循環(huán)水系統(tǒng)含鹽量對(duì)污水回用的影響及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

程建峰，韓 強(qiáng)，王 崢，張全民

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北石化分公司，河北 任丘 062552；2.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131)

人類社會(huì)為了滿足生活及生產(chǎn)的需求，要從各種天然水體中取用大量的水，其數(shù)量是極為可觀的[1]。一些缺水國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)均已成功將再生水(回用水)用于電力、冶煉、商業(yè)、空調(diào)等冷卻系統(tǒng)[2]。我國(guó)工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用也正在逐步推廣和擴(kuò)大，尤其是火力發(fā)電廠應(yīng)用較多[3-4]。本文主要介紹煉油廠使用回用水所遇到的問(wèn)題及處理措施。

1 背景及條件

某500萬(wàn)t/a燃料型煉油廠主體生產(chǎn)裝置為常減壓-催化-汽柴油加氫精制，輔助裝置主要包括：四個(gè)循環(huán)水場(chǎng)、一個(gè)污水處理場(chǎng)。循環(huán)水場(chǎng)采用涼水塔進(jìn)行循環(huán)水降溫，污水處理場(chǎng)采用隔油-生化的傳統(tǒng)路線處理全廠各裝置產(chǎn)生的外排污水，污水滿足城鎮(zhèn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后外排。正常生產(chǎn)時(shí)污水處理場(chǎng)平均流量約為300m3/h、電導(dǎo)率約3000μs/cm。為滿足節(jié)能減排要求，降低新鮮水消耗量，現(xiàn)部分合格污水回用至循環(huán)水場(chǎng)作為補(bǔ)水，其余部分外排。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

2.1 根據(jù)現(xiàn)有理論及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)立前提條件

(1) 電導(dǎo)率與含鹽量關(guān)系式?。?μs/cm=0.7mg/L。

(2) 煉油產(chǎn)生其余污水的參數(shù)條件：200 m3/h、電導(dǎo)率1200 μs/cm、含鹽量168kg/h不變。

(3) 循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)要求電導(dǎo)率低于6000μs/cm。

(4) 夏季循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)量為125 m3/h，污水回用量約為250 m3/h；冬季循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)量為75 m3/h，污水回用量約為150 m3/h。

2.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

正常生產(chǎn)時(shí)污水處理場(chǎng)污水流量約為300m3/h、電導(dǎo)率約3000μs/cm，此時(shí)回用水至循環(huán)水系統(tǒng)僅濃縮2倍即達(dá)到電導(dǎo)率6000μs/cm的排水置換要求。雖然外排污水帶出部分鹽，但生產(chǎn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)裝置換熱器仍然出現(xiàn)腐蝕泄露，鹽在系統(tǒng)內(nèi)積累，循環(huán)水系統(tǒng)加速腐蝕，同時(shí)污水處理場(chǎng)生化系統(tǒng)正常菌種培養(yǎng)受到抑制，影響正常運(yùn)行。

污水處理場(chǎng)能夠承受的含鹽量范圍是多少？普通生化菌種耐鹽極限值為4000mg/L，換算成電導(dǎo)率極限值約為5700μs/cm。根據(jù)污水處理場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，在污水電導(dǎo)為3500μs/cm時(shí)，會(huì)出現(xiàn)影響生化反應(yīng)的趨勢(shì)，所以取正常運(yùn)行時(shí)的污水平均流量300 m3/h、電導(dǎo)3000μs/cm、含鹽量630kg/h為初始狀態(tài)，夏季劣化運(yùn)行的3500μs/cm、流量350 m3/h、含鹽量857.5kg/h為極限狀態(tài)，確定含鹽量630～857.5kg/h為污水處理場(chǎng)可以正常運(yùn)行的范圍，低于這個(gè)范圍視為較優(yōu)工況，高于這個(gè)范圍可視為較差工況，或者說(shuō)此時(shí)需要采取應(yīng)對(duì)措施。

利用含鹽量數(shù)據(jù)，分析生產(chǎn)情況，計(jì)算循環(huán)水場(chǎng)外排污水量如表1。

表1 循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水與外排污水量

循環(huán)水場(chǎng)排污量應(yīng)為125m3/h，則此時(shí)污水處理場(chǎng)總處理量應(yīng)為325 m3/h、含鹽量為693kg/h、電導(dǎo)率為3046μs/cm，電導(dǎo)率較初始值有所提升，這表示，下一次同樣250 m3/h的回用污水帶鹽進(jìn)入循環(huán)水場(chǎng)，應(yīng)為533kg/h，較初始條件的525kg/h，有所提升。

