聯(lián)堿化工廢水零排放

李建新 張育才

(河南金山化工有限責(zé)任公司

河南焦作454750)

河南金山化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“金山化工公司”)所屬集團(tuán)現(xiàn)有產(chǎn)能為：工業(yè)純堿1 700 kt/a、農(nóng)用氯化銨1 850 kt/a、三聚氰胺95 kt/a、工業(yè)鹽1 700 kt/a以及甲醇、尿素等多種產(chǎn)品。

面對(duì)國(guó)內(nèi)日趨嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)，為減少?gòu)U水排放，減輕企業(yè)的環(huán)保壓力，金山化工公司決定實(shí)施廢水零排放項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2013年2月立項(xiàng)，5月開始施工，經(jīng)過(guò)5個(gè)月的建設(shè)，于10月26日開始運(yùn)行調(diào)試；11月16日，設(shè)備運(yùn)行調(diào)試正常，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。經(jīng)過(guò)1年多運(yùn)行，總體運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)，同時(shí)也起到了保護(hù)環(huán)境的作用。

1 項(xiàng)目概述

金山化工公司廢水零排放項(xiàng)目的進(jìn)水量按照60 m3/h(電導(dǎo)率為3 000 μS/cm)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終排放水量要求≤3 m3/h，意味著系統(tǒng)總回收率要達(dá)到95%以上。來(lái)水是廠區(qū)內(nèi)各工段的廢水以及經(jīng)生化系統(tǒng)處理的污水，成分較復(fù)雜。

(1)金山化工公司全廠水質(zhì)分析(投標(biāo)數(shù)據(jù))見(jiàn)表1。

表1 金山化工公司全廠水質(zhì)分析(投標(biāo)數(shù)據(jù))

(2)全廠水系統(tǒng)示意見(jiàn)圖1。

(3)設(shè)計(jì)規(guī)模及產(chǎn)水要求。系統(tǒng)最大來(lái)水總量60 m3/h，高密度沉淀池出力120 m3/h，浸沒(méi)式微孔過(guò)濾器出力100 m3/h，中壓濃鹽水回收單元出力48 m3/h(25 ℃)，高壓濃鹽水回收單元出力9 m3/h(25 ℃)，最終濃縮液排放水量3 m3/h，系統(tǒng)總體回收率95%，脫鹽率92%。

(4)化學(xué)藥劑?；炷齽㏄AC(聚合氯化鋁)、助凝劑PAM(聚丙烯酰胺)、軟化劑(碳酸鈉和氫氧化鈉)、pH調(diào)節(jié)劑(含HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的鹽酸)、阻垢劑(GT- 004)、還原劑(亞硫酸氫鈉)和非氧化殺菌劑(GT- 883)。

2 工藝說(shuō)明

2.1 系統(tǒng)工藝流程

系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

注：?jiǎn)卧b置的水量為最大值時(shí)水量，以此為廢水零排放項(xiàng)目的設(shè)計(jì)水量。

圖1 全廠水系統(tǒng)示意

圖2 系統(tǒng)工藝流程

2.2 工藝描述

廢水首先進(jìn)入綜合來(lái)水調(diào)節(jié)池，經(jīng)增壓泵增壓后，添加NaOH和Na2CO3軟化、混凝劑和助凝劑混凝后進(jìn)入高密度澄清池沉淀，一部分污泥通過(guò)污泥回流泵回流，多余的污泥通過(guò)污泥排放泵打入板框式壓濾機(jī)脫水外運(yùn)。產(chǎn)水是利用安裝在高密度澄清池中的浸沒(méi)式微孔過(guò)濾器通過(guò)微濾產(chǎn)水泵抽吸實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)水加入鹽酸、非氧化殺菌劑后進(jìn)入微濾產(chǎn)水池，再經(jīng)中壓增壓泵提升，加阻垢劑、還原劑后，進(jìn)入中壓濃鹽水回收裝置，產(chǎn)水進(jìn)入回用水池。中壓濃鹽水經(jīng)過(guò)增壓泵再次加壓后進(jìn)入高壓濃鹽水回收裝置，產(chǎn)水進(jìn)入回用水池，最終高濃鹽水進(jìn)入煤場(chǎng)等。

3 主要單元技術(shù)說(shuō)明

3.1 高密度澄清池

高密度澄清池是利用池中的泥渣與混凝劑以及原水中的雜質(zhì)顆粒相互接觸、吸附、沉淀，以達(dá)到泥水分離目的的凈水構(gòu)筑物；一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，小型水池采用鋼板制成。在本項(xiàng)目中由于要除去水中硬度，以便后續(xù)濃縮系統(tǒng)可以在高回收率下工作，因此系統(tǒng)來(lái)水需投加NaOH和Na2CO3；高密度澄清池還起到對(duì)投加藥劑提供反應(yīng)區(qū)的特殊作用。

