工業(yè)園區(qū)高鹽水綜合利用示范工程
——以榆橫煤化工業(yè)園工業(yè)污水處理廠為例

姬 濤 潘永寶

(1中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心陜西西安7100542陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院陜西西安710048)

工業(yè)園區(qū)高鹽水綜合利用示范工程
——以榆橫煤化工業(yè)園工業(yè)污水處理廠為例

姬 濤1潘永寶2

(1中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心陜西西安7100542陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院陜西西安710048)

本文主要以榆橫工業(yè)園污水廠為例分析園區(qū)污水水質(zhì)特點、來源及水量，結(jié)合國內(nèi)外高鹽水處理現(xiàn)狀對園區(qū)污水處理廠采用的工藝可行性進行分析。

工業(yè)園；高鹽水；綜合利用

1 引言

榆橫工業(yè)區(qū)是世界級綠色高效能源化工綜合性新區(qū)，地處鄂爾多斯地臺南緣與黃土高原北部過渡地帶，位于毛烏素沙漠邊緣，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，蒸發(fā)量遠大于降水量，常年晝夜溫差大，日照時間長，水資源短缺。榆橫工業(yè)區(qū)總面積914km2，主要包括榆林經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、榆林高新區(qū)、橫山西南新區(qū)、榆橫煤化工業(yè)區(qū)（南區(qū)）和榆橫煤化工業(yè)區(qū)（北區(qū)）。規(guī)劃以煤、鹽等資源的深度轉(zhuǎn)化和綜合高效利用為原則，形成從資源開發(fā)、粗加工、精細化工、加工制造等為一體的完整生產(chǎn)體系。

榆橫煤化工業(yè)園（南區(qū)）是榆橫工業(yè)區(qū)內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的重點區(qū)域，位于橫山縣白界鄉(xiāng)沙河境內(nèi)，園區(qū)為東西長7.7km，南北寬5km，面積為38.5km2的矩形區(qū)域。主要發(fā)展煤焦化、烯烴生產(chǎn)及加工業(yè)、碳一化工、氮肥生產(chǎn)及加工業(yè)、鹽化工、電力等產(chǎn)業(yè)，園區(qū)已有4家企業(yè)入駐，分別為陜西延長石油榆林煤化有限公司、陜西榆林凱越煤化有限公司、中煤陜西榆林能源化工有限公司和華電集團。

目前，榆橫煤化工業(yè)園（南區(qū)）水資源匱乏，不能滿足榆橫煤化工業(yè)區(qū)（南區(qū)）發(fā)展的用水需求，且隨著區(qū)域內(nèi)其他工業(yè)區(qū)的建設(shè)，勢必削弱榆橫煤化工業(yè)園區(qū)的供水能力。為了節(jié)水減排，該園區(qū)內(nèi)企業(yè)均遵從循環(huán)利用的原則，對各自企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)廢水和生活污水進行處理后回用，園區(qū)企業(yè)的外排水為無法回用的濃鹽水（包括鍋爐排水、循環(huán)冷卻排水、脫鹽水站排放的高鹽水），由于該園區(qū)的納污水體只有無定河，高鹽水的排放勢必會給無定河以及其支流水文情勢及水環(huán)境質(zhì)量、無定河濕地自然保護區(qū)產(chǎn)生較大影響。因此，對園區(qū)高鹽水實施處理后回用具有顯著的社會效益和環(huán)境效益。

2 污水來源及水質(zhì)

園區(qū)內(nèi)企業(yè)采用節(jié)水減排措施，各企業(yè)廢水經(jīng)各自廠內(nèi)處理后回用到循環(huán)水系統(tǒng)。園區(qū)企業(yè)的外排水為無法回用的濃鹽水（包括鍋爐排水、循環(huán)冷卻排水、脫鹽水站排放的高鹽水），達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準后外排，因此園區(qū)內(nèi)廢水主要為各企業(yè)排出的高鹽水。園區(qū)近期廢水量根據(jù)入園企業(yè)排水量進行估算，目前已經(jīng)入園的企業(yè)有：（1）陜西延長石油榆林煤化有限公司；（2）陜西榆林凱越煤化有限公司；（3）中煤陜西榆林能源化工有限公司；（4）華電。近期廢水排放量見表1。

廢水主要來源為：（1）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水，鹽含量2500 mg/L～3000mg/L；（2）鍋爐排污水，鹽含量3000 mg/L～4000mg/L；（3）脫鹽水站排污水，鹽含量6000 mg/L～8000mg/L。

廢水含鹽量較高，平均含鹽量為5000mg/L,其他各項污染物指標均符合《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中一級排放標準，具體水質(zhì)見表2。

