HERO工藝在煤化工廢水處理與回用中的應(yīng)用

張廣遠(yuǎn)

（北京禹冰水利勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，北京100048）

經(jīng)驗(yàn)交流

HERO工藝在煤化工廢水處理與回用中的應(yīng)用

張廣遠(yuǎn)

（北京禹冰水利勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，北京100048）

介紹了高密度澄清池+V型濾池+樹脂軟化+高效反滲透組合工藝處理某煤化工廢水的效果、設(shè)計(jì)參數(shù)及調(diào)試運(yùn)行情況。該工程設(shè)計(jì)處理水量為500 m3/h，主要去除水中的SS、硬度、COD。運(yùn)行結(jié)果表明，高效反滲透（HERO）工藝具有回收率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，其出水可滿足工業(yè)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)的要求。

煤化工廢水；循環(huán)冷卻水；高效反滲透；回收

大型煤化工項(xiàng)目耗水量大，對煤化工廢水進(jìn)行處理及回用成為發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的必然要求。煤化工是以煤為原料經(jīng)過化學(xué)加工實(shí)現(xiàn)煤的轉(zhuǎn)化并綜合利用的工業(yè)，主要分為煉焦、煤炭氣化、煤炭液化、煤炭化學(xué)品及其他煤加工制品等。煤化工廢水排放量大、污染物濃度高、成分極其復(fù)雜。目前國內(nèi)外對煤化工廢水的處理大都按照物化預(yù)處理+生化處理+深度處理的流程進(jìn)行，與單一工藝相比，這種組合工藝可做到優(yōu)勢互補(bǔ)，對廢水的處理更為徹底。

內(nèi)蒙古某煤化工企業(yè)采用高效反滲透（HERO）工藝，對循環(huán)排污水、生產(chǎn)廢水（有機(jī)含氨污水和無機(jī)含泥污水）處理站出水及脫鹽系統(tǒng)濃水進(jìn)行深度處理，并回用于循環(huán)水系統(tǒng)作為補(bǔ)水，使其達(dá)到高回收率并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)水量按500 m3/h設(shè)計(jì)，運(yùn)行時(shí)間8 000 h/a，設(shè)計(jì)產(chǎn)水量417 m3/h。

回用水處理站進(jìn)水水源主要為：（1）生產(chǎn)廢水處理站出水，其出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)；（2）循環(huán)排污水；（3）脫鹽水站排污水?；赜锰幚碚驹O(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 原水水質(zhì)

1 工程概況

1.1 處理規(guī)模及原水水質(zhì)

該廢水處理系統(tǒng)按最大水量設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮未預(yù)見水量在管理完善的情況下并不產(chǎn)生，因此裝置

1.2 工藝流程

煤化工廢水深度處理常用工藝包括固定化生物技術(shù)、混凝沉淀、吸附、催化氧化及反滲透膜處理技術(shù)等。由于該廢水的COD、NH3-N、SS、硬度及堿度都較高，因此，石灰澄清軟化是唯一可行且最經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理辦法；高效反滲透技術(shù)能有效解決有機(jī)物污染和微生物滋生的問題，并且能實(shí)現(xiàn)較高的回收率、脫鹽率和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過比較，確定處理工藝流程如圖1所示。

圖1 回用水處理工藝流程

HERO技術(shù)是該工藝流程的核心，其是在常規(guī)反滲透基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型技術(shù)。它克服了常規(guī)反滲透裝置回收率較低的缺點(diǎn)，可將回收率提高至90%以上（最高達(dá)95%）。HERO工藝具有如下特點(diǎn)：（1）HERO工藝中反滲透膜的防垢是通過預(yù)處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，即在預(yù)處理系統(tǒng)去除水中的硬度、碳酸鹽堿度及其他易引起結(jié)垢的物質(zhì)〔1〕。（2）特別適合處理高含硅的廢水。SiO2的溶解度隨pH升高而增大，當(dāng)pH在10.0以上時(shí)硅的溶解度可達(dá)到1 600～2 000 mg/L。（3）HERO工藝通過提高運(yùn)行pH來避免生物粘污和控制有機(jī)物粘污。在高pH運(yùn)行條件下，細(xì)菌、病毒、孢子和內(nèi)毒素被溶解或皂化。有機(jī)物被乳化或被皂化，不會(huì)黏附在反滲透膜上。

1.3 主要處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）預(yù)處理系統(tǒng)（混凝+澄清+過濾）。預(yù)處理系統(tǒng)出水水質(zhì)是影響后續(xù)超濾系統(tǒng)及離子交換系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，也是保證反滲透系統(tǒng)不結(jié)垢的前提條件。

