陽(yáng)煤集團和順化工有限公司設計規模為年產(chǎn)18萬(wàn)噸合成氨、3萬(wàn)噸甲醇、30萬(wàn)噸尿素，主工藝裝置包括常壓固定床塊煤氣化、變壓吸附制氧、濕法催化氧化脫硫、變壓吸附脫碳、氨合成、二氧化碳汽提尿素等，廢水主要來(lái)自原水處理及脫鹽水站排水、合成循環(huán)水系統排水、尿素循環(huán)水系統排水、造氣循環(huán)水系統排水、脫硫循環(huán)水系統排水、壓縮機含油廢水。

污水處理系統收集全廠(chǎng)區的廢水進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)生化處理后進(jìn)入中水回用系統，經(jīng)中水回用系統處理后淡水主要回用于循環(huán)冷卻水補水，濃水作為造氣循環(huán)水補水，實(shí)現零排放，但中水回用系統因設備老化、膜設備污堵等原因無(wú)法投運，導致污水再次返回循環(huán)冷卻水系統，鹽分無(wú)法去除，形成閉路循環(huán)，循環(huán)冷卻水的鹽分不斷累積，水質(zhì)嚴重超標，氯離子高達5000mg/L以上，對設備造成嚴重腐蝕或結垢，同時(shí)造成循環(huán)水無(wú)法消納原設計的濃鹽水，特別是冬季濃鹽水無(wú)法排放，存在較大的環(huán)保風(fēng)險。

根據分析整個(gè)水處理系統的現狀，對原有生化系統進(jìn)行改造，對生化的產(chǎn)水通過(guò)采用高效膜濃縮技術(shù)(專(zhuān)利號ZL201310082599.3)和專(zhuān)有三效蒸發(fā)技術(shù)解決了循環(huán)冷卻水鹽分累積過(guò)高的問(wèn)題，實(shí)現循環(huán)冷卻水系統的的良態(tài)運行，改善整個(gè)水處理系統的運行情況，實(shí)現了整個(gè)廠(chǎng)區的零排放。

1、工程設計

1.1 高效膜濃縮技術(shù)

高效膜濃縮是一種集合高密度沉淀池、離子交換、雙膜工藝的處理技術(shù)，該技術(shù)克服了傳統反滲透系統存在的有機物污堵、生物污堵、膠體顆粒污染、無(wú)機物結垢，既可以容忍一定硬度的進(jìn)水，有效去除進(jìn)水中的氨氮，也可以應對廢水中各種化學(xué)組分的變化，實(shí)現在低化學(xué)品消耗、高回收率條件下穩定運行。

1.2 裝置設計基礎

1.2.1 設計進(jìn)水水量水質(zhì)

在工程實(shí)踐中，膜濃縮系統長(cháng)期運行COD、硅等經(jīng)濃縮后可造成膜污堵，所以一般傳統反滲透對進(jìn)水水質(zhì)要求高，特別是COD要求小于30mg/L，并且膜系統的回收率較低(一般低于70%)，對有機含鹽廢水的回收率更低(~50%)，產(chǎn)生大量的廢水，并且頻繁清洗(一般1~2周清洗一次)，因此對有機含鹽廢水的濃縮一般采用的是高效反滲透技術(shù)即HERO工藝，但HERO工藝需要長(cháng)期控制高pH(11~12)運行，同時(shí)對預處理運行要求非常高，比如硬度一般要求小于1mg/L，這樣就導致消耗的堿液量比較大，同時(shí)對來(lái)水的氨氮沒(méi)有去處效果。實(shí)際上有機物、生物對膜的污染是需要一定時(shí)間積累的，在膜濃縮裝置連續運行一段時(shí)間后(約4~8h)，膜的表面會(huì )有少量的有機物污染，此時(shí)在進(jìn)水中投加強堿，將進(jìn)水的pH值升至10.3~10.8，同時(shí)采用大流量、高pH值的進(jìn)水對膜表面沖洗十幾分鐘，可將膜表面累積的有機物、膠體等去除。沖洗完成后，停止加堿，將進(jìn)水壓力提升，高效膜濃縮系統重新投入運行，這就是高效膜濃縮技術(shù)與其他技術(shù)的不同之處。這種運行方式既可克服常規反滲透的生物污染、有機物污染、無(wú)機物結垢和膠體污堵，又可克服在長(cháng)期堿性條件下運行反滲透(即傳統的HERO技術(shù))產(chǎn)生的消耗大量堿、而氨氮無(wú)法去除的缺點(diǎn)。

高效膜濃縮系統即使在90%的回收率條件下，其化學(xué)清洗的周期也將達到3~6個(gè)月，系統在設定條件下，反滲透系統運行相當穩定、可靠，從工藝上根本解決了反滲透裝置污染與結垢問(wèn)題。

