。在对装进行拆检的过程中发现蒸发器内部存在一定量的悬浮沉淀物，在对这些沉淀物进行处理时只需要通过清水清洗即可。

3) 药剂投加量少。采用非晶种法在运行时只需要添加少量的药剂就能够实现处理目的，能够在很大程度上降低整个运行的成本[3]。自从装置投入运行之后，已经完成了对50万t工业废水的处理，通过对废水的处理总共得到46万t的优质再生水。可以将得到的优质再生水补充道循环系统中，大大降低了涌水量和排污量。通过该系统的运行能够节省95%左右的检修费用。

7 结语

1) 非晶种法蒸发技术的运用具有多方面的优点和优势，具体表现在操作简单、运行稳定、投资较低、能耗低等多方面的优点。

2) 非晶种法蒸发技术的运用在解决当前问题的同时能够为后续处理创造各种有利的条件，是目前使用最为广泛的一种方法和技术。

3) 非晶种法蒸发技术的运用也存在一定的限制性条件，并不是在任何的情况下都能够采用这一方法进行处理。例如如果需要处理的水体中强度和碱度过高就无法采用这种方法进行处理。在这种情况下需要进行进一步的处理才能够采用这一方法和技术。