煤化工項目生產(chǎn)排水處理工藝及回用

鄧清軍，段志棟

(山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州 036000)

引 言

對于新建的石油化工項目，能源消耗是關(guān)鍵考慮因素。而水作為工廠原料和動力來源，做好其節(jié)約和重復(fù)利用工作，可以優(yōu)化降低企業(yè)運行成本。項目對用水指標的要求，迫切需要建設(shè)水的回收利用裝置。為提高水的重復(fù)使用率，降低消耗，實現(xiàn)水資源的高效利用，某煤化工項目建設(shè)有中水回用裝置。由于中水回用裝置多路進水，其水質(zhì)特點是高濁度、高電導(dǎo)率、高化學需氧量(COD)[1]，不能直接作為循環(huán)補充水，需經(jīng)過機械澄清池-多介質(zhì)過濾器-超濾過程除去懸浮物和有機物，再經(jīng)反滲透(RO)系統(tǒng)除鹽處理制得電導(dǎo)率小于1 000 μS/cm的回用水，水質(zhì)達到GB/T50335-2002《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》[2]表4.2.2要求，才能補入循環(huán)水系統(tǒng)，達到中水回用的目的。

1 系統(tǒng)進水水質(zhì)

某煤化工項目生產(chǎn)排水有循環(huán)水裝置排水、脫鹽水裝置排水、污水處理裝置產(chǎn)水等生產(chǎn)排水。其中，高污染排水中，COD為60 mg/L～100 mg/L，ρ(氨氮)為10 mg/L～30 mg/L，濁度為15 mg/L～50 mg/L，水量為120 m3/h；低污染排水中COD為40 mg/L～60 mg/L，ρ(氨氮)為10 mg/L～15 mg/L，濁度為15 mg/L～30 mg/L，水量為371 m3/h～446 m3/h。兩種生產(chǎn)排水水質(zhì)見表1所示。

表1 兩種生產(chǎn)排水水質(zhì)

2 生產(chǎn)排水處理回用工藝流程及說明

2.1 工藝流程

某煤化工項目回用水工藝流程見圖1。生產(chǎn)排水流入收集池，用收集池水泵提升到機械攪拌澄清池，澄清池進口管投加絮凝劑(硫酸亞鐵)提高對懸浮物的沉降效果，投加氧化性殺菌劑(次氯酸鈉)殺滅水中微生物，減少其活性，同時，投加Na2CO3和石灰乳減小鈣、鎂硬度；用泵加壓，在多介質(zhì)過濾器進口總管前投加鹽酸，調(diào)整pH為6～8的水進入多介質(zhì)過濾器去除水中的懸浮物及油類；出水經(jīng)超濾(UF)系統(tǒng)，水中的大分子有機物質(zhì)被除去，產(chǎn)水進入超濾水箱，經(jīng)超濾水泵提升進入管道混合器與阻垢劑、還原劑混合，調(diào)整水質(zhì)滿足(RO)系統(tǒng)進水要求，出水經(jīng)5 μm保安過濾器及反滲透高壓泵加壓至1.0 MPa～1.4 MPa進入(RO)系統(tǒng)?；赜盟?RO)系統(tǒng)的淡水進入回用水池，經(jīng)加壓后送入循環(huán)水系統(tǒng)作為補水；濃水進入濃水池，經(jīng)多介質(zhì)過濾器除去水中的懸浮物后進入濃水(RO)裝置，處理后得到的淡水進入回用水池，經(jīng)泵送入循環(huán)水系統(tǒng)作為補水，濃縮后的高濃鹽水送入高濃鹽水處理系統(tǒng)。

圖1 回用水工藝流程圖

2.2 主要構(gòu)筑物

1) 生產(chǎn)排水收集池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)地下式，尺寸13.3 m×12 m×3.7 m，容積590.52 m3，有效水深3.5 m，有效容積558.6 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)。

2) 機械攪拌澄清池。2座，鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，每座尺寸高7.1 m/Φ12.4 m，容積320 m3。

3) 澄清水池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，尺寸14.3 m×6.65 m×5.3 m，容積504 m3，有效水深5.1 m，有效容積484.98 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)，澄清池提升泵4臺(Q=230 m3/h，H=45 m，電機功率45 kW，材質(zhì)泵殼鑄鐵、葉輪316)。

