衡美水处理之煤化工废水回用方案

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——煤化工废水回用。

一、煤化工废水的特点

煤炭是我国的主要化石能源之一， 在我国能源生产结构中占据相当重要的地位。我国煤化工项目主要分布在内蒙古、陕西、新疆、山西、辽宁、河南等煤炭产地，而这些地区大多属于水资源匮乏的地区。但这些煤化工项目往往需水量巨大， 也会相应产生大量废水。

为了促进工业经济与水资源及环境的协调发展，《国家环境保护“十二五”规划》在化学需氧量和二氧化硫两项约束性指标的基础上又增加了氨氮和氮氧化物两项新指标，无论从经济效益还是环境效益考虑，寻求处理效果更好、运行成本更低的工艺都将成为大型煤化工企业创新和发展的必由之路。

煤化工企业排放废水以高浓度煤气洗涤废水为主，水质成份复杂，含有大量酚类、氰、油、氨氮、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等有毒、有害物质，综合废水中CODcr一般在5000mg/l左右、氨氮在200~500mg/l，是一种典型含难降解有机化合物的工业废水。

有效的预处理+特种膜（Super RO）+反渗透膜（RO）的组合工艺，不仅能高效、稳定地去除污染物，而且可避免反渗透膜的污堵，确保出水符合回用水水质标准，其在回用水处理的工程设计中得到了一定的应用。

二、设计规模及进出水水质

某煤化工厂循环水场补水量约占总新鲜水用水量的70%，其补水若全部用新鲜水补充，将造成水资源的极大浪费。若能对该厂产生的废水进行深度处理与回用，不仅能有效地节约运行成本，且能实现较大的环境和社会效益。基于此，某煤化工厂采用匀质池+高效澄清器+多介质过滤器+特种膜及反渗透的组合工艺对其产生的废水进行了深度处理与回用。

该厂回用水处理装置进水水源主要分为以下几类：一是污水处理装置出水，其出水水质满足《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的一级排放标准；二是循环水场排污水；三是脱盐水站排污水。本回用水处理装置设计规模为160m³/h，设计进水水质见表1，设计出水要求执行《污水再生利用工程设计规范》（GB50335—2002）中再生水用作循环冷却系统补充水的水质标准。

从进水水质可以看出，本回用水处理装置的水源较为复杂，其有机污染物、微生物、生物黏泥、胶体类、重金属、硬度等物质的污染较常规的纯水要复杂和严重的多，对特种膜前的预处理效果要求较高。

根据上述水质特点，设计采用匀质池+高效澄清器+多介质过滤器+特种膜及反渗透的组合工艺。

三、煤化工废水传统处理工艺

目前，国内相关行业中所设计的煤化工污水处理系统，大都沿袭了前人的经验，采用相类似的工艺，即“物化预处理→生物处理→物化深度处理”的流程。近年来各个企业、高校、研究院所在煤化工污水处理上做了大量的研究和生产性试验，在每个具体流程工艺的选择上发展出了较多的适用性较好的技术。

物化处理工艺有：

1、萃取脱酚

2、单塔加压汽提侧线脱氨法

3、混凝沉淀法

4、吸附法

生化处理工艺主要有：

1、厌氧生化工艺

2、好氧生物法

3、固定化微生物技术

4、高级氧化法+A/O工艺

但是，采用生物法进行处理能耗较高，且高浓度的氨氮会对微生物产生抑制作用；采用吹脱法、化学沉淀法等物理化学法存在处理效果差、费用高，产生二次污染等问题。因此，寻找一种合适的工艺来处理煤化工高氨氮废水就显得十分必要和迫切。

四、工艺流程及主要设计参数

1、废水匀质池

进水水源中循环水场排污及脱盐水站排污均为间断进水，需加强均质化处理。匀质池设计尺寸为37.9m×7.6m×3.5m。匀质池配套设置废水提升泵，废水提升泵1用1备，单台流量为160m³/h；配套设置2台潜水搅拌机，功率为3kW。

2、高效澄清器

高效澄清器是集混凝/反应/沉淀于一体的钢结构废水处理设备，单台处理量为160m³/h，设计出水SS≤20mg/L，设计尺寸为D6000mm×7000mm。

在高效澄清器前配套设置石灰乳加药装置，浓浆泵2台，1用1备，单台加药量为0～3t/h；絮凝剂加药装置，机械隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～120L/h；混凝剂加药装置，机械隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～44L/h。

3、多介质过滤器

多介质过滤器用于去除水中的悬浮物和胶体，滤料采用无烟煤和石英砂。多介质过滤器2台，设计单台处理量为80m³/h，设计滤速为10m/h，采用气水反冲洗。多介质过滤器设计尺寸为D3200mm×4200mm。