表1 園區(qū)近期高含鹽廢水排放量

表2 園區(qū)高含鹽廢水水質(zhì)表

高鹽水處理站處理后的脫鹽水作為園區(qū)中水回用，其回用水標準達到《城市污水再生利用-工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）和《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）標準以及《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標準》（HG-T3923-2007），中水回用水質(zhì)指標見表3。

表3 回用水質(zhì)指標

3 高鹽水處理技術(shù)概述

根據(jù)煤化工高鹽水[1]的特點及處置需求，現(xiàn)階段通常采用的高鹽水處理工藝有膜分離技術(shù)、熱蒸發(fā)技術(shù)以及兩種技術(shù)形成的組合工藝三大類。

3.1 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)[2,3]是利用膜對混合物中各組分選擇透過性能的差異來分離、提純和濃縮目標物質(zhì)的新型分離技術(shù)。目前，在化工及石油工業(yè)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用的膜分離技術(shù)有五種，分別是超濾、微濾、納濾、電滲析和反滲透。按照脫鹽能力的大小可將其進行初步劃分，即微濾＜超濾＜納濾≤電滲析＜反滲透。

超濾、微濾、納濾主要用于氣、液相微粒、細菌以及其他污染物的截留去除，最小截留分子量可達80 Dal～1000Dal。但以上技術(shù)的脫鹽效果并不理想，其一般可作為料液的澄清、保安過濾、空氣除菌、大分子有機物的分離與純化等。電滲析與反滲透是脫鹽技術(shù)中常用的兩種方法。前者是以電位差作為推動力，后者則是以滲透壓作為推動力的膜分離過程。前者利用自動頻繁倒換電極的方式，有效解決了裝置持續(xù)、穩(wěn)定運行與頻繁結(jié)垢的問題；后者使RO在pH較高的條件下，通過兩級軟化、脫氣處理去除了硬度和二氧化碳，提高了硅的結(jié)垢極限，有效控制了生物和有機物的污堵，并大大提高了廢水回用率（＞90%）。由于EDR技術(shù)電耗大、處理成本高、操作經(jīng)驗不足、回用水率普遍不高等原因，目前已逐漸被具有節(jié)能、處理成本低、規(guī)模大、技術(shù)成熟等特點的反滲透膜分離技術(shù)所取代。但反滲透膜分離技術(shù)也存在著亟待需要解決的膜污染、堵塞、腐蝕、使用壽命短等問題，尤其是當給水TDS高于6000mg/L時，其脫鹽率會急劇下降[4]。

3.2 熱蒸發(fā)技術(shù)

熱蒸發(fā)技術(shù)主要針對含鹽量在4%（質(zhì)量分數(shù)）左右或更高濃度的含鹽廢水進行蒸發(fā)濃縮的工藝，其特點主要表現(xiàn)在：(1)一般使用物理方法進行蒸發(fā)濃縮，有時可見化學(xué)法（焚燒、高級氧化等）；(2)廢水處理量普遍不大，有的甚至很??；(3)處理成本和能耗普遍較高；(4)固廢產(chǎn)生量大，成分復(fù)雜，無法有效回收再利用等。熱蒸發(fā)技術(shù)主要有多效蒸發(fā)[5]、機械壓縮再蒸發(fā)、膜蒸餾等技術(shù)[6]。

3.3 膜分離與熱蒸發(fā)組合技術(shù)

隨著國家及地方針對煤化工廢水排放的環(huán)保政策與要求的不斷深化，高鹽水處理的工藝組合技術(shù)得到了較快的發(fā)展與研究，正向多樣化、可協(xié)同處理的成熟路線穩(wěn)步發(fā)展。該組合工藝最大的優(yōu)點在于工藝的選擇性多，水質(zhì)適應(yīng)性好，可根據(jù)脫鹽規(guī)模大小、水質(zhì)要求、地理氣候條件、技術(shù)與安全性、投資來源與管理體制等實際條件形成不同的處理方法。該工藝主要采用了石灰石軟化、超濾、反滲透、熱蒸發(fā)組合技術(shù)。

4 榆橫工業(yè)園污水處理工藝流程簡述

本項目高鹽水站進水有相當大部分本身就為常規(guī)反滲透脫鹽后的濃水，采用常規(guī)的脫鹽工藝流程是不合適的，差異性主要體現(xiàn)在：（1）常規(guī)的脫鹽工藝流程是以提高產(chǎn)水品質(zhì)，提高淡水回收率為目的；（2）本項目高鹽水站的目的是為了盡量提高淡水回收率，減少濃水排放，其核心點在于減排。淡水含鹽量不超過1000mg/L即可；（3）本項目高鹽水站的濃鹽水要實現(xiàn)零排放，需要經(jīng)過后續(xù)的濃縮蒸發(fā)結(jié)晶和蒸發(fā)塘來消納，高鹽水站排放的濃鹽水量直接影響工程占地和投資，比例大約為工程投資的30%～50%。