高密度澄清池對來水進(jìn)行絮凝沉降及石灰軟化，降低濁度及硬度，具有體量小、產(chǎn)水量大、效能優(yōu)異的特點(diǎn)〔2〕。該系統(tǒng)設(shè)置2座高密度澄清池，每座處理能力為280 m3/h。其中混凝區(qū)停留時(shí)間為11 min，沉淀區(qū)表面負(fù)荷為15 m3/（m2·h），污泥循環(huán)率通常為5%～10%。高密度澄清池出水濁度控制在10 NTU以下，總硬度（以CaCO3計(jì)）控制在80 mg/L以下。

V型濾池的作用主要是在高密度澄清池的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低水體濁度，以保護(hù)下游的膜處理單元。設(shè)計(jì)了3個(gè)V型濾池，單池設(shè)計(jì)流量170 m3/h，平均濾速7.4m/h，濾料高度1.5m，濾料有效直徑1.35mm。V型濾池出水濁度控制在2 NTU以下。

（2）超濾系統(tǒng)。超濾作為陽床的預(yù)處理單元，可使陽床避免有機(jī)物及鐵銹污染。該項(xiàng)目有3套超濾裝置，采用美國DOW公司SFP2880外壓式中空纖維膜，77 m2/支，共150支，系統(tǒng)回收率＞90%。超濾系統(tǒng)出水濁度控制在0.2 NTU以下，SDI控制在5以下。

（3）陽床。陽床可在高密度澄清池基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低硬度。廢水經(jīng)離子交換后已經(jīng)去除絕大部分硬度，可將多價(jià)陽離子降至非常低的水平，為后續(xù)HERO系統(tǒng)運(yùn)行提供必要條件。采用Purolite薄殼樹脂SST60H，設(shè)計(jì)5套陽床，正常情況下4用1備。樹脂交換器出水總硬度要＜0.2 mg/L，這是HERO系統(tǒng)正常運(yùn)行的最基本要求。如果樹脂床出水硬度不能保證，反滲透膜將受到結(jié)垢和污堵。與此同時(shí)陽床出水氨氮要＜2 mg/L，目的是使系統(tǒng)維持反滲透濃水側(cè)的pH，避免二氧化硅沉淀和有機(jī)物污堵。

（4）HERO反滲透。系統(tǒng)設(shè)置3套反滲透裝置，每套裝置皆為一級(jí)三段，每套裝置產(chǎn)水量為155 m3/h。反滲透單元膜殼排列為16∶10∶6，每個(gè)膜殼裝6支膜，采用聚酰胺復(fù)合膜BW30-400/34i。由于離子交換已將水中的硬度基本去除，鹽分則靠反滲透裝置去除；同時(shí)，反滲透裝置在高pH條件下運(yùn)行，此時(shí)硅主要以離子形式存在，不會(huì)污染反滲透膜并可通過反滲透去除；而有機(jī)物在高pH條件下皂化或弱電離，不會(huì)造成膜的有機(jī)物和生物污染。故高效反滲透不再需要高pH化學(xué)清洗，常規(guī)的維護(hù)性化學(xué)清洗也大為減少。反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過程中既節(jié)省了大量酸堿，又使反滲透的回收率提高到90%〔3〕。

2 調(diào)試與運(yùn)行

2.1 高密度澄清池運(yùn)行狀況分析

預(yù)處理系統(tǒng)中的高密度澄清池是重要單元，其對硬度的去除效果直接影響后續(xù)系統(tǒng)能否順利進(jìn)行。高密度澄清池主要通過投加石灰、純堿去除硬度。來水總硬度大概在500~600 mg/L（以CaCO3計(jì)），其中暫硬約為200 mg/L。根據(jù)來水硬度的變化情況微調(diào)石灰與純堿的投加量。絮凝劑聚合硫酸鐵投加量為20 mg/L，PAM投加量為0.5 mg/L。調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)硬度的去除除與石灰、純堿的投加量有關(guān)，還與pH控制有直接關(guān)系。硬度的去除效果與pH的關(guān)系見圖2。

從圖2可知：（1）當(dāng)高密度澄清池出水pH在10.0以下時(shí)，出水硬度較高，基本在100 mg/L以上，硬度去除率在80%以下。（2）pH在10以上時(shí)，出水硬度隨著出水pH的升高逐漸降低，硬度去除率隨之升高。（3）當(dāng)高密度澄清池出水pH達(dá)到10.5~11.2時(shí)，出水硬度可控制在80 mg/L以下，硬度去除率在85%～90%。（4）當(dāng)pH超過11.2后出水硬度開始回升，硬度去除率開始下降?？梢姼呙芏瘸吻宄豴H控制在10.5~11.2時(shí)對水中硬度有較好的去除效果。

