飲料生產(chǎn)企業(yè)中水回用工程應(yīng)用實(shí)例分析

（東南大學(xué)吳健雄學(xué)院 江蘇南京 211187）

1 廢水處理現(xiàn)狀

中糧可口可樂飲料 （山西）有限公司廢水處理站于1999年建成運(yùn)行，原設(shè)計(jì)能力2000m3/d，進(jìn)水COD為2000～3000mg/L，生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后滿足 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級標(biāo)準(zhǔn)，COD＜100mg/L。目前實(shí)際處理水量為日最大處理量200m3/d，進(jìn)水COD＜2000mg/L，廢水經(jīng)處理后，COD基本可以保持在50mg/L以下，優(yōu)于設(shè)計(jì)的一級標(biāo)準(zhǔn)。廢水處理站采用UASB厭氧加好氧組合工藝，主要工藝流程如圖1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

2 中水處理工程方案及主要處理單元

為了節(jié)省水資源，降低對自來水的使用量，公司在廢水處理站后端增加了中水處理系統(tǒng)，本中水處理系統(tǒng)以廢水處理站出水作為原水水源，處理后的產(chǎn)水可進(jìn)一步深度利用。

中水處理回用系統(tǒng)采用“預(yù)處理+單級反滲透”水處理工藝。本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水量14m3/h，最終產(chǎn)水量10m3/h。主要系統(tǒng)配置：預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對水中懸浮物、總硬度、溶解性總固體、細(xì)菌等進(jìn)行處理，處理后水質(zhì)要求滿足 《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18920-2002）和《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T19923－2005）。中水處理系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

（1）PAC阻垢劑添加。反滲透工藝運(yùn)行過程中，在產(chǎn)出脫鹽水的同時(shí)，污染物和鹽分在濃水側(cè)濃縮，使原水中的污染物在濃水側(cè)濃縮2～4倍，這就是濃水結(jié)垢的原因。為保證反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行，根據(jù)用戶原水水質(zhì)的不同，選擇不同的阻垢劑來破壞反滲透膜濃水側(cè)垢的形成并減輕結(jié)垢趨勢。阻垢劑添加系統(tǒng)設(shè)置阻垢劑計(jì)量箱1個(gè)和計(jì)量泵1臺。阻垢劑計(jì)量箱設(shè)低液位報(bào)警提醒運(yùn)行人員及時(shí)配藥及倒換溶液箱。

圖2 中水回用工藝流程

（2）多介質(zhì)過濾器。多介質(zhì)過濾器是最成熟和最常用的反滲透預(yù)處理工藝，多介質(zhì)過濾器為壓力式過濾器，通過濾料的機(jī)械篩濾、沉淀以及接觸絮凝等作用，去除水中的懸浮物質(zhì)，滿足反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求。多介質(zhì)過濾器前添加PAC藥劑來破壞膠體和細(xì)微懸浮物在水中形成的穩(wěn)定分散系，使其聚集為具有明顯沉淀性能的絮凝體，然后利用過濾器濾層予以去除。

（3）活性炭過濾器。原水中的濁度、膠體及部分有機(jī)物，可以利用前級系統(tǒng)中的混凝及過濾設(shè)備去除，但分子量較小的有機(jī)物、余氯及色度等物質(zhì)很難利用混凝過濾的方式處理。處理這些雜質(zhì)的最簡單方法是采用活性炭濾料進(jìn)行吸附處理，由于活性炭表面滿布平均直徑為20～30埃的微孔，因此具有很高的吸附能力。此外，活性表面有大量的羥基級及羧基官能團(tuán)，可以對各種性質(zhì)的有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)吸附以及靜電引力作用。因此活性炭過濾器被用作預(yù)處理系統(tǒng)中的深度處理設(shè)備，將有機(jī)物、余氯等對后級RO的影響程度降至最低。

（4）保安過濾器。為了保證反滲透膜元件和高壓泵不被懸浮顆粒所傷害，系統(tǒng)設(shè)置精密保安過濾器，過濾精度為5u，內(nèi)填φ60熔噴式聚丙烯濾芯，外殼為不銹鋼結(jié)構(gòu)。

（5）高壓泵。反滲透膜元件對水中的離子具有選擇透過性，因而在反滲透濃水側(cè)和產(chǎn)水側(cè)存在著滲透壓差，這樣就必須要有外界的壓力來克服滲透壓差，才能夠使反滲透裝置正常工作并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，外界的壓力由高壓泵提供；考慮到溫度的變化直接影響著反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行壓力以及隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的加長系統(tǒng)操作壓力有所升高，故留有一定的充裕量，本系統(tǒng)選用1臺不銹鋼多級離心高壓泵，反滲透高壓泵進(jìn)出口裝壓力開關(guān)，進(jìn)口壓力低、出口壓力高時(shí)報(bào)警及停泵。

（6）反滲透系統(tǒng)RO。反滲透是脫鹽的核心部分，經(jīng)反滲透處理的水，能有效去除水中的鹽類。設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)系到投資費(fèi)用，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，使用壽命，操作可靠簡便性。本方案設(shè)計(jì)反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水量14m3/h，采用一級兩段式排列方式，水利用率75%，產(chǎn)水量10m3/h。膜元件數(shù)量設(shè)計(jì)成12支，膜容器采用綠源通實(shí)業(yè)生產(chǎn)的玻璃鋼材質(zhì)膜殼，每支膜殼裝4支美國GE膜元件，共3支膜殼，膜容器按2∶1排列。

