正滲透技術(shù),打造煤化工廢水零排放的利器
陽煤集團(tuán)清徐化工新材料園區(qū)配套工程及遷建項(xiàng)目——鍋爐補(bǔ)水濃鹽水濃縮處理裝置及1#蒸發(fā)結(jié)晶處理裝置BOT項(xiàng)目不久前正式開工。該項(xiàng)目主要工藝流程是：來水緩存—軟化—管式微濾過濾—二級(jí)軟化—反滲透濃縮—正滲透MBC濃縮—蒸發(fā)結(jié)晶。由此，正滲透零排放技術(shù)首次被引入煤化工水處理領(lǐng)域。
河北黃驊首個(gè)正滲透技術(shù)海水濃縮中試裝置。
陽煤化工新材料廢水零排放項(xiàng)目是環(huán)保部備案的零排放工程，未來可供其他煤化工企業(yè)參考，示范意義重大。那么，企業(yè)為什么會(huì)采用正滲透技術(shù)？什么是正滲透技術(shù)？帶著疑問，筆者進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查。
煤化污水零排放處理迫在眉睫
據(jù)有關(guān)專家介紹，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)是中國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的必由之路，這是我國能源資源稟賦現(xiàn)狀和能源革命大背景所決定的。我國煤炭資源和水資源呈逆向分布，以黃河中上游的山西、陜西、寧夏、內(nèi)蒙古4省區(qū)為例，這里煤炭資源占有量為全國總量的67%，因?yàn)槊禾抠Y源豐富，所以近幾年這些省規(guī)劃了很多煤化工項(xiàng)目，但這里水資源僅僅占全國水資源的3.85%。此外，煤化工生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的含鹽廢水，常規(guī)的污水處理工藝，鹽是無法降解的。目前黃河流域鹽含量累積已經(jīng)接近生態(tài)紅線，如果再不加以嚴(yán)格控制，不以零排放作為要求，隨著這些地區(qū)煤化工項(xiàng)目的發(fā)展，環(huán)境矛盾就會(huì)十分突出，黃河流域的生態(tài)治理將變得更困難。
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美國Oasys公司在Permian盆地的頁巖氣項(xiàng)目，是世界第一個(gè)運(yùn)用正滲透膜技術(shù)。
“目前最容易受到污染的是淺層的地下水，由于地表水的污染比較普遍，自然造成淺層地下水污染也比較普遍。在北方，地下水的超采比較嚴(yán)重，造成大面積地下水漏掉。由于地下水比周邊地區(qū)明顯低，形成漏斗區(qū)，在壓力作用下，周邊的地表水進(jìn)入這塊區(qū)域，這使得地下水更容易受到污染。而飲用水源所受污染很難被傳統(tǒng)水處理工藝消除。”公眾與環(huán)境研究中心主任馬軍表示。
為此，近年來，為促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)與水資源及環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，國家有關(guān)部門頒布了不少政策法規(guī)。
2005年，國家發(fā)改委、科技部會(huì)同水利部、建設(shè)部和農(nóng)業(yè)部組織制定、發(fā)布的《中國節(jié)水資源政策大綱》首先提出要發(fā)展外排廢水回用和零排放技術(shù)。鼓勵(lì)和支持企業(yè)外排廢（污）水處理后回用，大力推廣外排廢（污）水處理后回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的技術(shù)。在缺水以及生態(tài)環(huán)境要求高的地區(qū)，鼓勵(lì)企業(yè)應(yīng)用廢水零排放技術(shù)。在2006年前后，國家發(fā)改委批復(fù)現(xiàn)代煤化工示范項(xiàng)目的前提條件就是企業(yè)必須承諾零排放，否則項(xiàng)目環(huán)評(píng)就難以得到批復(fù)。
陽煤集團(tuán)清徐化工新材料園區(qū)配套工程及遷建項(xiàng)目——鍋爐補(bǔ)水濃鹽水濃縮處理裝置及1#蒸發(fā)結(jié)晶處理裝置BOT項(xiàng)目開工儀式。
隨著環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，前幾年在西部地區(qū)啟動(dòng)煤化工項(xiàng)目的企業(yè)在選址、立項(xiàng)上屢屢碰壁，陷入兩難境地。今年以來，江蘇蘇新能源公司40億立方米煤制天然氣項(xiàng)目、伊犁新天20億立方米煤制氣項(xiàng)目、山西潞安煤制油項(xiàng)目的環(huán)評(píng)報(bào)告相繼遭到環(huán)保部駁回，引起業(yè)內(nèi)震動(dòng)。環(huán)評(píng)被否原因大多涉及煤制氣的環(huán)保“老大難”問題，水資源利用和廢水處理。所有問題歸結(jié)為一點(diǎn)——零排放能否實(shí)現(xiàn)。
