宁东 能源基地发电与煤制油化工 系统生产 废水协同性分级零排放处理技术创新实践

宁东 能源基地发电与煤制油化工 系统生产 废水协同性分级零排放处理技术创新实践

杨正武

国家能源集团宁夏煤业公司 宁夏 银川 750000

摘要 针对宁东能源基地发电与煤制油化工系统的实际特点，通过研究两者的水质特性，重点在循环水浓缩置换水，脱硫废水，化工高COD、NH₃-N、TDS废水处置等关键问题上，采取了从源头分级治理到总口零排放的技术路线创新研究，完成基地发电与煤制油化工系统生产废水协同性分级零排放的工业化实践，在减少投资、节水降耗、安全环保等方面，发挥了实质性作用。为大型发电、煤制油化工企业在生产废水零排放技术领域的应用提供了借鉴意义。 关键词：生产废水 协同性分级 零排放技术

宁东能源基地（以宁夏煤业公司煤制油化工板块为例）已建成400万吨/年煤炭间接液化示范项目，煤制甲醇、甲醇制烯烃、煤制烯烃等大型煤制油化工项目，配套建设高温高压燃煤锅炉，采用氨法脱硫工艺对烟气进行超低排放处理。项目年度用水量达7430万吨，取自宁夏段黄河地表水，面临水资源紧缺、环保压力剧增的问题，一度困扰着整个板块的可持续稳定运行。要解决这一制约生产的瓶颈问题，必须要破解生产废水的重复再利用难题。要减少对区域水体的污染，必须要理清废水减排的技术路线选择思路。结合当前国内的工业废水处理技术，在循环水冷却方面，重点以提高循环水浓缩倍数。高COD、NH₃-N、TDS废水处置方面，利用常规性生物降解、膜浓缩等技术手段，仍有大量的尾水需要外排，不但浪费水资源，并且没有从根源上管控住对区域水体产生严重污染的风险。为了回收利用这一部分尾水，通过新技术攻关、经验成果孵化等技术创新手段，完成了废水高COD氧化催化一体降解，高NH₃-N 、A₁O₁-A₂O₂高盐菌处理、TDS浓缩分盐的成套技术创新实践，实现了对循环水置换浓水100万吨/年、煤制油化工废水3280万吨/年再利用，达到了生产废水零排放目标，为创建清洁能源生产企业迈出了坚实的一步。

1发电与煤制油化工系统生产废水特性分析

1.1 发电系统生产废水特性分析

高温高压燃煤锅炉及配套建设烟气脱硫系统，生产过程中产生的废水有含煤废水、脱硫塔置换废水、锅炉排污等。其中含煤废水集中在输煤栈桥、灰渣库等区域，利用水浴除尘器、水冲洗等装备收集扬尘，产生煤泥水，SS超标。烟气脱硫系统采用氨法脱硫工艺技术，烟气进入吸收塔与循环浆液接触进行洗涤、降温和吸收，在此过程中含氨吸收剂的循环液将烟气中的SO₂吸收，反应生成亚硫酸铵，最终形成硫酸铵产品。脱硫装置在塔内水系统进行置换时，此部分水NH₃-N等指标超标。锅炉排污水硬度超标。

1.2 煤制油化工系统生产废水特性分析

生产废水是经过污水处理装置反渗透浓水、双膜回用装置外排浓盐水和其它化工单位排放的清净废水。废水中硬度高、含盐量高、COD浓度高、氨氮含量高，分别为1400mg/L、3288 mg/L、120 mg/L和25 mg/L，且COD难以生物降解。

表1 废水进水水质表

2生产废水处理技术路线研究确定

基于整个板块的生产运营实际，技术路线的选定必须以水质的特点、产品的要求、深入考察及技术论证的结果为原则，发电与煤制油化工系统废水零排放工艺必须协同、清污分流分级处理，以最省投资、最低运营成本、最优的处理工艺，最终达到零排放。