4、特种膜系统

特种膜系统前配套设置1台盘式过滤器，处理量为160m³/h，设计出水浊度≤3NTU，过滤精度为50μm，过滤器型式：以色列ARKAL3DF-8。

特种膜系统设计回收率为90%，设计产水水质：SDI≤3，浊度≤0.5NTU。装置净产水量为144m³/h，采用DOW公司生产的SFP2860DOWTMUF膜组件（外压式中空纤维膜），单只膜面积为51㎡，共60支。

特种膜系统及反渗透系统共同配套设置化学清洗装置1套，含清洗保安过滤器1台，能力为150m³/（h˙套），滤芯过滤精度为5μm。

化学增强反洗系统含次氯酸钠加药装置，电磁驱动隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～1600L/h；加酸装置，电磁驱动隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～550L/h；加碱装置，电磁驱动隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～240L/h。

5、反渗透系统

反渗透膜前设置保安过滤器，保安过滤器过滤精度为5μm，外壳采用耐腐蚀的316不锈钢材质，滤棒由聚丙烯喷熔制成，孔形呈锥形结构，运行流速≤10m³/h。

反渗透高压泵采用卧式离心高压泵，过流部分材质为不锈钢，Q=150m³/h，P=1.4MPa。

反渗透装置设计产水量为108m³/h，回收率为75%。1a内设计脱盐率≥98%，3a内设计脱盐率≥97%。反渗透膜采用美国DOW公司生产的BW30-400/34I-FR端面自锁高产水量抗污染型苦咸水反渗透膜元件，设计通量为18LMH，选用膜元件162支，采用6芯装美国CODELINE公司产品膜壳27支。一级二段，18∶9排列。

反渗透系统配套设置还原剂加药装置，电磁驱动隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～15.1L/h；阻垢剂加药装置，电磁驱动隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～7.6L/h。

6、自控系统设置

（1）特种膜系统。正常操作情况下，特种膜装置需要每20~60min进行气擦洗、水力反洗（含正冲洗、反冲洗）至少各1次，单次气水冲洗的时间约为1min，也就是说需要在1min内进行约40次的不同阀门开、关操作；而特种膜装置的常规化学加强反洗（CEB）需要至少24h1次，这在人工运行时很难保证，所以特种膜装置的启动、运行、气擦洗、反洗、正洗、停机等过程均由PLC实现自动控制。

特种膜系统同时设置就地仪表盘和就地操作盘，在就地仪表盘上可读出特种膜的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上操作相关的水泵和自动阀门。

反渗透系统。反渗透系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程也均由PLC实现自动控制。同时设置就地仪表盘和就地操作盘，在就地仪表盘上可读出RO的有关工艺参数，如电导率、流量、压力等；在就地操作盘上能启停RO进水高压泵及相关的自动阀门。

五、反渗透技术应用

反渗透是利用反渗透膜选择性的透过溶剂（通常是水）而截留离子物质，以膜两侧产生的静压差为动力，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的物理过程。

与传统的水处理方法相比，反渗透技术有以下特点：

1、在常温条件下，采用无相变的物理变化对溶质和水进行分离；

2、杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且还可以去除各类杂质；

3、较高的除盐率和水的回用率，可截留粒径几个纳米以上的溶质；

4、设备紧凑，占地面积少，自动化程度高，操作简单，运行费用低；

5、无需大量的化学药剂，不产生二次污染。

作为一种新型的水处理技术，反渗透以其独特的优点已经在海水淡化、苦咸水脱盐、纯水制备、锅炉补给水脱盐、印染废水处理和垃圾渗滤液处理等方面得到了广泛应用，但由于产品自身结构的缺陷，导致膜抗污染性较差，因此反渗透膜还是具有一定局限性。

六、运行效果

本回用水处理装置已经建成运行近1a，其水质日常监测结果如表2所示。运行结果表明，出水稳定，出水水质达到《污水再生利用工程设计规范》（GB50335—2002）中再生水用作循环冷却系统补充水的水质标准。

 七、成本分析

人工费：定员按4人考虑，工资为5000元/（月˙人），人工费为667元/d；电费：本装置平均耗电量为5440kW˙h/d，电价以0.75元/（kW˙h）计，电费为4080元/d；药剂费：药剂费以1500元/d计；损耗费：石英砂滤料以200元/d计（按0.5a的使用寿命），特种膜和反渗透膜以1610元/d计（按3a的使用寿命）。合计平均处理成本为2.10元/m³。工业水价为7.95元/m³，本装置的经济效益非常明显。

八、小结

该煤化工厂结合复杂的进水水质及回用水用户的水质要求，设计采用匀质池+高效澄清器+多介质过滤器+特种膜及反渗透的组合工艺对废水进行深度处理与回用。运行结果表明，运行效果良好，脱盐率及回收率均能达到设计标准，经济效益明显，证明所选工艺是可行且经济的。

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