“2008年，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布的GB/T21534-2008《工業(yè)用水節(jié)水術(shù)語》中對(duì)零排放解釋為企業(yè)或主體單元的生產(chǎn)用水系統(tǒng)達(dá)到無工業(yè)廢水外排。可以理解為，零排放就是將工業(yè)廢水濃縮成為固體或濃縮液的形式再加以處理,而不是以廢水的形式外排到自然水體。目前國內(nèi)廢水零排放工程，普遍投資較大且成本較高。”中國水利協(xié)會(huì)脫鹽分會(huì)秘書長郭有智舉例說，國內(nèi)首家已建成但還未真正實(shí)現(xiàn)廢水零排放的神華集團(tuán)有限責(zé)任公司煤制油項(xiàng)目在環(huán)保上投入達(dá)13.4億元，占到項(xiàng)目總投資的10%，試運(yùn)行期間每噸有機(jī)廢水的處理成本超過5元，每噸含鹽水的處理成本則超過38元。
正滲透技術(shù)應(yīng)用多領(lǐng)域已有示范
“煤化工廢水傳統(tǒng)處理技術(shù)存在投資額巨大、運(yùn)行費(fèi)用高、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等弊端。正滲透技術(shù)正是基于目前零排放領(lǐng)域的現(xiàn)狀，開發(fā)的一項(xiàng)具有劃時(shí)代意義的新技術(shù)。”科萊克環(huán)境資源技術(shù)（北京）有限公司技術(shù)總監(jiān)李素青介紹說，正滲透技術(shù)是利用自然界的滲透現(xiàn)象，通過化學(xué)聚合制成的半透膜，水分子會(huì)利用滲透壓差從低濃度含鹽液體自然擴(kuò)散到高含鹽液體中，不需要外加高壓泵等設(shè)備作為分離驅(qū)動(dòng)力。此外，該技術(shù)對(duì)膜的污染相對(duì)較輕，滲透膜可以持續(xù)長時(shí)間運(yùn)行而不需要清洗，從而實(shí)現(xiàn)投資和運(yùn)行費(fèi)用的大幅度下降。
華能長興沃特爾正滲透設(shè)備。
據(jù)了解，美國Oasys公司在美國Permian盆地的頁巖氣項(xiàng)目，是世界第一個(gè)運(yùn)用正滲透膜技術(shù)。該技術(shù)處理石油化工的高鹽廢水，實(shí)現(xiàn)了零排放，且處理后的水質(zhì)可達(dá)到飲用水的品質(zhì)。2013年，北京沃特爾水技術(shù)股份有限公司投資入股美國OasysWater，并將正滲透膜處理技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)，與公司自有的石灰混凝澄清技術(shù)相結(jié)合，形成了獨(dú)特的針對(duì)高COD、高含鹽工業(yè)廢水零排放解決方案。
自此，國內(nèi)高鹽廢水零排放有兩種技術(shù)路線：一種是石灰軟化+正滲透膜濃縮+結(jié)晶干燥；另一種是石灰軟化+蒸發(fā)+結(jié)晶干燥。這兩種技術(shù)路線目前在我國燃煤電廠均有示范項(xiàng)目，華能長興電廠采用的是正滲透+結(jié)晶技術(shù)，廣東某電廠采用的是傳統(tǒng)蒸發(fā)+結(jié)晶工藝。
“這兩種技術(shù)路線的最大區(qū)別是傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)能耗高，正滲透膜濃縮技術(shù)相對(duì)能耗低。”李素青介紹說，蒸發(fā)結(jié)晶工藝是利用蒸發(fā)器將廢水進(jìn)行濃縮至15%左右的含鹽量，濃縮的高含鹽水通過結(jié)晶、干燥轉(zhuǎn)化成固體鹽進(jìn)行處置。由于蒸發(fā)器是將廢水通過相變形成水蒸氣，冷凝后回收水，這過程中將廢水汽化需要吸收大量蒸汽，整個(gè)過程廢水100%相變，消耗大量的能源。比如廣東某電廠零排放示范項(xiàng)目采用該技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用達(dá)180元/噸廢水。而正滲透膜濃縮過程是把水分子吸入到汲取液中，不用使用大量的蒸汽和電就可以把廢水含鹽量提升至25%左右，汲取液的氣水分離相對(duì)廢水相變量較低，僅占廢水量的1/3，既減少了結(jié)晶器的處理水量，又降低了能耗。比如華能長興電廠采用該技術(shù)的運(yùn)行費(fèi)用為45元/噸廢水。
另外，正滲透膜濃縮抗沖擊性負(fù)荷大，操作維護(hù)簡單。蒸發(fā)結(jié)晶工藝都是采用蒸汽加熱，停機(jī)前需要降溫循環(huán)，而啟機(jī)前則需要大量蒸汽預(yù)熱，整個(gè)啟停機(jī)過程操作復(fù)雜；而正滲透膜濃縮工藝可以根據(jù)廢水含鹽量自動(dòng)調(diào)節(jié)濃縮倍率，保證結(jié)晶的含鹽量，啟停機(jī)不需復(fù)雜的操作程序，實(shí)現(xiàn)一鍵啟停。
