煤化工脫鹽水站中水回用工藝設計

任同偉，劉孟博

（1.北京匯恒環保工程股份有限公司，北京 100029；2.維爾利環?？萍技瘓F股份有限公司，江蘇 常州 213000）

脫鹽廢水一般指的是高鹽廢水在經一系列脫鹽工藝處理后產生的濃鹽水，這類廢水具有高鹽、高硬度等特點[1-2]。目前，我國人均水資源占有量僅2 300 m3，而大規模發展的煤化工產業用水量高達2 000～3 000 萬m3，噸產品耗水在10 噸以上[3-4]。煤化工企業作為用水大戶，水資源的再利用對企業來說非常重要。某煤化工企業園區內廢水在經脫鹽水站后產生了大量脫鹽廢水，為減少廢水排放，資源化回收脫鹽廢水，特在煤化工廠區內設置中水回用站，以解決用水問題。本文主要研究了煤化工脫鹽水站中水回用工藝設計。

1 水質和水量

本項目來水包含循環水站排水及除鹽水站排水，處理規模為250 m3/h，進水水質及出水標準如表1所示，其中出水水質指標優于“工業循環冷卻水處理設計規范”（GB/T 50050—2017）中再生水水質指標。

表1 回用水站進水水質及出水標準

2 主要工藝單元及原理

2.1 軟化澄清池

軟化澄清池采用污泥外循環軟化澄清池技術。軟化澄清池是一種利用物理/化學處理和特殊的絮凝和沉淀體系，達到快速沉淀的污水處理工藝。該工藝將快速混合、絮凝反應、沉淀分離進行綜合，其核心是利用池中聚集的泥渣，通過池外回流與水中的顆粒進行相互接觸、吸附，加速顆粒絮凝，促進雜質顆粒的快速分離，結合斜板或斜管，加速沉淀過程，實現高效的固液分離[5-6]。

水中鈣鎂離子含量的總和稱為總硬度，可分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩種：碳酸鹽硬度是以酸式碳酸鹽形式存在的部分，主要是由鈣鎂離子的碳酸氫鹽所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度，碳酸氫鹽硬度經加熱之后分解成沉淀物從水中去除，故亦稱為暫時硬度；非碳酸鹽硬度主要是由鈣鎂離子的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽類所形成的硬度，這類硬度不能用加熱分解的方法去除，故也稱為永久硬度，如硫酸鈣、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鎂、硝酸鈣、硝酸鎂等。水中除硬的反應順序：酸堿反應和緩沖溶液反應>碳酸鈣沉淀>氫氧化鎂沉淀。

為在軟化澄清設施中高效去除水中鈣鎂離子以及呈膠體狀態的微細懸浮物，在其工藝前的混凝池和絮凝池中投加藥劑并進行機械攪拌，進行物理化學反應，達到所需工藝條件。常用軟化藥劑有石灰、純堿和燒堿。本項目中水部分除硬采用“雙堿法”，只需投加液堿，一來可以減少藥劑的投加，減少運行成本；二來可以減少污泥的產生，減少污泥處置費用。

2.2 多介質過濾器

多介質過濾器是采用石英砂和無煙煤作為填料，去除水中的雜質，具有過濾阻力小、比表面積大、耐酸堿性強、抗污染性好等優點。多介質過濾器的獨特優點還在于通過優化濾料和過濾器的設計，實現了過濾器的自適應運行，濾料對原水濃度、操作條件、預處置工藝等具有很強的自適應性，即在過濾時濾床自動形成上疏下密狀態，有利于在各種運行條件下保證出水水質，反洗時濾料充分散開，清洗效果好。

過濾器可有效去除水中的懸浮物，并對水中的膠體、鐵、有機物、農藥、錳、細菌、病毒等污染物有明顯的去除作用，特別是能有效地去除沉淀技術不能去除的微小粒子和細菌等，并具有過濾速度快、過濾精度高、截污容量大等優點[7-8]。

2.3 超濾

超濾膜是利用納米級的物理孔徑在一定的壓力作用下，對料液中的物質進行分離、凈化、純化和濃縮的一個純物理過程。超濾可以去除懸浮物、膠體、濁度、有機物、細菌和大腸桿菌等雜質。目前超濾膜技術已經用于海水淡化、中水回用、反滲透系統的預處理、冷凝水處理和超純水的制備等[9-11]。

