中国是世界上焦炭生产大国,多年来我国焦炭产量一直占世界焦炭总产量的67%以上。2017年至2021年我国焦炭产量从43143万吨增加至46445.8万吨,年均复合增长率为1.86%。2022年,我国焦炭产量将有望达到47310.3万吨。
我国拥有完整的焦化工业体系,在规模、产量、技术和管理等方面,均处于高水平,为我国钢铁、化工、有色冶炼和机械制造等领域的国民经济发展做出了巨大贡献。经过多年的发展,焦化行业经历人工化、机械化、电气化阶段,现正朝着自动化和智能化方向发展。转型、技术升级的进步在不断重塑焦化行业。同时,在政策利好和技术进步背景下,焦化行业前景光明。
“十四五”新时期,焦化行业走高质量、绿色发展路径
“十四五”时期,根据《焦化行业“十四五”发展规划纲要》阐述,焦化行业面临着新要求。到2025年焦化废水产生量减少30%,氮氧化物和二氧化硫产生量分别减少20%;优化固体废弃物处理工艺,固体废弃物资源化利源率提高10%以上。
环保要求趋严,要求企业对焦化废水处理至达标后排放,走高质量、绿色发展路径。对于一些水资源缺乏的地方,要求将焦化废水处理至回用标准,回用于企业内部,实现废水的近零排放。而焦化废水中含有大量的大分子难降解有机物,传统的活性污泥法不能有效的去除该部分物质,使得生化出水中仍含有较多的有机物。导致其出水不能达标排放或回用于企业内部。因此,针对其中的难降解有机物,需对其进行深度处理。
目前,国内对焦化废水主要采用活性污泥法和混凝沉淀法联合处理,能达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)二级排放标准。随着新的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)实施,炼焦化学污水直接排放标准将于2015年进一步提高至COD80mg/L、氨氮10mg/L,原有生化处理方式已经不能满足新标准的绿色发展要求。
打造焦化废水资源化利用新方向
焦化行业中的一批关键核心工艺装备,实现了从引进、模仿、跟踪向自主创新和研发制造。我国焦化产业已经形成了集“设计研发、装备制造、建设施工、生产运营、检化验”等为一体的较为完备的工业体系,工艺流程和现代化装备水平不断提升,为建设我国现代化焦化产业提供了坚实的技术装备保障。
在焦化废水进一步深度处理过程中,实现废水资源的循环利用,符合国家倡导的以低消耗、低排放和高效率为基本特征的循环经济发展模式,与焦化废水“十四五”时期新要求完全“契合”。
焦化废水的水质因工艺流程和生产操作方式不同而有差异,一般焦化厂经脱酚、蒸氨、生化、回用后的浓盐水的含盐量高,通常大于15 000mg/L;COD含量高且基本均为难生化降解有机物,通常在300~1 000mg/L;氟离子含量很高,通常大于150mg/L,硬度不高。水量通常不太大,随焦化规模不同浓盐水量从每小时几十吨到几百吨不等。
焦化废水深度处理的方法很多,目前有广泛应用前途的工艺为分盐工艺,通常采用分盐纳滤膜分为一价氯化钠和二价硫酸钠,分盐后浓淡水侧分别浓缩,浓缩后的高浓盐水进一步资源化。整体工艺为预处理+膜集成浓缩+高浓盐水资源化。
焦化废水中胶体含量比较多,需采用超滤去除水中大部分胶体。水中主要盐分为硫酸钠和氯化钠,少量NO-3、K+、F-,采用分盐纳滤膜进行分盐。分盐后浓淡水侧采用膜集成工艺分别浓缩。
纳滤浓水侧主要为浓缩后的硫酸钠,COD主要在纳滤浓水侧,浓缩后硫酸钠浓度约3.5%~5%,COD约200~800mg/L。通常采用浓水纳滤进一步浓缩硫酸钠浓度至6%~12%,或采用蒸汽机械再压缩技术进行蒸发浓缩。
纳滤产水侧主要为氯化钠,浓度约1%~1.5%,COD含量约50~100 mg/L,二价离子含量通常很低,不易发生有机物污染和无机物结垢,水质相对好。通常通过反渗透进一步浓缩至氯化钠浓度为8%~10%,或通过反渗透浓缩至氯化钠浓度为4%~5%后通过电渗析浓缩至16%~20%。
结语:
在焦化废水处理中,不同的处理工艺各有优缺点,根据企业的实际情况选择才合理。我国作为煤炭消费第二大行业,风口上的焦化行业减碳行动刻不容缓,且减污降碳任务艰巨、挑战严峻。未来,焦化行业作为煤消耗、碳排放大户,势必还会在各方政策支持下,走上更为清洁、绿色的生产之路。