高密度澄清池由反應(yīng)區(qū)和澄清區(qū)組成，反應(yīng)區(qū)由混合反應(yīng)區(qū)及推流反應(yīng)區(qū)組成，澄清區(qū)由入口、斜管沉淀區(qū)及濃縮區(qū)組成。高密度澄清池具有以下特點(diǎn)：

(1) 設(shè)有外部污泥循環(huán)系統(tǒng)，污泥從污泥濃縮區(qū)提升至反應(yīng)池進(jìn)水管，再與原水混合；

(2) 通過(guò)加入雙堿，使來(lái)水的硬度降低，可實(shí)現(xiàn)水軟化；

(3) 凝聚-絮凝在2個(gè)反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行，先通過(guò)攪拌的混合反應(yīng)區(qū)，接著進(jìn)入推流式反應(yīng)區(qū)；

(4) 從低速反應(yīng)區(qū)到斜管沉淀區(qū)礬花能保持完整，并且產(chǎn)生的礬花質(zhì)均、密度高；

(5) 采用高效的斜管沉淀，高密度礬花在此得到很好地沉淀；

(6) 能有效地完成污泥濃縮，出水水質(zhì)穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷。

本系統(tǒng)設(shè)置高密度澄清池1座。為應(yīng)對(duì)來(lái)水波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響以及考慮系統(tǒng)回流，高密度澄清池單套設(shè)計(jì)最大處理量為120 m3/h，采用砼結(jié)構(gòu)。高密度澄清池配套攪拌機(jī)、刮泥機(jī)各1臺(tái)，螺桿泵3臺(tái)(其中，1臺(tái)為污泥回流泵，1臺(tái)為排泥泵，1臺(tái)作為備用)。

3.2 浸沒(méi)式微濾系統(tǒng)

(1) 浸沒(méi)式微濾膜組件。浸沒(méi)式微濾膜組件包括固定在框架上的中空纖維膜、設(shè)在框架頂部和底部的透過(guò)液集水管以及框架底部的曝氣管，幾個(gè)或幾十個(gè)膜組件通過(guò)集水管相連接形成一個(gè)膜箱。周期性反沖洗和平緩溫和的空氣擦洗可以減少膜面的濃差極化，此種運(yùn)行方式可降低膜污染速率。

(2) 微濾膜池。微濾膜池1座，用于存放微濾膜，為鋼砼結(jié)構(gòu)，膜池內(nèi)壁作防腐處理。本項(xiàng)目膜池與高密度澄清池合并為1個(gè)。

(3) 微濾膜裝置。本裝置設(shè)置3套微濾膜裝置，單套出力為40 m3/h。微濾膜裝置產(chǎn)水指標(biāo)：濁度<1 NTU。

(4) 微濾膜裝置配套設(shè)備。3臺(tái)微濾產(chǎn)水泵，流量85 m3/h，揚(yáng)程20 m；1臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)，流量11 m3/min，風(fēng)壓0.75 MPa；1臺(tái)反洗泵。

3.3 中壓、高壓濃鹽水回收裝置

中壓濃鹽水回收裝置和后續(xù)的高壓濃鹽水回收裝置是本系統(tǒng)的核心單元，擬采用高濃度鹽水膜組合再濃縮SuperMCTM工藝，處理高含鹽、高污染傾向來(lái)水。本單元通過(guò)中壓濃鹽水回收裝置可設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)來(lái)水減量的目標(biāo)：再濃縮倍數(shù)為5倍(即回收率80%)，中壓濃鹽水回收裝置的濃水進(jìn)入高壓濃鹽水回收裝置，再行濃縮4倍(即回收率75%)，最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總回收率95%的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)上述濃縮過(guò)程的關(guān)鍵是使用特種分離濃縮膜元件，其可以承受的運(yùn)行條件為：

(1) 膜片采用改性材質(zhì)，可以承受更高的運(yùn)行壓力，最高可達(dá)6.9 MPa；

(2) 膜通道經(jīng)過(guò)加寬后可以承受更高的進(jìn)水COD，最高可達(dá)800×10-6(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；

(3) 可以承受更高的含鹽量，進(jìn)水含鹽量可達(dá)到(5 000～6 000)×10-6(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。濃水側(cè)含鹽量最高可達(dá)50 000×10-6，這意味著最大回收率可達(dá)到90%以上。

3.3.1 中壓濃鹽水回收裝置

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中壓濃鹽水回收裝置主要技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)出力48 m3/h，回收率≥80%，系統(tǒng)脫鹽率90%，濃水排放量 12 m3/h，最大進(jìn)水壓力4.1 MPa，膜型號(hào)GTR3- 8040F- 65，單支膜面積25 m2，膜通量設(shè)計(jì)范圍10～20 L/(m2·h)，膜通量(實(shí)際設(shè)計(jì)量)15.36 L/(m2·h)，單套膜元件數(shù)量125支，排列比15∶10，壓力容器數(shù)量為25支。壓力容器壓力等級(jí)450 psi(1 psi=6.895 kPa，下同)，設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度20～30 ℃，預(yù)計(jì)膜壽命>3年。