保持進(jìn)循環(huán)水場(chǎng)質(zhì)量和總鹽平衡，經(jīng) 表2計(jì)算，需要補(bǔ)充新鮮水2 m3/h，由于新鮮水使用量非常小，所以可以忽略新鮮水帶入的含鹽量，污水處理場(chǎng)總處理量為327 m3/h、總含鹽量為701kg/h、電導(dǎo)率為3062.5μs/cm，同理推斷，只要回用量不變，回用污水的含鹽量逐步提高，污水處理場(chǎng)進(jìn)水電導(dǎo)率繼續(xù)增加。

表2 循環(huán)水場(chǎng)水量和總鹽平衡表

待回用水含鹽量提高到698kg/h，此時(shí)污水處理場(chǎng)總處理量量為350 m3/h、電導(dǎo)率為3534μs/cm，含鹽量為866kg/h時(shí)，循環(huán)水場(chǎng)的排污量應(yīng)是150 m3/h，蒸發(fā)量仍為125 m3/h，那么就需要25 m3/h新鮮水作為補(bǔ)充，則各循環(huán)水所補(bǔ)充的新鮮水的月耗量就是18000 m3。實(shí)際生產(chǎn)中新鮮水以某月的最高使用量20500m3計(jì)，上述新鮮水的計(jì)算值非常接近實(shí)際生產(chǎn)中新鮮水的月使用量。

新鮮水月耗量有指標(biāo)控制，含鹽量超出污水處理場(chǎng)正常可承受的處理范圍，循環(huán)水場(chǎng)排污量逐漸增大，這些不利條件促使系統(tǒng)必須采取措施。即使新鮮水可以無(wú)限使用，為保證正常運(yùn)行降低含鹽量，循環(huán)水場(chǎng)仍需要不斷增加排污量，排污水?dāng)y帶著大量藥劑，也會(huì)對(duì)污水處理場(chǎng)造成大的沖擊。

一旦循環(huán)水場(chǎng)排污水達(dá)到200m3/h，帶入污水處理場(chǎng)的含鹽量就達(dá)到840 kg/h，污水處理場(chǎng)是否能正常運(yùn)行以及達(dá)標(biāo)排放恐怕都是問(wèn)題。所以新鮮水耗量、循環(huán)水排污量、污水處理場(chǎng)含鹽量三者相互影響，是促使系統(tǒng)必須采取措施的條件。

3 方案分析

為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能減排，保證循環(huán)水系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度降低新鮮水耗量，提高污水回用率，滿足高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)對(duì)標(biāo)要求，根據(jù)公司條件，進(jìn)行方案比選。

本廠臨近所在城市污水處理場(chǎng)，城市污水量充足，電導(dǎo)率為2500μs/cm，經(jīng)對(duì)市政污水處理場(chǎng)設(shè)計(jì)條件、出水水質(zhì)化驗(yàn)比對(duì)，形成以下備選方案：

3.1 采用城市外排污水作為循環(huán)水場(chǎng)的補(bǔ)充水

冬季循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量為150m3/h，則城市污水廠外排水帶入循環(huán)水場(chǎng)鹽量為262.5kg/h，需要有262.5kg/h的鹽被帶出循環(huán)水場(chǎng)，冬季循環(huán)水場(chǎng)排污量應(yīng)為62.5m3/h計(jì)，則有262.5kg/h鹽帶到污水處理場(chǎng)；污水處理場(chǎng)總進(jìn)水為262.5m3/h，電導(dǎo)率為2342.9μs/cm，含鹽量為430.5kg/h，即污水處理場(chǎng)排出鹽430.5kg/h，見(jiàn)表3。

表3 采用城市外排污水作為循環(huán)水場(chǎng)的補(bǔ)充水的平衡表

分析：進(jìn)入鹽262.5kg/h，排出鹽430.5kg/h，循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)會(huì)有所提高。

夏季循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量為250m3/h，則有437.5kg/h鹽回到了循環(huán)水場(chǎng)，同樣的需要有437.5kg/h的鹽被帶出循環(huán)水場(chǎng)，夏季循環(huán)水場(chǎng)排污量應(yīng)為104m3/h計(jì)，則有437.5kg/h鹽排到新污水處理場(chǎng)；污水處理場(chǎng)總進(jìn)水達(dá)到304m3/h，電導(dǎo)率2845μs/cm，總含鹽量為605.5kg/h，即污水處理場(chǎng)排出鹽605.5kg/h。分析：進(jìn)入鹽437.5kg/h，排出鹽605.5kg/h，循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)會(huì)有所提高。

3.2 投用閑置的300 m3/h污水回用裝置，將所產(chǎn)淡水50m3/h混合城市外排污水100m3/h作為循環(huán)水場(chǎng)的補(bǔ)充水