（7）紫外線殺菌器。采用1臺300W過流式紫外燈，被處理水按一定速度從反應(yīng)器流過，水中微生物受到高強(qiáng)度的UVC照射，其DNA、RNA內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。

3 中水產(chǎn)水回用運(yùn)行情況分析

中水處理系統(tǒng)完成后，主要用于廠內(nèi)綠化和室外地面清掃，太原高新技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)衛(wèi)公司也會不定期來取水，用于園區(qū)道路清潔和園林綠化用水。公司生產(chǎn)制冷機(jī)組涼水塔目前使用軟化水，浪費(fèi)較多的水資源。中水處理設(shè)施投入使用后，處理后的中水產(chǎn)水可以引接到生產(chǎn)用制冷機(jī)組涼水塔來使用，這樣就可以節(jié)省軟化水使用量，降低耗水量指標(biāo)。從中水處理間引接約200mDN50的PPR管道到制冷機(jī)組涼水塔儲水箱，將處理好的中水產(chǎn)水通過管道泵增壓后引接到?jīng)鏊λ?，用于制冷機(jī)組冷卻使用?？紤]冬季涼水塔耗水量較少，室外管道如果不加伴熱會有結(jié)凍風(fēng)險(xiǎn)，增加伴熱又會加大投資運(yùn)行成本，因此中水產(chǎn)水每年只在冬季以外的3-10月份使用，這樣管道不需要保溫與伴熱設(shè)施，可以節(jié)約較大的投資成本與運(yùn)行成本，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過品控部測試和外委專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)測試，中水產(chǎn)水與制冷機(jī)組涼水塔水質(zhì)指標(biāo)對比如表1所示，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足制冷系統(tǒng)涼水塔水質(zhì)要求。

表1 中水產(chǎn)水水質(zhì)檢測結(jié)果對比表

4 運(yùn)行成本及經(jīng)濟(jì)社會效益分析

（1）中水產(chǎn)水運(yùn)行成本分析。中水處理系統(tǒng)投入使用后，主要額外增加的運(yùn)行成本是藥劑費(fèi)用和動(dòng)力費(fèi)用，按全年運(yùn)行10個(gè)月，每月運(yùn)行30d，每天運(yùn)行約10h進(jìn)行計(jì)算，最少可回收利用水約為24000t/a。

運(yùn)行費(fèi)用如下：根據(jù)實(shí)際運(yùn)行測試，藥劑費(fèi)約為0.21元/t水；中水系統(tǒng)動(dòng)力負(fù)荷如表2所示，則動(dòng)力費(fèi)為202.42度×0.65元/80t水=1.64元/t水（電價(jià)以0.65元/kWh計(jì)算）；維修維護(hù)方面主要成本是反滲透膜費(fèi)用，預(yù)計(jì)6年換1次膜，費(fèi)用6萬元，折算到一年里，大概維修費(fèi)用12000元，每噸水0.5元。綜合以上計(jì)算，系統(tǒng)直接運(yùn)行成本約為2.35元/t水。

表2 中水系統(tǒng)動(dòng)力負(fù)荷分析表

（2）經(jīng)濟(jì)及社會效益分析。中水處理系統(tǒng)產(chǎn)水用于公司生產(chǎn)制冷機(jī)組涼水塔用水，主要替代軟化水，目前企業(yè)軟化水生產(chǎn)成本約12.21元/t，這樣每噸水可節(jié)約9.86元。中水產(chǎn)水替代制冷機(jī)組用水主要集中在每年3～10月份，每天平均約35t，全年可替代軟化水大約為8400t，合計(jì)可節(jié)省費(fèi)用約82824元/a。

中水處理系統(tǒng)產(chǎn)水用于公司綠化和室外地面清潔用水，另外還有提供給太原高新技術(shù)開發(fā)區(qū)綠化清潔用水，主要替代自來水，自來水費(fèi)用約5.7元/t，每噸可節(jié)約費(fèi)用大約3.35元。除去制冷機(jī)組涼水塔用水，每年用于綠化清潔的水大約15600t，合計(jì)可節(jié)約費(fèi)用52260元/a。以上兩項(xiàng)合計(jì)，每年可以節(jié)約的費(fèi)用大約135084元。

中水處理工程投入費(fèi)用約460000元，中水產(chǎn)水用于制冷機(jī)組涼水塔改造工程投入費(fèi)用22000元，合計(jì)工程總投入費(fèi)用482000元，中水回用工程回報(bào)期約為482000/135084=3.6年。中水處理工程建成后，不僅可以為企業(yè)降低自來水耗用量，節(jié)約用水費(fèi)用成本，而且還可以為社會供應(yīng)綠化清潔用水，具有良好的社會效益，提高企業(yè)的聲譽(yù)。

5 結(jié)論

（1）飲料生產(chǎn)企業(yè)將生產(chǎn)廢水經(jīng)過UASB厭氧加好氧處理的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步深度處理，水處理成本為每噸2.35元，每年節(jié)約135084元，投資回報(bào)期為3.6年，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可為其他相關(guān)企業(yè)借鑒推廣。

（2）由于本工廠實(shí)際對再生利用水需求量有限，目前該項(xiàng)目僅對廢水處理站不到一半的出水進(jìn)行了深度處理回用，周邊工業(yè)園區(qū)其他用戶仍沿用市政自來水，下一步需要和周圍用戶協(xié)商，可以為他們提供中水產(chǎn)水，提高中水回用的利用率，增加中水回用水的供水量，既能保證中水回用工程的穩(wěn)定運(yùn)行，也能最大程度實(shí)現(xiàn)水資源綜合利用項(xiàng)目的建設(shè)目的。