焦化企業(yè)供水處理系統(tǒng)和中水回用系統(tǒng)工藝設(shè)計

楊成立，李娟娟，楊思睿，趙仲鶴，武曉暉，劉 旭，李秀麗

（1.山西大地生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030002；2.中央財經(jīng)大學(xué)，北京 100098）

0 引言

中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和工業(yè)化的大幅推進，對水資源的需求量越來越大，國內(nèi)本就不足的水資源更顯緊張。為緩解國內(nèi)水資源的緊缺局面，國家提出了節(jié)約用水、廢水資源化與回用、水資源的合理利用與保護三條應(yīng)對措施。2010 年工業(yè)和信息化部印發(fā)的《關(guān)于進一步加強工業(yè)節(jié)水工作的意見》（工信部節(jié)〔2010〕218 號）中指出，要積極推進企業(yè)水資源循環(huán)利用和工業(yè)廢水處理回用。中水回用作為減污節(jié)源的重要手段，不僅可以實現(xiàn)污水資源化，還可有效減少排污總量，降低對周圍環(huán)境的影響，具有明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

隨著工業(yè)生產(chǎn)對水質(zhì)要求的不斷提高，富含鈣鎂離子的硬水越來越不能滿足工業(yè)用水的需求。且硬水在工業(yè)上會造成極大的危害甚至危險，例如造成工業(yè)鍋爐積垢傳熱不良浪費能源，也容易造成系統(tǒng)運行故障，甚至因傳熱不勻可能引起爆炸[1]。所以，工業(yè)用水的處理越來越受到人們的重視。

本項目擬對生產(chǎn)用水進行軟化處理，對壓濾機濾液、超濾反洗水、反滲透濃水以及焦化循環(huán)排污水進行回用處理。從供水處理系統(tǒng)和中水回用系統(tǒng)對焦化企業(yè)水質(zhì)處理工藝進行設(shè)計，本研究保障生產(chǎn)用水達到生產(chǎn)工藝及設(shè)備用水要求，生產(chǎn)廢水達到回用標(biāo)準(zhǔn)。本項目的實施能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)用水水質(zhì)的優(yōu)化，滿足企業(yè)用水要求，減輕差水對生產(chǎn)設(shè)備的損害，同時提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢水回用處理成本，對于焦化企業(yè)持續(xù)清潔生產(chǎn)和提高產(chǎn)品競爭力具有重要意義。

1 水質(zhì)概況及出水處理要求

1.1 生產(chǎn)用水水質(zhì)概況及水處理要求

某焦化企業(yè)焦炭產(chǎn)能為500 萬t/a，乙二醇產(chǎn)量60 萬t/a、LNG 產(chǎn)量30 萬t/a。生產(chǎn)用水主要來源于文裕河及文峪河水庫，水量約為900 m3/h。當(dāng)文裕河及文峪河水庫供水不足時，利用淺層地下水進行補充，淺層地下水最大水量可達200 m3/h。文裕河及地下水供水硬度較高，水質(zhì)較差，無法滿足生產(chǎn)工藝及設(shè)備用水要求。供水處理系統(tǒng)設(shè)計進水水質(zhì)如表1 所示。根據(jù)生產(chǎn)工藝技術(shù)要求，企業(yè)生產(chǎn)用水水質(zhì)需滿足《石油焦化給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（SH3099—2000）中規(guī)定的石油焦化裝置生產(chǎn)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)見表2。

表1 供水處理系統(tǒng)進水水質(zhì)表

表2 供水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)表

1.2 生產(chǎn)污水水質(zhì)概況及處理要求

該企業(yè)現(xiàn)有設(shè)計處理規(guī)模為250 m3/h 的污水處理站，采用A2/O2+深度處理工藝，處理焦化廢水、生活污水、沖洗地坪水等。生產(chǎn)過程產(chǎn)生的焦化循環(huán)排污水水量約為100 m3/h，目前尚無處理設(shè)施。擬建設(shè)的供水處理系統(tǒng)，在供水處理過程中產(chǎn)生的壓濾機濾液、超濾反洗水、反滲透濃水，水量約為130 m3/h。由于壓濾機濾液、超濾反洗水、反滲透濃水及焦化循環(huán)排污水存在硬度高、有機物及鹽分含量高、水質(zhì)差等特點，無法達到回用水質(zhì)要求。根據(jù)壓濾機濾液、超濾反洗水、反滲透濃水及焦化循環(huán)排污水水量及水質(zhì)，進水主要水質(zhì)指標(biāo)見表3。為達到回用目的，結(jié)合該企業(yè)回用水實際用途，設(shè)計出水主要水質(zhì)指標(biāo)與表2所述供水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)一致。

表3 中水回用系統(tǒng)進水水質(zhì)表

2 污水處理工藝設(shè)計

硬水軟化一般采用離子交換法、膜分離法、石灰法等方式[2]。其中，離子交換法是將水中的鈣鎂離子置換出來，這種方法是目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)方法；膜分離法是利用納濾膜（NF）及反滲透膜（RO）攔截水中的鈣鎂離子，從根本上降低水的硬度；石灰法是向水中加入石灰，主要是用于處理大流量的高硬水。本項目供水處理系統(tǒng)擬采用“高效軟化沉淀+超濾+反滲透”工藝，是常見硬水軟化的的組合工藝。