隨著水處理技術的不斷發展，反滲透的預處理由傳統的機械粗過濾發展到了以超濾技術為核心的精密預處理。超濾膜具有0.1～0.001 μm 的過濾孔徑，可以去除原水中幾乎所有的細菌、微生物、病毒、大腸桿菌以及一些大分子的有機物和水中所有不溶解性的膠體等，使處理出水濁度≤0.1 NTU，SDI≤3，可延長后續膜元件的使用壽命，而且保證了穩定的產水量和脫鹽率。

2.4 反滲透

反滲透（RO）半透膜具有選擇透過性，能夠允許溶劑通過而阻留溶質，RO正是利用了半透膜的這一特性，以膜兩側的壓差為推動力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑透過而截留溶質，從而實現濃液和清液的分離。該過程無相變，一般不需要加熱，工藝簡便，能耗低，不污染環境。目前，反滲透通常與超濾組合使用，常用于處理含鹽廢水[11-13]。

RO即在進水（濃溶液）側施加壓力以克服自然滲透壓，當高于滲透壓的操作壓力施加于進水側時，水分子自然滲透的流動方向就會逆轉，進水中的水分子部分通過反滲透膜而成為凈化產水。

3 工藝流程及說明

3.1 工藝流程圖（圖1）

圖1 工藝流程圖

3.2 工藝流程說明

本項目由維爾利環?？萍技瘓F股份有限公司進行工藝設計，采用“軟化澄清+多介質過濾器+超濾+反滲透”的工藝流程。來水進入本系統的調節水池進行均質均量調節后，經泵輸送至軟化澄清池進行化學除硬并沉淀。通過向軟化澄清池系統投加氫氧化鈉、混凝劑、除硅劑、絮凝劑等藥劑與水中鈣離子、鎂離子和碳酸氫根反應生成沉淀而去除水中的鈣硬度、鎂硬度和堿度；反應后的水流入斜管沉淀區中進行固液分離，斜管沉淀區出水進入中和水池并投加少量鹽酸調節廢水的pH至8左右。

多介質過濾器出水進入濾后產水池，濾后產水池出水加壓后進入自清洗過濾器處理，攔截進水管網中的大顆粒物質，然后進入超濾裝置單元（UF），進一步去除原水中的懸浮物、膠體、細菌、大分子有機物，滿足反滲透裝置進水要求。超濾出水進入超濾產水池，超濾產水池出水加壓后進入一級反滲透（RO）處理。

一級反滲透的產水進入RO 產水池，回用至循環水站。一級反滲透的濃水送至RO濃水池，濃水經泵提升后送本EPC項目污水處理站監控水池，和污水處理站排水匯合后經泵排至園區污水處理站。反滲透回收率≥75%。

其余生產單元的沖洗水、反洗水、化學清洗水（多介質過濾器反洗水、自清洗過濾器沖洗水、超濾系統反洗水、反滲透反洗水、超濾和反滲透化學清洗水）全部收集后進入反洗水池，再經泵提升至中水調節水池進行循環處理，以提高系統產水率，減少系統外排水量。

軟化澄清池的排泥經污泥泵提升排至污泥池儲存，泵送至污泥調理池加藥調理之后再用螺桿泵送入全自動高壓隔膜壓榨板框脫水機進行脫水處理，泥餅用車外運處置，濾液及沖洗水排至回用水站前端進行循環處理。

4 主要構筑物及參數

（1）中水調節池。中水調節池設置1 座，鋼砼結構，停留時間大于4 h，封閉形式：不封閉，流量為250 m3/h。中水調節池的作用是均質和均量，在調節池中儲存一定時間，就會把該段時間的水質調節均勻，使該廢水以穩定的水量、水質進入后續處理設施。

（2）軟化澄清池。軟化澄清池設置2 座，鋼砼結構，總進水量為290 m3/h，包括混合區、混凝區、絮凝區、沉淀區以及中和反應區。污水首先進入混合池，與投加的混凝劑進行快速混合?；旌虾蟮奈鬯M入絮凝反應池，在此投加高分子絮凝劑，并與沉淀池回流的污泥進行快速攪拌，完成絮凝反應，循環固體可加速絮凝過程并促進密實、均勻的絮體顆粒形成。隨后水流從絮凝反應池流至沉淀池的預沉降區，污泥進入沉淀池底部。清水通過斜板（管）流至頂部的集水槽；大部分懸浮固體在預沉降區直接分離，剩余的絮凝顆粒在斜板（管）中去除。底部設置帶柵條濃縮功能的刮泥機，濃縮污泥一部分回流到快速混合池出水端，剩余的高濃度污泥排放處理。