鑒于以上理由，園區(qū)污水處理廠必須強化預(yù)處理流程，以達到較高水平的淡水回收率，減少濃液排放。

預(yù)處理主要側(cè)重于軟化除硬度、濁度、懸浮物、強化除油、去COD，工藝核心在于除硬度，以提高后續(xù)膜單元的淡水回收率，綜合考慮物料性質(zhì)、環(huán)境條件及工藝特征等進行選擇，因此，本項目高鹽水站處理采用工藝組合如下：石灰澄清+氣浮強化處理+砂濾+離子軟化除鈣鎂+HTUF超濾+HTRO脫鹽+WLAO高級氧化+WST技術(shù)+自然蒸發(fā)。

圖1 工藝流程框圖

采取以上工藝具有以下特性：（1）該項目的HTRO脫鹽工藝運行穩(wěn)定，運行成本低（比一般傳統(tǒng)的RO要低15%～20%）投資費用低（一般比傳統(tǒng)的RO要低30%），占地面積更低。（2）通過調(diào)節(jié)RO進水的PH值到8.5以上，提高RO的回收率，達到95%的回收率。（3）提高運行pH值還有控制有機物粘污的作用。在高pH值條件下,有機物被乳化或被皂化,使其不會粘附在反滲透膜上,而常規(guī)反滲透膜的有機物粘污只能通過化學(xué)清洗來清除。（4）HERO工藝中反滲透膜的防垢是通過預(yù)處理系統(tǒng)來實現(xiàn)的,即在預(yù)處理系統(tǒng)中去除給水中的硬度、碳酸鹽堿度以及其它易引起結(jié)垢的物質(zhì)；而常規(guī)反滲透膜的防垢是通過加藥來實現(xiàn)的。（5）臺風(fēng)蒸發(fā)技術(shù)是目前世界上處理高鹽分廢水最可靠、最有效的技術(shù)解決方案。該技術(shù)通過模擬自然降雨過程使廢水中的凈水在較低的溫度條件下就能蒸發(fā)出來形成雨滴得到凈化，從而實現(xiàn)高含鹽廢水的處理。在得到潔凈水時，廢水中的鹽分沉積下來形成固體鹽分，實現(xiàn)含鹽廢水的零排放。同時也可以根據(jù)需要，得到任意含水率的鹽分。該方法利用人工蒸發(fā)結(jié)晶和自然蒸發(fā)相結(jié)合，既考慮了投資費用的問題，又考慮了占地面積的使用問題，相對經(jīng)濟合理。（6）該方法充分利用了自然條件及其強化過程實現(xiàn)廢水在低溫狀態(tài)下的凈化分離，節(jié)能環(huán)保，運行費用低，處理徹底，沒有二次污染問題。

5 結(jié)語

榆橫工業(yè)園污水處理廠項目本身即是一個環(huán)保工程，其環(huán)境效益顯著。項目建成后，大大削減了園區(qū)內(nèi)各類廢水污染物的排放，有利于改善外界地表水體的環(huán)境質(zhì)量狀況；污水處理廠中水回用于園內(nèi)各企業(yè)，可大幅度減少新鮮水的取用量，節(jié)約用水，緩解當?shù)厮Y源缺乏的現(xiàn)狀。本項目建成投產(chǎn)后，實現(xiàn)了廢水污染物減排和廢水的綜合利用，減少了環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

[1]張國梁.煤化工高鹽水處理技術(shù)概述與問題探討[J].工業(yè)技術(shù), 2012,12（中）：106-107.

[2]羅金華.鋼鐵工業(yè)廢水零排放中的濃鹽水處理技術(shù)[J].冶金動力,2011(2)：57-59.

[3]陳翠萍,諶偉艷.膜分離技術(shù)及其在廢水處理中的應(yīng)用[J].污染防治技術(shù),2007(3)：42-44.

[4]謝鵬.超濾及反滲透組合工藝處理高鹽水[J].中國資源綜合利用,2005(9)：27-29.

[5]趙鵬,等.多效蒸發(fā)與熱壓縮技術(shù)在制鹽行業(yè)中的應(yīng)用[J].蘇鹽科技，2007(4)：1-3.

[6]吳庸烈.膜蒸餾技術(shù)及其應(yīng)用進展[J].膜科學(xué)與技術(shù),2003,23(4)：67-69.

姬濤（1981—），女，漢，山西原平人，碩士，中級工程師，主要從事環(huán)境影響評價工作。