生物制藥廢水深度處理回用工程實例

韓志遠

（內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司， 呼和浩特 010206）

制藥工業(yè)廢水是公認的難處理廢水之一， 廢水中含有的難生化降解物質(zhì)會在相當長時間內(nèi)存留于環(huán)境中， 將對環(huán)境造成極大危害。 某工業(yè)園區(qū)有多家生物制藥廠， 國家發(fā)改委批準在該工業(yè)園區(qū)新建2 臺660 MW 超超臨界直接空冷燃煤機組， 擬將制藥廢水進行處理后作為發(fā)電廠的補水， 而發(fā)電廠對冷卻水補水和鍋爐補水的水質(zhì)要求都比較高。 因此， 在原有的污水處理工藝基礎(chǔ)上進行工藝升級改造， 該工業(yè)園區(qū)生物制藥廢水經(jīng)深度處理后供給發(fā)電廠。 制藥廢水深度處理工程的實施既滿足了發(fā)電廠的補水要求， 實現(xiàn)了制藥廢水的回收再利用， 又具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益［1-2］。 本文主要對該工程的深度處理工藝流程及運行效果進行了總結(jié)分析。

1 工程概況

該工業(yè)園區(qū)制藥廢水主要為發(fā)酵類制藥廢水，廢水中除了含有高濃度的難降解有機污染物外， 制藥廠排放廢水的硬度和堿度都較高， 分別超過550和450 mg／L（以CaCO3計）， 總?cè)芙庑怨腆w質(zhì)量濃度（含鹽量）最高可達6 000 mg／L， 屬于較難處理的制藥廢水［3］。 原污水處理廠設(shè)計規(guī)模為500 m3／h，處理工藝以生化處理為主， 但出水水質(zhì)不能滿足發(fā)電廠冷卻水補水和鍋爐補水的水質(zhì)要求， 必須繼續(xù)進行深度處理。

本次升級改造為了滿足660 MW 超超臨界機組用水水質(zhì)要求并實現(xiàn)廢水資源綜合利用的目的， 按總體設(shè)計要求需要對原有處理工藝進行升級改造并增加深度除鹽工藝。 首先在原處理工藝末端增加納濾單元， 使出水水質(zhì)達到原設(shè)計的GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B 排放標準； 納濾出水仍含有較高的硬度、 堿度和含鹽量， 需新建深度處理工程， 根據(jù)用水要求不同， 采用不同的深度處理工藝， 將納濾出水處理至分別符合發(fā)電廠的冷卻水補水和鍋爐補水的水質(zhì)要求。

2 設(shè)計水量、 水質(zhì)

新建深度處理工程以納濾出水作為來水水源，設(shè)計最大處理水量為400 m3／h， 分冷卻水補水處理和鍋爐補水處理， 這兩部分的設(shè)計規(guī)模分別為300和100 m3／h。 原有工藝的納濾出水經(jīng)超濾、 反滲透膜處理達到冷卻水補水水質(zhì)要求后， 再通過離子交換樹脂深度除鹽工藝處理， 使水質(zhì)達到超超臨界機組鍋爐補水的水質(zhì)標準， 冷卻水補水和鍋爐補水的水質(zhì)分別執(zhí)行GB／T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》和GB／T 12145—2016《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》。 深度處理工程的設(shè)計進出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 深度處理工程設(shè)計進出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality of advanced treatment project

3 廢水處理工藝

3.1 冷卻水補水處理工藝

工業(yè)園區(qū)現(xiàn)有污水處理廠出水含鹽量較高， 達4 500 ～6 000 mg／L， 必須進行除鹽處理才能滿足冷卻水補水的水質(zhì)要求， 可以使用反滲透處理降低含鹽量。 同時水中總硬度和總堿度非常高， 分別為550 和450 mg／L， 如果直接進入反滲透處理系統(tǒng)會造成反滲透膜結(jié)垢， 因此必須采取相應(yīng)的鈉離子和弱酸陽離子處理工藝將現(xiàn)有來水中剩余的鈣、鎂離子和碳酸氫根離子盡可能去除， 為后續(xù)反滲透處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行做好準備， 并且可以通過該方法提高后續(xù)反滲透產(chǎn)水的回收率［4］， 因此冷卻水補水處理工藝主要采用超濾-鈉床-弱酸床-反滲透工藝。