在廢水零排放系統中，該工藝可顯著(zhù)減少送入后續蒸發(fā)結晶系統的進(jìn)水量，從而極大減少設備的投資和運行費用，可廣泛應用于高鹽水的高倍濃縮。

1.2.2 設計出水水量水質(zhì)

1.3 工藝流程

根據來(lái)水的水質(zhì)和改造要求，力求系統的穩定、可靠，將高效膜濃縮應用于中水回用系統。系統工藝流程描述如下：

(1)前端的生化出水與本系統反洗廢水、再生廢水、污泥脫水濾液等混合后首先進(jìn)入高密池，通過(guò)投加燒堿和碳酸鈉軟化劑通過(guò)一系列的反應生成沉淀而達到除硬除堿的目的，達到總硬度小于100mg/L。根據需要還應投加混凝劑，使生產(chǎn)的沉淀形成較大的礬花，改善污泥的沉淀性能。軟化澄清生成的碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂的顆粒表面能吸附水中大部分硅化合物，然后漸漸變成難溶的硅酸鎂，從而在軟化的同時(shí)去除廢水中的二氧化硅，達到出水二氧化硅小于15mg/L。

(2)經(jīng)軟化澄清后的出水送入多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，以去除高密池出水中含有的少量懸浮物質(zhì)、固體顆粒、膠體等，保證其出水濁度小于2NTU。

(3)經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾后，水中仍有小量高密池未能去除的硬度以及部分堿度，采用弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂能夠去除水中所有的硬度，達到出水總硬度小于1mg/L，弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂具有交換容量大、容易再生等優(yōu)點(diǎn)。

(4)經(jīng)過(guò)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂后，需要進(jìn)一步去除水中的堿度以降低結垢風(fēng)險。系統在弱酸陽(yáng)離子交換器后加酸調節pH，通過(guò)采用鼓風(fēng)脫碳器脫除水中的堿度，可將CO2含量降至5mg/L以下。

(5)經(jīng)過(guò)脫碳器脫除水中的堿度后，出水進(jìn)入超濾系統，作為反滲透的前處理，保證其出水SDI小于3。

(6)經(jīng)超濾裝置后的出水送入高效膜濃縮系統，在膜濃縮裝置連續運行一段時(shí)間后(約4~8h)，膜的表面會(huì )有少量的有機物污染，此時(shí)在進(jìn)水中投加強堿，將進(jìn)水的pH值升至10.3~10.8，采用大流量、高pH值的進(jìn)水對膜表面沖洗十幾分鐘，可將膜表面累積的有機物、膠體等去除，沖洗后的水返回至膜濃縮裝置的進(jìn)水箱中。沖洗完成后，停止加堿，將進(jìn)水壓力提升，膜濃縮裝置重新投入運行。

中水回用系統的反滲透產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)異，回用至廠(chǎng)區用作循環(huán)冷卻水補水，反滲透濃水進(jìn)入下游工段進(jìn)行蒸發(fā)結晶處理，最終實(shí)現廢水的“零排放”。

2、裝置實(shí)際運行情況

2.1 系統設計

2.1.1 高密池裝置

高密度沉淀池工藝是依托污泥混凝、循環(huán)、斜管分離及濃縮等多種理論，通過(guò)合理的水力和結構設計，集泥水分離與污泥濃縮功能于一體的新一代沉淀工藝，由反應區和澄清區兩部分組成，反應區包括混合反應區和推流反應區；澄清區包括入口預沉區、斜管沉淀區及濃縮區。

主要設備參數：數量：1套，處理量：80m3/h，除硬度反應池：20m3，混凝池：3m3，絮凝池：12m3，沉淀池：斜管區上升流速10m/h，污泥回流比：4%~6%，中和池：1.5m3。

2.1.2 多介質(zhì)過(guò)濾器

多介質(zhì)過(guò)濾器是利用一種無(wú)煙煤和石英石作為過(guò)濾介質(zhì)，有效的除去懸浮雜質(zhì)使水澄清的過(guò)程，用于超濾預處理，出水濁度可達2NTU以下。

主要設備參數：數量：2臺，處理量：80m3/h，罐體直徑：Ф2400mm，裝填量：無(wú)煙煤4m3石英沙8m3，正常流過(guò)速率：8m/h，反洗周期：24h，氣洗強度：1m3/m2?min，風(fēng)機風(fēng)量：5m3/min，水反洗強度：10L/m2?s，產(chǎn)水濁度≤2NTU。

2.1.3 弱酸陽(yáng)床

本系統中采用弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂能夠去除水中所有的硬度，弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂有交換容量大容易再生等優(yōu)點(diǎn)，樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使離子交換反應以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團恢復原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂的再生采用兩步再生法，即第一步采用酸再生，將弱酸樹(shù)脂再生成氫型，然后采用堿再生，將氫型樹(shù)脂轉為鈉型。