4) 超濾水池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，尺寸14.3 m×7 m×5.3 m，容積530.53 m3，有效水深5.1 m，有效容積510.51 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)。

5) 濃水池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，尺寸14.3 m×3.65 m×5.3 m，容積276.6 m3，有效水深5.1 m，有效容積266 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)。

6) 高濃鹽水池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)地下式內(nèi)部防腐，尺寸13.6 m×5.6 m×5.0 m，容積380.8 m3，有效水深4.9 m，有效容積373.18 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)，濃水提升泵2臺(每臺Q=100 m3/h，H=35 m，電機功率37 kW，材質(zhì)：泵殼及葉輪材質(zhì)316)。

7) 污泥收集池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)地下式，尺寸3.5 m×7 m×4.5 m，容積110.25 m3，有效水深4.3 m，有效容積105.35 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)，污泥提升泵2臺(每臺Q=80 m3/h，H=20 m，電機功率37 kW，材質(zhì)鑄鋼)。

8) 污泥濃縮池。1座，鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，每座尺寸高7.45 m/Φ8 m，容積374.2 m3，有效水深7.04 m，有效容積353.7 m3。

9) 回用水池。1座，蓋板鋼砼結(jié)構(gòu)半地下式，尺寸14.3 m×7 m×5.3 m，容積530.53 m3，有效水深5.1 m，有效容積510.51 m3，配套雷達液位計1臺(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA輸出，24 V直流電源，材質(zhì)316)，回用水泵3臺(Q=200 m3/h，H=30 m，電機功率30 kW，材質(zhì)泵殼鑄鐵、葉輪材質(zhì)316)，在線式、4 mA～20 mA輸出流量計1臺(流量0 m3/h～500 m3/h)。

2.3 主要設(shè)備

2.3.1 原水調(diào)節(jié)單元

中水提升水泵4臺(Q=200 m3/h，H=20 m，電機功率30 kW，葉輪材質(zhì)316)，絮凝劑投加裝置(計量泵3臺，每臺Q=80 L/h，H=1.2 MPa，材質(zhì)PVC；計量箱2個，每個容積1 000 L，材質(zhì)PE；攪拌器2臺，每臺功率0.75 kW,材質(zhì)304；液位計2套，材質(zhì)PP)；殺菌劑投加裝置(計量泵2臺，每臺Q=80 L/h，H=1.2 MPa，材質(zhì)PVC；計量箱1個，容積1 000 L，材質(zhì)PE；液位計1套，材質(zhì)PP)；石灰乳投加裝置(石灰料倉1個，容積100 m3，螺旋輸送機1套，攪拌機1臺，材質(zhì)304，反應(yīng)罐1個，材質(zhì)碳鋼，溶解罐1個，材質(zhì)碳鋼，螺桿計量泵3臺，每臺Q=2 000 L/h，H=0.5 MPa，材質(zhì)304)，監(jiān)測儀表(濁度儀2臺，每臺測量范圍0 NTU～100 NTU，4 mA～20 mA輸出，pH儀2臺)，排泥裝置(電動閘閥4臺，每臺PN1.0 MPa，DN200，中線式橡膠襯圈，材質(zhì)碳鋼，手動排泥閥4臺，每臺PN1.0 MPa，DN300，中線式橡膠襯圈，材質(zhì)碳鋼)。

2.3.2 多介質(zhì)過濾器單元

中水多介質(zhì)過濾器10臺(Φ3 200 mm，材質(zhì)碳鋼防腐，填料無煙煤Φ0.8 mm/h～Φ1.2 mm/h(高，下同),400 mm，石英砂Φ0.4 mm/h～Φ0.6 mm/h，500 mm；Φ1.0 mm/h～Φ2.0 mm/h，200 mm，Φ2.0 mm/h～Φ4.0 mm/h，100 mm)，pH調(diào)節(jié)裝置1套(材質(zhì)PVC、H=1.0 MPa、Q=50 L/h計量泵3臺，材質(zhì)PE、V=2 000 L計量箱1個，材質(zhì)PP、液位計1套)。過濾器配中線式橡膠襯圈氣動蝶閥，PN1.0 MPa閥板304(DN200共20臺，DN125共20臺，DN100共10臺，DN80共10臺，DN50共10臺)。過濾器反洗水泵2臺(每臺Q=260 m3/h，H=0.3 MPa，電機功率37 kW，葉輪材質(zhì)316)。