3.2 鍋爐補水處理工藝

根據(jù)發(fā)電廠化學設(shè)計規(guī)范的要求， 除鹽系統(tǒng)的設(shè)計需根據(jù)進水水質(zhì)、 除鹽水水質(zhì)要求、 水量及對外供水工況等因素確定。 進水含鹽質(zhì)量濃度高于400 mg／L 時宜采用反滲透預(yù)脫鹽工藝， 除鹽工藝的出水應(yīng)保證機組的相應(yīng)壓力等級水汽品質(zhì)要求，出水水質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行GB／T 12145—2016 的要求。根據(jù)已達到的冷卻水補水的水質(zhì)特點， 深度除鹽工藝采用盤式自清洗過濾-超濾-反滲透-陽床-陰床-混床的工藝。 離子交換除鹽工藝成熟且出水水質(zhì)穩(wěn)定， 能夠滿足超超臨界機組鍋爐補水水質(zhì)的要求。經(jīng)過反滲透膜的初步除鹽處理再進行離子交換除鹽， 使離子交換樹脂的運行周期得到較大程度的延長， 再生樹脂產(chǎn)生的廢水量較少可以作為機組脫硫工藝用水。

升級改造后的深度處理工藝流程見圖1。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

4.1 冷卻水補水處理系統(tǒng)

（1） 調(diào)節(jié)池。 1 座， 半地上鋼混結(jié)構(gòu)， 尺寸為16.0 m × 10.0 m × 5.0 m， 超高500 mm， 有效池容為800 m3。 配套提升泵2 臺， 1 用1 備， Q ＝390 m3／h， H ＝150 kPa， N ＝45 kW。

圖1 深度處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater advanced treatment

（2） 機械加速澄清池。 1 座， 鋼混結(jié)構(gòu)， 直徑為17 m， 高度為6.5 m， Q ＝400 m3／h。 配套攪拌機和刮泥機各1 臺。

（3） 變孔隙濾池。 2 座， 單座Q ＝200 m3／h，過濾區(qū)尺寸為5.0 m×4.0 m， 上升流速為10 m／h。

（4） 超濾。 2 套， 單套Q ＝172 m3／h， 膜型號為SMT600－P50， 64 支， 膜殼64 支， 材質(zhì)為PVC。配套還原劑加藥泵2 臺， Q ＝20 L／h， H ＝0.7 MPa；阻垢劑加藥泵4 臺， Q ＝10 L／h， H ＝0.7 MPa； 保安過濾器3 座， 材質(zhì)為SUS304。

（5） 鈉離子交換器。 2 座， 尺寸為φ 3.0 m ×4.6 m， 材質(zhì)為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為001×7。

（6） 弱酸陽離子交換器。 2 座， 尺寸為φ 3.0 m×4.6 m， 材質(zhì)為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為D113。

（7） 反滲透。 2 套， 單套Q ＝172 m3／h， 回收率為72%。 膜型號為W30XFR－400／34i， 266 支，膜殼38 支， 型號為8 in（約20 cm）， 材質(zhì)為FRP。

（8） 濃水反滲透。 1 套， Q ＝44 m3／h， 回收率為28%。 膜型號為SW30XLE－400iB， 77 支， 膜殼11 支， 型號為8 in（約20 cm）， 材質(zhì)為FRP。

4.2 鍋爐補水處理系統(tǒng)

（1） 調(diào)節(jié)水箱。 1 座， 鋼制， 有效容積為300 m3， 超高為500 mm。 配套提升泵2 臺， 1 用1 備，Q ＝160 m3／h， H ＝360 kPa， N ＝22 kW。

（2） 盤式自清洗過濾器。 1 套， Q ≤180 m3／h， 粗濾網(wǎng)采用強化尼龍， 細濾網(wǎng)采用不銹鋼316及塑料骨架。

（3） 超 濾。 1 套， Q ＝144 m3／h， 膜 型 號 為UOF－6a， 46 支， 膜殼46 支， 材質(zhì)為PVC。 配套還原劑加藥泵1 臺， Q ＝25 L／h， H ＝1.0 MPa； 阻垢劑加藥泵1 臺， Q ＝25 L／h， H ＝1.0 MPa； 保安過濾器1 臺， 材質(zhì)為SUS304。