據(jù)華能長興電廠技術(shù)主管邵國華介紹，華能電廠22立方米/時(shí)的電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)，引進(jìn)正滲透膜處理技術(shù)處理后，每小時(shí)18噸脫硫鹽水可以濃縮至3~4噸，廢水100%回用，廢水中的污染物質(zhì)可全部以結(jié)晶和污泥的形式分離。而且在運(yùn)行中，蒸汽、藥劑、電的耗量大大降低。比如處理一噸廢水的能耗由傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶法的20~40千瓦時(shí)降低到10千瓦時(shí)，運(yùn)行成本降低30%。預(yù)計(jì)公司每年可回收18萬噸優(yōu)質(zhì)淡水，產(chǎn)出可銷售的工業(yè)級(jí)鹽約2000噸,實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益三贏。
此外，正滲透技術(shù)在海水淡化領(lǐng)域也顯示了它的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前，河北黃驊建立的首個(gè)正滲透技術(shù)海水濃縮中試裝置已投入了使用，為海水淡化及綜合利用試驗(yàn)室的研究工作提供了可靠的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
據(jù)了解，正滲透技術(shù)可使海水淡化產(chǎn)水率從現(xiàn)行技術(shù)的40%提升至85%，同時(shí)提高濃鹽水中溴、鎂、鉀的濃度，有利于提取利用這些資源，大幅降低海水淡化的運(yùn)行成本，減少高鹽度海水對(duì)環(huán)境的污染，能耗為現(xiàn)行水技術(shù)能耗的70%。
打造煤化工零排放示范工程
正是基于這些成功的應(yīng)用實(shí)例，陽煤集團(tuán)煤化工新材料園區(qū)污水處理項(xiàng)目鎖定了正滲透技術(shù)。
負(fù)責(zé)陽煤化工新材料園區(qū)污水處理項(xiàng)目建設(shè)的己二酸分公司總工程師李楷介紹說，陽煤化工新材料園區(qū)鍋爐補(bǔ)水濃鹽水處理裝置設(shè)計(jì)進(jìn)水量為50立方米/時(shí)，出水量要求濃縮至5立方米/時(shí)；出水水質(zhì)要求TDS高于2.4×105ppm，回用水達(dá)到國家《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》GB/T19923-2005)中關(guān)于再生水用做敞開式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。新材料零排放工程給國家環(huán)保部承諾，建成煤化工零排放示范樣板工程。環(huán)保部表示竣工投產(chǎn)后，將組織煤化工業(yè)界人士在這里開現(xiàn)場會(huì)，所以公司對(duì)零排放技術(shù)選擇要求特別高。
“而正滲透零排放技術(shù)是目前全球最前沿的技術(shù)之一,也是目前全球唯一可以將TDS高達(dá)5×104ppm以上的高濃鹽水濃縮處理到超過2.4×105ppm以上的技術(shù)。這是我們看好正滲透技術(shù)的一個(gè)重要原因。第二個(gè)原因就是業(yè)界對(duì)正滲透技術(shù)的認(rèn)可。OasysWater（北京沃特水技術(shù)股份有限公司在美國投資入股的企業(yè)）獲得《全球水情報(bào)》雜志頒發(fā)的‘2014年度最佳水科技公司獎(jiǎng)’；Permian盆地項(xiàng)目，以革命性的正滲透膜濃縮（MBC）技術(shù)獲‘2014全球最佳工程獎(jiǎng)’；2014年，該技術(shù)被中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)評(píng)定為煤化工行業(yè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)技術(shù)；北京沃特爾水技術(shù)股份有限公司廢水石灰混凝沉淀及正滲透濃縮處理零排放技術(shù)榮獲北京市新技術(shù)新產(chǎn)品（服務(wù)）認(rèn)定……第三就是它在行業(yè)里的業(yè)績。國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)使用的華能長興電廠脫硫廢水零排放工程、正在設(shè)計(jì)的神華王曲電廠脫硫廢水零排放工程，以及在美國的一些應(yīng)用成功實(shí)例。我們公司大膽引進(jìn)正滲透技術(shù)，就是相信這個(gè)技術(shù)同樣可以在煤化工廢水零排放創(chuàng)造出奇跡，打造出煤化工零排放示范工程。”李楷表示。