2.3.3 超濾單元

自清洗過濾器4臺(精度100 μm，Q=150 m3/h，材質(zhì)碳鋼防腐)，中空外壓超濾裝置[3]4套(Q=150 m3/h、回收率≥90%，每套配材質(zhì)316、PN1.0 MPa對夾式氣動蝶閥DN200共8臺、DN250共12臺、DN50共4臺)，PP材質(zhì)在線式4 mA～20 mA輸出流量計(0 m3/h～200 m3/h共8臺、0 m3/h～40 m3/h共4臺、0 m3/h～350 m3/h共1臺)，濁度儀1臺(測量范圍0 NTU～50 NTU)，壓力傳感器12個(G1/2外螺紋，氟橡膠密封，4 mA～20 mA輸出，材質(zhì)316)，超濾反洗泵2臺(每臺Q=320 m3/h、H=0.2 MPa、電機功率22 kW、材質(zhì)泵殼鑄鐵、葉輪304)，超濾反洗加氯裝置((計量泵2臺，每臺Q=330 L/h，H=0.5 MPa，材質(zhì)PVC)，超濾CEB清洗裝置(次氯酸鈉計量箱1個，容積1 000 L、材質(zhì)PE；次氯酸鈉計量泵3臺，每臺Q=330 L/h、H=0.5 MPa、材質(zhì)PVC；酸計量箱1個，容積1 000 L、材質(zhì)PE；酸計量泵3臺，每臺Q=330 L/h、H=0.5 MPa、材質(zhì)PVC；堿計量箱1個，容積1 000 L、材質(zhì)PE；堿計量泵3臺，每臺Q=330 L/h、H=0.5 MPa、材質(zhì)PVC，超濾水泵5臺每臺Q=260 m3/h，H=0.3 MPa，電機功率18.5 kW，葉輪材質(zhì)316。

2.3.4 反滲透單元

還原劑投加裝置1套(H=1.2 MPa、Q=80 L/h、PVC材質(zhì)計量泵4臺，V=1 000 L、PE材質(zhì)計量箱1個，0.75 kW、轉(zhuǎn)速35 r/min、材質(zhì)304攪拌器1個)，阻垢劑投加裝置1套(H=0.76 MPa、Q=3.8 L/h、PVC材質(zhì)計量泵6臺，V=1 000 L、PE材質(zhì)計量箱1個)，中水反滲透[3]系統(tǒng)4套(單套，Q=112.5 m3/h，25 ℃，回收率≥75%，膜芯材質(zhì)芳香聚酰胺、脫鹽率≥99.5%，保安過濾器4臺、每臺Q=150 m3/h、P=0.6 MPa，反滲透高壓泵4臺、每臺Q=150 m3/h，H=1.2 MPa、電機功率75 kW、75 kW變頻器4臺，段間增壓泵4臺、每臺Q=80 m3/h、H=0.4 MPa、電機功率15 kW)，材質(zhì)304中線式橡膠襯圈氣動蝶閥(DN150、PN1.6 MPa共12臺)，220 V常開型壓力開關(guān)8臺(低壓開關(guān)、小于0.2 MPa開關(guān)動作4臺，高壓開關(guān)、大于1.8 MPa開關(guān)動作4臺)，壓力傳感器12個(0 MPa～3.0 MPa，G1/2外螺紋，氟橡膠密封，4 mA～20 mA輸出，材質(zhì)316)，ORP表1臺(變送器3-8750-1P，電極3-2717)，pH計1臺(變送器3-8750-1P，電極3-2716)，溫度變送器1臺(溫度范圍0 ℃～50 ℃，材質(zhì)316)，電導(dǎo)率儀5臺(變送器3-8850-1P，1臺電極3-2821-1/4臺電極3-2819-1)，在線式、4 mA～20 mA輸出流量計8臺(其中，0 m3/h～150 m3/h共4臺，0 m3/h～50 m3/h共4臺)，中水反滲透沖洗水泵2臺(每臺Q=150 m3/h，H=0.3 MPa，電機功率18.5 kW，材質(zhì)葉輪316)。