2.1生产废水处理工艺选择思路

2.1.1发电系统含煤废水重点是SS超标，降低SS值，则可重复利用。工艺路线选定以降低SS值为主的絮凝沉降脱水一体技术。烟气脱硫系统只在塔内水系统进行置换时，只许外排废水，其余运行工况全部进行内循环，废水中NH₃-N等指标超标，以及锅炉排污水硬度超标问题，可与煤制油化工生产废水一并进行协同处理，形成生产含盐废水一级处理方案。

2.1.2煤制油化工废水重点需解决高有机物（COD）、高硬度、高含盐量、高悬浮物等问题。通过多方案的调查研究分析对比，结合中试结果，要达到回用水水质指标，采用以除硬（除硅）软化、膜浓缩、离子交换、氧化催化一体降解、生化处理等综合处理工艺可以实现处理要求，形成生产废水高COD、NH₃-N、硬度处理方案。

2.1.3要达到废水零排放，需对高盐浓水进行深度处理，从目前的工艺技术及结晶盐的质量标准，采用以NF分盐+MVR蒸发+多效蒸发（硫酸钠采用冷冻结晶+熔融结晶）为核心的分盐技术，辅以除硬软化、强氧化、生化处理、膜浓缩等综合强化处理工艺，生产废水高COD、NH₃-N、硬度处理方案，形成生产废水零排放处理方案。

2.2生产废水处理方案

2.2.1生产含盐废水一级处理方案

2.2.1.1含盐废水根据水质以及处理要求，通过运行过程评估，将含盐废水处理装置工艺优化升级，工艺主流程：综合调节+一级浓缩高密度澄清池+一级浓缩变孔隙滤池+超滤+反渗透+二级浓缩高密度澄清池+二级浓缩变孔隙滤池+离子交换软化+脱碳器+浓水超滤+浓水反渗透等组合式处理技术。通过上述反渗透前段预处理系统，去除水中的悬浮物、硬度、碱度等。保护反渗透系统，防止反渗透膜结垢。反渗透和浓水反渗透产水进入回用水系统，浓水反渗透的浓盐水进入蒸发单元浓缩。蒸发单元采用“机械蒸汽压缩再循环立式降膜蒸发器技术”，产生的优质再生水，与反渗透优质再生水一同作为循环水系统和除盐水系统的补水。高盐卤水进行蒸发结晶处理。

图1含盐废水处理工艺主流程

系统关键指标的处理措施：超滤系统主要去除废水中部分COD、BOD 及大部分的浊度、胶体、大颗粒物质、细菌和病毒等，经过超滤处理后的水质 SDI≤3。离子交换软化单元根据需要选用弱酸阳床软化技术，离子交换树脂采用大孔型树脂，防止大分子有机物堵塞树脂的微孔交换通道，确保在进水有机物含量较高时，树脂也能保持良好的交换容量。进入浓水反渗透系统的水需要进一步去除水中的碱度以降低结垢风险，本系统在弱酸阳离子交换器出水中加硫酸调节pH，将废水中的 HCO₃^-及 CO₃^2-转变为CO₂，然后再通过脱碳器脱除水中的碱度。

2.2.1.2生产废水高COD、NH₃-N、硬度处理方案

含油废水进入调节罐中进行均质、均量后，进入涡凹气浮池中，涡凹气浮池自流入溶气气浮池中。通过两级气浮池去除废水中的石油类物质。溶气气浮池出水进入厌氧反应器（EGSB）。