（3）中間水池。為穩定多介質過濾器進水流量，設置中間水池1 座，鋼砼結構，與軟化澄清池共壁。進水水量290 m3/h，停留時間不少于60 min，。池內設置液位計。

（4）濾后產水池。濾后產水池設置1 座，鋼砼結構+內防腐，進水水量280 m3/h，水力停留時間不少于2 h。濾后產水池的主要作用是將多介質過濾器出水通過提升泵提升至超濾系統，并提供多介質過濾器反洗水。

（5）超濾產水池。超濾產水池設置1 座，鋼砼結構，進水水量250 m3/h，水力停留時間不少于2 h，池內配置雷達液位計。超濾產水池主要作用是將超濾出水提升至反滲透系統，并提供超濾反洗水，超濾設計參數如表2所示。

表2 超濾裝置設計參數

（6）反滲透產水池。反滲透產水池設置1座，鋼砼結構，進水水量188 m3/h，水力停留時間不少于2 h，池內設雷達液位計。反滲透產水池的主要作用是將反滲透產水通過提升泵提升至循環水站冷水池。反滲透設計參數如表3所示。

表3 反滲透裝置設計參數

（7）反滲透濃水池。反滲透濃水池設置1座，鋼砼結構，進水水量65 m3/h，水力停留時間不少于2 h，池內設雷達液位計。設提升泵2臺（一用一備），過流部件為316，可根據液位自動啟停。反滲透濃水池的主要作用是將反滲透濃水通過提升泵提升外排至污水處理站。

（8）反洗廢水池。各單元反洗廢水、化學清洗水暫時存放在反洗廢水池，收集后輸送至進水調節池。反洗廢水池設置1 座，鋼砼結構，水力停留時間不少于2 h，池內設超聲波液位計。

（9）污泥儲池。污泥儲池設置1 座，鋼筋砼結構，流量設計為10 m3/h，水力停留時間超過8 h?；赜盟疚勰嗵幚硐到y中的污泥主要來自中水軟化澄清池，其絕干污泥處理量約為1.4 t/d。軟化澄清池排泥周期為4 h，含水污泥由污泥外排泵泵送至污泥儲池進行儲存，污泥含水率為98%左右。

（10）污泥調理池。污泥調理池設置1 座，鋼筋砼結構，流量設計為10 m3/h，水力停留時間為12 h。污泥在調理池中與PAM充分混合，形成污泥絮體，方便后續脫水處理。

5 處理效果及運行成本

中水回用站各單元處理效果見表4。由表4 可知，反滲透產水與軟化澄清池進水水質相比而言，廢水總硬度、總溶解固體、鈣鎂離子濃度等指標都有明顯下降，且基本指標都符合出水要求，其中軟化澄清池在去除鈣鎂離子及總硬度方面達到滿意效果，這三種指標去除率都達到85%以上，而多介質過濾器對去除懸浮物固體發揮了較好的作用。

表4 中水回用水站各單元處理效果（單位：mg/L）

表5展示了該中水回用站的運行成本，按照實際水質計算，總進水量為250 m3/h，估算結果不含污泥處置費用、危廢處理費用及人工費用。脫水后污泥按照含水率60%計算，根據估算結果，每噸水的運行成本為2.962元，其中輔材類消耗占比最高，超過總成本的70%，燒堿作為消耗最高的輔材，占輔材成本的70%以上。

表5 中水回用水站運行成本估算

6 結論

本項目為煤化工企業脫鹽廢水中水回用項目，主要采用“軟化澄清+多介質過濾器+超濾+反滲透”的工藝對氣化廢水生化處理后殘留的高鹽成分進行有效的去除，根據出水結果，廢水總硬度、懸浮物固體、總溶解性固體的去除率分別超過99%、99%及97%以上，產水各項指標均優于“工業循環冷卻水處理設計規范”（GB/T 50050—2017）中再生水水質指標。該項目對煤化工企業廢水處理的中水回用具有一定的參考意義，項目所采用的工藝在高鹽高硬工業廢水領域具有較好的應用前景。