（4） 反滲透。 1 套， Q ＝108 m3／h， 回收率為75%。 膜型號為BW30FR－400／34i， 126 支， 膜殼21 支， 型號為8 in（約20 cm）， 6 支裝， 材質(zhì)為FRP。

（5） 陽離子交換器。 1 座， 尺寸為φ 2.5 m ×4.6 m， 材質(zhì)為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為001×7。

（6） 陰離子交換器。 1 座， 尺寸為φ 2.5 m ×4.6 m， 材質(zhì)為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為201×7。

（7） 混合離子交換器。 1 座， 尺寸為φ 2.5 m×5.2 m， 材質(zhì)為碳鋼＋襯膠， 陽樹脂型號為MB001×7， 陰樹脂型號為MB201×7。

5 運行效果

該生物制藥廢水深度處理回用工程自2016 年年底正式投入運行至今， 各處理工藝運行良好， 每天回用至發(fā)電廠的水量約為4 000 m3， 水質(zhì)完全可以達到超超臨界機組冷卻水補水和鍋爐補水的水質(zhì)要求。 冷卻水補水處理系統(tǒng)的反滲透回收率達到了75% 以上， 濃水排至工業(yè)園區(qū)廢水蒸發(fā)塘處理，鍋爐補水處理系統(tǒng)的反滲透回收率達到了78% 以上， 濃水和離子交換樹脂再生廢水在火電廠內(nèi)部用于脫硫系統(tǒng)工藝水， 該工程沒有外排水。

該工程冷卻水補水處理系統(tǒng)2017 年出水水質(zhì)見表2， 鍋爐補水處理系統(tǒng)2017 年出水水質(zhì)見表3。

表2 冷卻水補水處理系統(tǒng)2017 年出水水質(zhì)Tab. 2 Effluent quality of cooling water make-up water treatment system in 2017

表3 鍋爐補水處理系統(tǒng)2017 年出水水質(zhì)Tab. 3 Effluent quality of bioler make-up water treatment system in 2017

由表2 和表3 可知， 升級改造后的深度處理工程的出水水質(zhì)達到冷卻水補水的水質(zhì)要求， 且混合離子交換器出水電導率≤0.15 μS／cm、 ρ（SiO2） ≤9.4 μg／L， 滿足GB／T 12145—2016 中超超臨界機組鍋爐補水的水質(zhì)要求。

6 技術(shù)經(jīng)濟分析

該工程總投資約為3 800 萬元， 其中冷卻水補水處理系統(tǒng)投資3 200 萬元， 鍋爐補水處理系統(tǒng)投資600 萬元。 廢水處理達到冷卻水補水水質(zhì)要求的運行成本約為4.5 元／m3， 達到除鹽水水質(zhì)要求的運行成本約為9.0 元／m3。 其中冷卻水補水處理系統(tǒng)的運行成本包括： 電費1.7 元／m3， 人工費1.0元／m3， 藥 劑 費1.6 元／m3， 其 他 費 用0.20 元／m3。按一年運行365 d 計， 每年可回收利用制藥廢水約145 萬m3， 其中冷卻水補水回收利用119.5 萬m3，鍋爐補水回收利用25.5 萬m3， 具有顯著的環(huán)境效益和社會效益［5-6］。

7 結(jié)語

（1） 采用“生化處理＋膜法處理＋離子交換樹脂深度除鹽”的三級組合工藝處理生物制藥廢水， 實際運行工況表明： 處理后出水水質(zhì)達到了超超臨界機組鍋爐補水的水質(zhì)標準， 順利實現(xiàn)了生物制藥廢水到二級除鹽水的轉(zhuǎn)化， 最終的除鹽水出水電導率≤0.15 μS／cm、 ρ（SiO2） ≤9.4 μg／L， 滿足GB／T 12145—2016 中超超臨界機組鍋爐補水的水質(zhì)要求。 工程運行以來出水水質(zhì)穩(wěn)定， 達到了工程預(yù)期的設(shè)計目標。

（2） 該工程的成功實施既解決了工業(yè)園區(qū)生物制藥廢水的回收利用問題， 避免了環(huán)境污染， 又為園區(qū)新建火力發(fā)電廠提供了充足可靠的補水水源，每年回收利用制藥廢水約145 萬m3， 具有很好的經(jīng)濟和社會效益。