2.3.5 濃水反滲透單元

濃水多介質(zhì)過濾器3臺(Φ3 200 mm，材質(zhì)碳鋼防腐，填料無煙煤Φ0.8 mm/h～Φ1.2 mm/h(高，下同)，400 mm；石英砂Φ0.4 mm/h～Φ0.6 mm/h，500 mm、Φ1.0 mm/h～Φ2.0 mm/h，200 mm、Φ2.0 mm/h～Φ4.0 mm/h，100 mm)，過濾器配中線式橡膠襯圈氣動蝶閥，PN1.0 MPa閥板304(DN200共6臺，DN125共6臺，DN100共3臺，DN80共3臺，DN50共3臺)，濃水提升水泵3臺(每臺Q=100 m3/h，H=0.35 MPa，電機功率15 kW，材質(zhì)葉輪316)，濃水反滲透系統(tǒng)2套(單套，Q=75 m3/h，25 ℃，回收率≥40%，膜芯材質(zhì)芳香聚酰胺、脫鹽率≥99.5%，保安過濾器2臺、每臺Q=80 m3/h、P=0.6 MPa，反滲透高壓泵4臺、每臺Q=80 m3/h，H=1.6 MPa、電機功率45 kW、45 kW變頻器2臺，)，材質(zhì)304中線式橡膠襯圈氣動蝶閥(DN100、PN2.5 MPa共2臺)，220 V常開型壓力開關(guān)8臺(低壓開關(guān)、小于0.2 MPa開關(guān)動作4臺，高壓開關(guān)、大于1.8 MPa開關(guān)動作4臺)，壓力傳感器4個(0 MPa～3.0 MPa，G1/2外螺紋，氟橡膠密封，4 mA～20 mA輸出，材質(zhì)316)，pH表1臺(變送器3-8750-1P，電極3-2716)，電導(dǎo)率儀2臺(變送器3-8850-1P，電極3-2821-1)，在線式、4 mA～20 mA輸出流量計4臺(0 m3/h～100 m3/h共2臺、0 m3/h～40 m3/h共2臺)。

2.3.6 超濾/反滲透清洗單元

清洗水箱1臺(V=8 m3，材質(zhì)PE)，清洗水泵1臺(Q=135 m3/h，H=30 m，電機功率18.5 kW，材質(zhì)316 L)，清洗過濾器1臺(Q=135 m3/h，P=0.6 MPa，材質(zhì)304)，功率30 kW電加熱器1臺。

2.3.7 其他單元

儀表壓縮空氣儲罐1臺(容積2 m3、材質(zhì)碳鋼)，污泥脫水裝置(污泥泵3臺、每臺Q=80 m3/h，H=80 m，電機功率37 kW，材質(zhì)316 L)，帶式壓濾機3臺(每臺Q=4.5 m3/h～7.5 m3/h，H=1.2 MPa、Q=170 L/h、PVC材質(zhì)加藥計量泵1臺，H=1.2 MPa、Q=26 L/h、PVC材質(zhì)加藥計量泵1臺)，螺旋輸送機2套。

3 運行及調(diào)試情況

3.1 裝置運行情況

2016年4月，回用水裝置水泵電機試運完成。2016年4月至5月，安裝完成4套UF裝置，2017年6月RO系統(tǒng)膜元件安裝完成。2017年7月開始調(diào)試，7月22日中水RO-A投運，進水電導(dǎo)率1 900 μS/cm、產(chǎn)水電導(dǎo)率150μS/cm、濃水電導(dǎo)率3 980 μS/cm，進水壓力0.67 MPa、段間壓力0.45 MPa、濃水壓力0.28 MPa、產(chǎn)水量88.1 m3/h、濃水量62.6 m3/h。7月23日，濃水RO-A投運，進水電導(dǎo)率4 000 μS/cm、產(chǎn)水電導(dǎo)率52 μS/cm、濃水電導(dǎo)率8 000 μS/cm，進水壓力0.91 MPa、濃水壓力0.84 MPa、產(chǎn)水壓力0.03 MPa、產(chǎn)水量34 m3/h、濃水量37 m3/h，7月24日高濃鹽水池產(chǎn)滿水外送。7月31日中水RO-D投運，進水電導(dǎo)率2 853 μS/cm、產(chǎn)水電導(dǎo)率53 μS/cm、濃水電導(dǎo)率6 730 μS/cm，進水壓力0.85 MPa、段間壓力0.65 MPa、濃水壓力0.5 MPa、產(chǎn)水量80 m3/h、濃水量45 m3/h。8月17日濃水反滲透B投運，進水電導(dǎo)率7 000 μS/cm、產(chǎn)水電導(dǎo)率100 μS/cm、濃水電導(dǎo)率9 000 μS/cm，進水壓力0.76 MPa、濃水壓力0.75 MPa、產(chǎn)水壓力0.025 MPa、產(chǎn)水量21 m3/h、濃水量43.1 m3/h。9月上旬中水反滲透B/C投運，中水回用預(yù)處理裝置投順控，回用水裝置連續(xù)運行產(chǎn)水。