圖2 pH與出水硬度及硬度去除率的關(guān)系

2.2 HERO反滲透系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析

強(qiáng)酸型離子交換器可去除大部分的硬度，在陽床后進(jìn)反滲透前通過除碳器去除水中的堿度。因此在無硬度、無堿度且高pH（濃水端pH為10.9）條件下運(yùn)行，意味著反滲透膜無污堵、結(jié)垢及污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此高效反滲透膜的通量可以很高，其回收率只受滲透壓的影響，可以高達(dá)90%以上甚至更高。高效反滲透的出水水質(zhì)如表2所示。

表2 反滲透出水水質(zhì)

由表2看出，反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，完全能滿足廠區(qū)循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水水質(zhì)要求。

高回收率是高效反滲透的主要優(yōu)勢，因此回收率能否達(dá)到90%以上是考核工藝成敗的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水及回收率變化如圖3所示。

圖3 高效反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水及回收率

由圖3可見：調(diào)試運(yùn)行3個(gè)月以來高效反滲透回收率能穩(wěn)定控制在90%以上，最高可以達(dá)到95%。

3 系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

電費(fèi)：總裝機(jī)容量2 870 kW，常用負(fù)荷1 760.65 kW，按當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.487元/（kW·h）計(jì)，則電費(fèi)為2.057萬元/d，噸水電費(fèi)為1.71元。

藥劑費(fèi)：聚合硫酸鐵投加量20 mg/L，噸水費(fèi)用0.056元；PAM投加量為0.5mg/L，噸水費(fèi)用0.01元；石灰投加量240 mg/L，噸水費(fèi)用0.192元；純堿投加量250 mg/L，噸水費(fèi)用0.75元；單個(gè)陽床再生HCl用量5 t/次，中和藥劑NaOH需用量5 t/次，再生藥劑折合噸水費(fèi)用0.50元；次氯酸鈉投加量5 mg/L，噸水費(fèi)用0.004元；還原劑及螯合劑微量。藥劑費(fèi)合計(jì)為1.512元/t。

人工費(fèi)：操作站定員15人，實(shí)行三班倒制，按平均每人每年40 000元，折合噸水人工費(fèi)0.136元。

系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用=電費(fèi)+藥劑費(fèi)+人工費(fèi)= 3.358元/t。

4 結(jié)論

（1）采用預(yù)處理+高效反滲透工藝處理煤化工企業(yè)廢水，其產(chǎn)水用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用是可行的，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，該技術(shù)也可用于其他廢水特性類似的化工企業(yè)。（2）嚴(yán)格控制系統(tǒng)各個(gè)單元的pH和加藥量是保證高效反滲透系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。同時(shí)來水水量和水質(zhì)的波動(dòng)直接影響預(yù)處理效果，尤其是對硬度的去除效果影響較大。因此要加強(qiáng)在線儀表的監(jiān)測，定期校準(zhǔn)儀表，以便根據(jù)水質(zhì)波動(dòng)情況及時(shí)調(diào)整加藥量。（3）陽床再生過程中會(huì)產(chǎn)生低pH廢水，因此中和水池的防腐問題需在設(shè)計(jì)和施工過程中引起高度重視，目前常規(guī)做法是混凝土內(nèi)襯玻璃鋼進(jìn)行防腐。

［1］葛小玲，李克先.電廠廢水“零排放”工藝應(yīng)用［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（12）：21-23.

［2］謝欽.高密度澄清池工藝簡介［J］.給水排水，2006，32（增刊）：38-39.

［3］德巴斯什·穆霍帕德黑.高效率操作的反滲透方法和設(shè)備：中國，1236330［P］.1999-11-24.

Application of HERO technology to the treatment of wastewater from coal chemical industry and its reuse

Zhang Guangyuan
（Beijing Yubing Hydraulic Survey Planning Desing Co.，Ltd.，Beijing 100048，China）

The effect of the combination process，high dense settling pond+V-type filter+resin softening+HERO，for treating the wastewater from coal chemical industry，its design parameters，and operation debugging status are introduced.The designed water treatment capacity of this project is 500 m3/h，mainly removing SS，hardness and COD from water.The operation results show that HERO process has advantages，including high recovery rate，and stable effluent water quality.It can meet the water quality requirements for the make-up water of industrial circulating cooling water.

wastewater from coal chemical industry；circulating cooling water；highly efficient RO；recovery

X703

B

1005-829X（2016）12-0112-03

張廣遠(yuǎn)（1981—），注冊環(huán)保工程師。電話：18600919274，E-mail：zgybsh@163.com。

2016-10-09（修改稿）