根據(jù)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》（HJ 2306—2018）中推薦的廢水治理技術(shù)，后處理通常采用混凝沉淀技術(shù)，深度處理采用高級氧化或吸附處理（活性炭或樹脂）技術(shù)，也可采用超濾、反滲透技術(shù)。本項目中水回用系統(tǒng)擬采用“高效軟化沉淀+超濾+反滲透”工藝。

供水處理系統(tǒng)和中水回用系統(tǒng)具體工藝流程如圖1。

圖1 供水處理系統(tǒng)和中水回用系統(tǒng)工藝流程圖

2.1 供水處理系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)文裕河及文裕河水庫來水性質(zhì)，供水處理系統(tǒng)主要包括原水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高效軟化沉淀系統(tǒng)、水質(zhì)純化及超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)。主要建（構(gòu)）筑物規(guī)格見表4。

表4 主要建（構(gòu)）筑物一覽表

1）原水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。文裕河及文裕河水庫水經(jīng)提升收集在原水池，原水池是用于調(diào)節(jié)原水水質(zhì)水量的儲水池，將不同時段不同水質(zhì)和水量的水，通過混合、儲存等方式變?yōu)榫鶆蛩|(zhì)、水量的水，再定量進入后續(xù)處理系統(tǒng)，保證水處理系統(tǒng)正常、高效運行。

2）高效軟化沉淀系統(tǒng)。原水池的水通過原水提升泵的作用，定量進入高效軟化沉淀池，在高效軟化沉淀池中投加絮凝劑、混凝劑，石灰及碳酸鈉，有效降低原水中的硬度及微小粒徑的懸浮物和膠體雜質(zhì)，污泥進入污泥池，由板框壓濾機脫水外運。

3）水質(zhì)純化及超濾系統(tǒng)。高效軟化沉淀池出水自流進入中間水池，中間水池內(nèi)設(shè)置提升泵，一部分水由泵提升進入水質(zhì)純化單元，多余的水通過溢流口自流進入清水池。在水質(zhì)純化單元通過大通量保安過濾器。利用機械攔截原理，將大于50 μm 的顆粒物攔截，保護超濾膜不被大顆粒的懸浮物傷害，同時也降低了超濾膜被堵塞的可能性。大通量保安過濾器出水進入超濾裝置，以去除細小污染物質(zhì)。

4）反滲透系統(tǒng)。超濾產(chǎn)水進入超濾產(chǎn)水池，超濾產(chǎn)水池出水經(jīng)反滲透提升泵送至保安過濾器，保安過濾器出水經(jīng)高壓泵加壓進入反滲透系統(tǒng)。通過足夠的壓力使溶液中的溶劑（水）通過反滲透膜分離出來。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水進入清水池，與中間水池溢流水混合，供各用水點使用。

2.2 中水回用系統(tǒng)工藝設(shè)計

中水回用系統(tǒng)主要針對焦化循環(huán)排污水，廢水及供水處理工程產(chǎn)生的壓濾機濾液、超濾反洗水、反滲透濃水。根據(jù)廢水性質(zhì)，中水回用系統(tǒng)主要包括高效軟化沉淀系統(tǒng)、超濾及反滲透系統(tǒng)；其中，高效軟化沉淀系統(tǒng)采用雙堿法減低廢水硬度，超濾及反滲透系統(tǒng)采用“反滲透+二級反滲透+高壓反滲透”工藝對濃水進行高效濃縮。主要建（構(gòu)）筑物規(guī)格見表5。

1）高效軟化沉淀系統(tǒng)。供水車間板框壓濾機產(chǎn)生的壓濾液、超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的反洗水及濃水、反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水與焦化循環(huán)排污水統(tǒng)一收集進入中水回用原水池中。由于硬度較高，水質(zhì)較差，廢水由原水池先提升進入高效軟化沉淀池，依靠雙堿法降低硬度，同時去除較大顆粒懸浮物質(zhì)，產(chǎn)生的污泥進入污泥池，由板框壓濾機脫水外運。

2）超濾及反滲透系統(tǒng)。高效軟化沉淀池出水進入中間水池，水池內(nèi)設(shè)置提升泵，提升進入大通量保安過濾器，過濾器出水進入超濾反滲透裝置。超濾產(chǎn)生的濃水及反洗水返回至中水回用原水池中進行再處理。

3）超濾出水進入反滲透系統(tǒng)，反滲透產(chǎn)水由于水質(zhì)較好回配到供水處理系統(tǒng)清水池中。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水水量較大，需進一步濃縮再處理，因此配套二級反滲透系統(tǒng)。反滲透產(chǎn)水水質(zhì)較好，可回配到供水處理系統(tǒng)清水池中。反滲透過程產(chǎn)生的濃水經(jīng)高壓反滲透系統(tǒng)進一步濃縮，濃水外送處理。

3 結(jié)論

本方案能使企業(yè)供水處理系統(tǒng)水質(zhì)得到明顯提高，可有效減少企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、管道等由于用水水質(zhì)情況造成的結(jié)垢、腐蝕等情況，有效延長生產(chǎn)設(shè)備、管道等的使用壽命，減輕對環(huán)境的影響。該工程對提高企業(yè)生產(chǎn)效率，提高區(qū)域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量，改善企業(yè)職工的生活環(huán)境有較大的促進作用，具有明顯的環(huán)境效益。

此外本項目，可對其他焦化企業(yè)原水處理及中水回用推薦成功經(jīng)驗，增強企業(yè)水資源保護及節(jié)水意識，從而促進社會協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。