主要設備參數：處理量：80m3/h，罐體直徑：Ф2200mm，裝填量：7.2m3，流過(guò)速率：20m/h，再生周期：72h，樹(shù)脂類(lèi)型：漂萊特C104plus大孔型弱酸陽(yáng)樹(shù)脂，產(chǎn)水硬度≤1mg/L，酸耗：2000kg/次，堿耗：3490kg/次，水耗：97m3/次。

2.1.4  超濾裝置

超濾系統作為反滲透的前處理，采用DOW聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜絲具，采用截污量更高的外壓式結構，具有更大的過(guò)濾面積。

主要設備參數：處理量：80m3/h，超濾型號及數量：20支SFP2880，設計通量：50LMH，超濾回收率：95%，反洗頻率：1次/30min，反洗強度：100L/m2?h，氣洗強度：7Nm3/h，產(chǎn)水污染指數：SDI≤3。

2.1.5 反滲透裝置

由于來(lái)水COD及其他雜質(zhì)限制，無(wú)法采用傳統的UF/RO系統實(shí)現高的回收率，采用了高效膜濃縮技術(shù)，與其他膜濃縮系統相比，進(jìn)行了諸多的改進(jìn)與改良，更為先進(jìn)，實(shí)現90%回收率。

主要設備參數：處理量：60m3/h，反滲透型號及數量：90支BW30-FR-400，芯數及排列方式：2段6芯，10?U5，設計通量：16LMH，反滲透回收率：90%，運行pH值：10.3~10.8，運行壓力：一段175m，二段215m。

2.2 各單元處理效果

各單元處理效果如表3所示。

2.3 各裝置運行情況

通過(guò)對調試和運行情況以及從性能測試數據的分析，該處理裝置的運行情況總結如下：

(1)高效反滲透回收率和脫鹽效果較好。裝置的水回收率達到了90%以上，脫鹽率高于97%，完全達到了設計要求。

(2)反滲透膜系統運行穩定，反滲透進(jìn)水pH間歇性控制在10.5~11之間，反滲透裝置的段間壓差、產(chǎn)水水量、水質(zhì)指標等都非常穩定。

(3)水中的鈣、鎂、鐵等二價(jià)、三價(jià)金屬離子的結構問(wèn)題在預處理得到了控制，在燒堿、純堿軟化和離子交換去除了水中的硬度及堿度，實(shí)際運行過(guò)程中，弱酸離子交換器的實(shí)效終點(diǎn)為10mg/L。

(4)二氧化硅的控制，高效澄清池去除了一部分進(jìn)水中的二氧化硅，反滲透入口投加少量的控制硅污染的阻垢劑。該阻垢劑同時(shí)還具有控制鈣鎂垢的作用。

(5)懸浮物、有機物和微生物的控制，雖然進(jìn)水含有一定量的COD，反滲透在高pH條件下運行，有機物的污染得到了控制，反滲透的段間壓差也基本維持穩定，沒(méi)有出現懸浮物、有機物的污堵。

(6)自2021年05月中水回用系統投用后，中水回用系統的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)水水質(zhì)達到且優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規范》(GB50050-2017)規定的工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)標準，用于廠(chǎng)區循環(huán)冷卻水的補水，循環(huán)冷卻水的電導率及氯離子開(kāi)始呈現下降趨勢，廠(chǎng)區最緊迫的循環(huán)冷卻水鹽分累積過(guò)高的問(wèn)題基本得到解決。

3、成本分析

高效膜濃縮系統處理水量按60m3/h計，水處理成本為13.36元/m3，其中化學(xué)藥劑8.01元/m3，耗材(樹(shù)脂、膜等更換)費用1.09元/m3，人員工資及其他4.26元/m3。

4、結論

陽(yáng)煤集團和順化工有限公司中水回用系統通過(guò)采用“高密池+多介質(zhì)過(guò)濾器+弱酸陽(yáng)床&脫碳器+超濾+反滲透”的高效膜濃縮工藝技術(shù)，廠(chǎng)區內的循環(huán)冷卻水排污水等廢水經(jīng)過(guò)處理后回用，設備處理效果好，運行穩定，出水水質(zhì)達到且優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規范》(GB50050-2017)規定的工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)標準，使得廠(chǎng)區污水處理出水全部回用，減少了一次水的使用，解決了廠(chǎng)區中水回用系統改造前最緊迫的循環(huán)冷卻水鹽分累積過(guò)高的問(wèn)題，實(shí)現循環(huán)冷卻水系統的的良態(tài)運行，改善整個(gè)水處理系統的運行情況，實(shí)現了經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，可為我國其他類(lèi)似行業(yè)的循環(huán)冷卻水處理設施的新建或升級改造提供借鑒與參考。（來(lái)源：廣州漢泰環(huán)境技術(shù)有限公司）