生产污水进入均质调节罐中进行均质、均量。有机污染物、氨氮等污染物在A-O生化池中降解去除，生化O池进行硝化液回流，去除废水中的硝态氮。生化池出水进入二沉池，进行泥水分离。二沉池中的污泥部分回流至生化A池，用于补充生化系统的污泥，部分污泥排入生化污泥脱水系统进行处理。为了使出水硬度满足回用标准，深度处理硬度必须严格控制。出水需提升至高效沉淀池，用于脱除水中的硬度，高效沉淀池出水自流至 V 型滤池。V型滤池出水自流入臭氧接触池中，臭氧接触池出水提升至BAF池，利用臭氧开环、断链的作用，将难降解的物质变为易降解的小分子物质，BAF池中通过增加填料，微生物膜通过吸附、降解、截留等原理进一步去除废水中的有机污染物、氨氮等。出水达到污水综合排放二级或一级A标准进入生产废水零排放处理装置。

图2生产废水高COD、NH₃-N、硬度处理工艺主流程

2.2.2生产废水零排放处理方案

生产废水零排放处理工艺流程选用以前段膜脱盐、后段分盐及结晶为核心的“零排放”技术，实现了工业处理污水的“零排放”，并实现了污水中盐分的资源化利用。NF分盐及结晶工段：收集膜脱盐装置树脂软化后的软化水，经膜分盐装置将一价盐和二价盐分开，淡水侧进蒸发结晶系统，得到合格的氯化钠；浓水侧COD富集，设置有机物浓缩分离单元去除生化残留的大部分COD后，经高压反渗透浓缩进硫酸钠冷冻结晶系统，得到硫酸钠结晶盐，为提高硫酸钠产量，设置冷冻纳滤系统。处理线产生的产品水全厂统一收集后回用至化工园区各用户；产生的生化及化学污泥经脱水后外运安全处置；结晶产生的NaCl及Na

₂SO₄无机盐外售；氯化钠和硫酸钠母液利用杂盐结晶器生成杂盐，进行无害化安全处置。

图3生产废水零排放处理工艺主流程

2.2.3生产废水处理过程管理

通过采用节水新工艺、新技术、完善循环水系统、串接利用水资源、回收利用外排水、扩大非常规水资源利用等措施，降低了吨产品耗水，减少污水外排，取得较好的效果。在环保管控升级的大趋势下，必须通过优化技术及管理措施来精确管理用排水，改变传统的管理模式，实现水处理精细化管理，提高水处理的效率，保障其安全、稳定的生产运营。开展过程节水诊断、水平衡测试、用水效率评估情况，同时深入推进水资源综合利用和节水型企业建设，对标同行业先进指标开展节水工作，狠抓水系统运行技术管理，提高板块水系统工艺操作水平，优化、完善各装置岗位操作法、工艺技术规程，提炼编制废水系统运行技术标准，形成规范的管理体系。

3创新实践效果评价

在宁东能源基地已建成400万吨/年煤炭间接液化示范项目，煤制甲醇、甲醇制烯烃、煤制烯烃等大型煤制油化工项目的应用取得了较好的效果。配套建设的高温高压燃煤锅炉产生的废水得以深度处理，实现了对循环水置换浓水100万吨/年、煤制油化工废水3280万吨/年合格品质再利用，达到了生产废水零排放目标，为创建清洁能源生产企业迈出了坚实的一步。

出水水质及初级再生水水质见下表2

4结语

4.1针对能源基地发电系统与煤制油化工系统的实际特点，通过研究两者的水质特性，重点在循环水浓缩置换水，脱硫废水，化工高COD、NH₃-N、TDS废水处置等关键问题上，优化了从源头治理到总口零排放的技术路线，解决了高COD、NH₃-N、TDS废水处置的瓶颈难题，处理后再生水水质达到回用标准。

4.2完成能源基地发电系统与煤制油化工生产废水协同性分级零排放的工业化实践，在减少投资、节水降耗、环保安全等方面，发挥了实质性作用。

4.3促使大型发电、煤制油化工企业在废水零排放技术领域的应用性更为科学广泛，并提供了相关借鉴价值。

参考文献：

[1]煤制油化工装置与发电水系统规程

[2]煤化工废水处理利用研究

作者简历：杨正武，男，工程师，现从事煤制油化工技术管理工作。

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