冬季循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量為150m3/h，其中污水回用裝置所產(chǎn)淡水50m3/h與城市污水廠外排水100m3/h混合后含鹽量為175.3kg/h，電導(dǎo)率為1669.6μs/cm，則帶入循環(huán)水場(chǎng)鹽量為175.3kg/h，同樣的需要有175.3kg/h的鹽被帶出循環(huán)水場(chǎng)。冬季循環(huán)水場(chǎng)排污量應(yīng)為41.7m3/h，則有175.3kg/h鹽排到污水處理場(chǎng)；污水處理場(chǎng)總進(jìn)水為241.7m3/h，電導(dǎo)率為2030μs/cm，總含鹽量為343.3kg/h，即污水處理場(chǎng)排出鹽343.3kg/h。

分析：進(jìn)入鹽175.3kg/h，排出鹽343.3kg/h，循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)會(huì)有明顯好轉(zhuǎn)。

夏季循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量為250 m3/h，其中污水回用裝置所產(chǎn)淡水50m3/h與城市污水廠外排水100m3/h混合后含鹽量為263.2kg/h、電導(dǎo)率為1504μs/cm，則帶入循環(huán)水場(chǎng)鹽量為263.2kg/h，同樣的需要有263.2kg/h的鹽被帶出循環(huán)水場(chǎng)。夏季循環(huán)水場(chǎng)排污量按62.7 m3/h計(jì)，則有263.2kg/h鹽到污水處理場(chǎng)；污水處理場(chǎng)總進(jìn)水達(dá)到262.7 m3/h，電導(dǎo)率2344.9μs/cm，總含鹽量為431.2kg/h，即污水處理場(chǎng)排出鹽431.2kg/h。

分析：進(jìn)入鹽263.2kg/h，排出鹽431.2kg/h，循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)會(huì)有明顯好轉(zhuǎn)。3.3投用閑置的300 m3/h污水回用裝置，將所產(chǎn)淡水補(bǔ)充入循環(huán)水系統(tǒng)冬季循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量即其蒸發(fā)量為75m3/h，淡水電導(dǎo)率為25μs/cm，則帶入循環(huán)水場(chǎng)含鹽量可忽略不計(jì)，冬季循環(huán)水場(chǎng)排污量按10m3/h計(jì)，則有42kg/h鹽排到新污水處理場(chǎng)；污水處理場(chǎng)總進(jìn)水為210m3/h，電導(dǎo)率為1428.7μs/cm，總含鹽量為210kg/h，即污水處理場(chǎng)排出鹽210kg/h。

分析：進(jìn)入鹽0kg/h，排出鹽210kg/h，循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)極好，化工料損耗急速下降，污水處理場(chǎng)進(jìn)水品質(zhì)將達(dá)到設(shè)計(jì)值。此時(shí)的外排水已達(dá)到全部回收的條件。

夏季循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量即其蒸發(fā)量為125m3/h，淡水電導(dǎo)率為25μs/cm，則帶入循環(huán)水場(chǎng)含鹽量可忽略不計(jì)。夏季循環(huán)水場(chǎng)排污量按15m3/h計(jì)，則有63kg/h鹽排到新污水處理場(chǎng)；污水處理場(chǎng)總進(jìn)水達(dá)到215m3/h，電導(dǎo)率1534μs/cm，總含鹽量為231kg/h，即污水處理場(chǎng)排出鹽231kg/h。

分析：進(jìn)入鹽0kg/h，排出鹽231kg/h，循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)極好，化工料損耗急速下降，污水處理場(chǎng)進(jìn)水品質(zhì)將達(dá)到設(shè)計(jì)值。此時(shí)的外排水已達(dá)到全部回收的條件。

綜合以上幾套方案，從系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行角度出發(fā)，且該項(xiàng)目獲得廠里資金投入支持所以采用方案三進(jìn)行改進(jìn)。

4 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過(guò)幾年的優(yōu)化運(yùn)行，污水回用裝置所產(chǎn)的濃水作深度處理，使之單獨(dú)達(dá)標(biāo)排放，盡量全部將合格污水回收，合格污水按300m3/h四倍濃縮，得到淡水225m3/h，其中100m3/h去除鹽水站，每小時(shí)可節(jié)約新鮮水120m3，每天全廠消耗量9000m3新鮮水，較之前節(jié)水約32%。另外125m3/h作為循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)充水，可使每月的新鮮水消耗指標(biāo)全部節(jié)省下來(lái)，巨大的化工料損耗將不復(fù)存在，代之以較小的化工料成本、高品質(zhì)循環(huán)水系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行，年換熱器檢修成本也大幅削減。