3.3.2 高壓濃鹽水回收裝置

通過(guò)中壓濃鹽水回收裝置后，仍有12 m3/h的濃水需進(jìn)一步濃縮處理，這部分濃水經(jīng)過(guò)前級(jí)濃縮后含鹽量(10 000～12 000)×10-6、CODCr為200～250 mg/L，完全可滿足高壓濃鹽水回收裝置的進(jìn)水要求。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)高壓濃鹽水回收裝置1套，裝置主要技術(shù)參數(shù)：設(shè)計(jì)出力9 m3/h，回收率≥75%，脫鹽率92%，最終濃水排放量3 m3/h，最大進(jìn)水壓力6.9 MPa，膜型號(hào)GTR4- 8040F- 80，單支膜面積19.4 m2，膜通量設(shè)計(jì)范圍8～15 L/(m2·h)，單套膜元件數(shù)量為50支。膜通量(實(shí)際設(shè)計(jì)量)9.27 L/(m2·h)，排列比6∶4，壓力容器數(shù)量為10支，設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度20～30 ℃，壓力容器壓力等級(jí)800 psi，預(yù)計(jì)膜壽命>3年。

3.4 濃差極化控制單元

在高含鹽的進(jìn)水條件下，尤其是高壓濃鹽水回收裝置，濃水側(cè)電導(dǎo)率高達(dá)50 000 μS/cm。為了防止膜系統(tǒng)出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象，需在膜濃縮回收裝置設(shè)置濃差極化控制措施，以避免濃差極化對(duì)膜的破壞。

4 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

4.1 進(jìn)水水質(zhì)對(duì)比

進(jìn)水水質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 進(jìn)水水質(zhì)對(duì)比

從進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比可看出，電導(dǎo)率、總硬度等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比投標(biāo)文件和技術(shù)協(xié)議要高很多。

4.2 設(shè)計(jì)要求對(duì)比

設(shè)計(jì)要求對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 設(shè)計(jì)要求對(duì)比

4.3 藥品配置濃度

混凝劑：聚合氯化氯(PAC)，配制濃度10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；

助凝劑：聚丙烯酰胺(PAM)，配制濃度0.1%；

氫氧化鈉：配制濃度30%；

碳酸鈉：配制濃度10%；

鹽酸：配制濃度30%；

阻垢劑：GT- 004，配制濃度10%；

還原劑：亞硫酸氫鈉，配制濃度10%；

殺菌劑：GT- 883，配制濃度10%。

4.4 運(yùn)行成本

噸水藥劑費(fèi)用和運(yùn)行成本分別見(jiàn)表4和表5。

表4 噸水藥劑費(fèi)用

表5 噸水運(yùn)行成本

由表4和表5可以看出，噸水總運(yùn)行成本僅6.36元，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 存在的主要問(wèn)題及采取的措施

(1) 由于本系統(tǒng)是濃鹽水，為防止設(shè)備腐蝕，采用了塑料材質(zhì)的保安濾器，結(jié)果漏點(diǎn)較多。現(xiàn)在已更換為鋼襯塑的保安濾器。

(2) 高壓濃縮裝置增壓泵為離心泵，由于泵流量太小，導(dǎo)致吸程不夠。現(xiàn)已更換為自吸泵。

(3) 原浸沒(méi)式微孔過(guò)濾器產(chǎn)水和反洗共用1臺(tái)泵，由于是地下水池，切換時(shí)管道中存氣，導(dǎo)致浸沒(méi)式微孔過(guò)濾器反洗不徹底?，F(xiàn)將產(chǎn)水泵和反洗泵分開設(shè)置，分別單獨(dú)運(yùn)行。

(4) 碳酸鈉配藥位置偏高，且溶藥箱較小，配藥比較費(fèi)力?，F(xiàn)已改為半地下大的溶藥箱，配藥問(wèn)題得以解決。

6 結(jié)語(yǔ)

金山化工公司廢水零排放項(xiàng)目經(jīng)過(guò)1年多的運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行基本趨于穩(wěn)定，雖然在運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)幾個(gè)小問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)改造后都已消除，各項(xiàng)指標(biāo)基本符合設(shè)計(jì)要求。

原設(shè)計(jì)進(jìn)水電導(dǎo)率為3 000 μS/cm，實(shí)際運(yùn)行已高達(dá)9 000～14 000 μS/cm，但最終濃排水量仍可維持在3 m3/h左右。

在冬季溫度較低的情況下，設(shè)備出力仍可滿足生產(chǎn)需要，為了實(shí)現(xiàn)用電成本的降低，可以只在夜間運(yùn)行。

中、高壓反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水脫鹽率達(dá)到90%以上，完全可回用于生產(chǎn)。噸水總運(yùn)行成本只有6.36元，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

最后的濃鹽水電導(dǎo)率達(dá)到90 000 μS/cm以上，可用于拌煤和煤場(chǎng)噴灑，真正實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的零排放，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。

2015- 03- 19)