3.2 裝置調(diào)試情況

回用水裝置調(diào)試到穩(wěn)定運行，分界點是機械攪拌澄清池工藝調(diào)整前后，2017年7月中旬至2018年3月中旬為工藝調(diào)整前時間，2018年3月中旬后為工藝調(diào)整后時間。工藝調(diào)整前進水水量、水質(zhì)不穩(wěn)定，機械澄清池投加藥劑為聚合氯化鋁(PAC)、次氯酸鈉，澄清池出水濁度偏高，超濾產(chǎn)水水質(zhì)差，反滲透污堵速率快、清洗頻繁。工藝調(diào)整后進水水量、水質(zhì)較穩(wěn)定，調(diào)整機械澄清池運行工況，投加藥劑為熟石灰、次氯酸鈉、硫酸亞鐵、碳酸鈉，澄清池出水濁度正常，超濾產(chǎn)水水質(zhì)有改善，反滲透污堵速率下降、清洗次數(shù)降低。

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

該項目調(diào)試運行穩(wěn)定后出水滿足GB/T50335-2002《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》要求，出水回用到循環(huán)水補水系統(tǒng)。項目總投資約2 400萬元，運行費用主要包括動力消耗(電)、原輔材料消耗(藥劑)、人工管理費等。根據(jù)對裝置穩(wěn)定性的統(tǒng)計，耗電680 kW·h、平均進水量400 m3/h計算、電費0.6元/ kW計，電費9 792元/d，進水量耗電1.02元/m3；系統(tǒng)投加藥劑有鹽酸、液堿、硫酸亞鐵、次氯酸鈉、阻垢劑、還原劑、Na2CO3和石灰乳等，藥劑費用4.81元/m3；本裝置中控及現(xiàn)場人員共8人，人均月工資4 600元，管理費1 226.7元/d，0.128元/m3。以上3項合計，中水回用裝置運行費用5.958元/m3(設(shè)備折舊、維修、更換費用未計入)。

5 存在的問題

中水回用裝置進水水質(zhì)復(fù)雜，且水質(zhì)波動較大，預(yù)處理裝置處理效果不好，碳酸鈉未設(shè)計加藥裝置，熟石灰投加不能自動運行。超濾和反滲透膜系統(tǒng)膜污堵快，清洗頻繁。現(xiàn)場操作人員操作經(jīng)驗少。反滲透部分閥門為手動閥，不能自動運行，系統(tǒng)總回收率低，系統(tǒng)進水收集池容積小緩沖能力弱。濃水反滲透前未設(shè)計硬度和COD去除裝置等。

6 結(jié)論

該煤化工中水回用水裝置，經(jīng)過1年多運行，生產(chǎn)排水經(jīng)“機械澄清池+多介質(zhì)過濾器+超濾+反滲透”工藝處理，水質(zhì)達到GB/T50335-2002《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》表4.2.2要求。DCS系統(tǒng)操作方便，裝置運行平穩(wěn)。通過對設(shè)計工藝裝置的調(diào)整，優(yōu)化操作及運行數(shù)據(jù)確定，該回用水裝置產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠連續(xù)運行。對其他煤化工項目及火力發(fā)電回用水裝置有借鑒意義。由于原設(shè)計未考慮污水處理系統(tǒng)高COD、高氨氮來水，現(xiàn)場實際還需對工藝處理單元、操作控制等進行完善優(yōu)化。