“正滲透技術(shù)利用目前日臻成熟的預(yù)處理和預(yù)濃縮技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有蒸發(fā)結(jié)晶零排放技術(shù)進(jìn)行提升，實(shí)現(xiàn)了不依賴蒸發(fā)器完成對(duì)煤化工廢水的再回收利用和高倍率濃縮，大幅度降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，順應(yīng)了市場發(fā)展要求。此外，公司依托正滲透零排放實(shí)驗(yàn)室和研發(fā)中心，可以給煤化工企業(yè)量身定做零排放技術(shù)解決方案，再通過小試、中試最終成功應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，可以極大降低技術(shù)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)率。目前國內(nèi)煤化工等行業(yè)已有數(shù)十家企業(yè)對(duì)正滲透技術(shù)表達(dá)了濃厚的興趣，而公司的EPC、BT、BOT、PPP等多種經(jīng)營模式也將是正滲透技術(shù)快速推廣的一個(gè)重要原因。”科萊克環(huán)境資源技術(shù)（北京）有限公司總經(jīng)理高飛義表示。
北京沃特爾水技術(shù)股份有限公司首席營銷官陽華衡充滿信心地表示：“目前正滲透技術(shù)很火，以后還會(huì)更火。因?yàn)樗槕?yīng)了國家環(huán)保政策發(fā)展的要求，滿足了煤化工等行業(yè)廢水減量化、資源化和零排放的需求。”
相關(guān)評(píng)論
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兩頭治理齊頭并進(jìn)
對(duì)于2015年的煤化工行業(yè)來說，“零排放”大概是最頭疼的詞語。與前幾年的突飛猛進(jìn)相比，2015年煤化工產(chǎn)業(yè)陷入了戛然而止的尷尬。從蘇新能源塔城40億立方米煤制氣項(xiàng)目環(huán)評(píng)被否開始，伊犁新天20億立方米煤制氣項(xiàng)目、山西潞安煤制油項(xiàng)目的環(huán)評(píng)報(bào)告相繼遭到環(huán)保部駁回。環(huán)評(píng)被否原因幾乎都?xì)w結(jié)為零排放能否實(shí)現(xiàn)。
近年來，有不少煤化工企業(yè)針對(duì)污水處理積極努力，但實(shí)際效果并不理想，很多工藝技術(shù)尚處于探索階段。廢水成本較高也成為了困擾行業(yè)的難題。在行業(yè)為零排放所困之際，正滲透零排放技術(shù)首次被引入煤化工水處理領(lǐng)域的確讓人期待？梢哉f，這類前沿技術(shù)被引入中國煤化工廢水治理領(lǐng)域，無疑是為煤化工廢水末端治理增添了一把利器，而它是否能夠發(fā)揮出效果，也值得煤化工產(chǎn)業(yè)期待。
不過，在對(duì)末端治理給予期待的同時(shí)，也不能忽視源頭控制。有業(yè)內(nèi)人士曾告訴筆者，煤質(zhì)差異性、生產(chǎn)工藝成熟度、穩(wěn)定性，水質(zhì)、水量波動(dòng)性，事故性排放，管理水平差異等因素，都讓煤化工零排放難以實(shí)現(xiàn)。比如，典型煤化工高濃污水主要來源與工藝、煤種密切相關(guān)：煤制氣6.9噸水/千立方米，煤直接液化10噸水/噸油，煤制烯烴22噸水/噸產(chǎn)品，煤間接液化11噸水/噸油。同時(shí)，煤化工廢水水質(zhì)波動(dòng)大，如碎煤氣化廢水化學(xué)需氧量(COD)波動(dòng)一般在3倍以上，某直接液化項(xiàng)目氣化廢水化學(xué)需氧量波動(dòng)范圍甚至達(dá)10倍以上。廢水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)后處理會(huì)造成一定程度影響。因此，實(shí)現(xiàn)零排放，首先要在優(yōu)化氣化、酚氨回收等工藝環(huán)節(jié)，提高廢水穩(wěn)定性方面下功夫。
一位資深業(yè)內(nèi)人士總結(jié)，煤化工廢水處理應(yīng)包括兩個(gè)層次：一是采用節(jié)水工藝等措施提高用水效率，降低生產(chǎn)水耗；二是采用高效的水處理技術(shù)，處理有機(jī)廢水及含鹽廢水，將廢水全部回用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。在筆者看來，源頭控制與末端治理齊頭并進(jìn)，煤化工零排放的難關(guān)才能真正得以突破。
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