煤化工项目生产排水处理工艺及回用

邓清军，段志栋

(山西中煤平朔能源化工有限公司，山西 朔州 036000)

引 言

对于新建的石油化工项目，能源消耗是关键考虑因素。而水作为工厂原料和动力来源，做好其节约和重复利用工作，可以优化降低企业运行成本。项目对用水指标的要求，迫切需要建设水的回收利用装置。为提高水的重复使用率，降低消耗，实现水资源的高效利用，某煤化工项目建设有中水回用装置。由于中水回用装置多路进水，其水质特点是高浊度、高电导率、高化学需氧量(COD)[1]，不能直接作为循环补充水，需经过机械澄清池-多介质过滤器-超滤过程除去悬浮物和有机物，再经反渗透(RO)系统除盐处理制得电导率小于1 000 μS/cm的回用水，水质达到GB/T50335-2002《污水再生利用工程设计规范》[2]表4.2.2要求，才能补入循环水系统，达到中水回用的目的。

1 系统进水水质

某煤化工项目生产排水有循环水装置排水、脱盐水装置排水、污水处理装置产水等生产排水。其中，高污染排水中，COD为60 mg/L～100 mg/L，ρ(氨氮)为10 mg/L～30 mg/L，浊度为15 mg/L～50 mg/L，水量为120 m3/h；低污染排水中COD为40 mg/L～60 mg/L，ρ(氨氮)为10 mg/L～15 mg/L，浊度为15 mg/L～30 mg/L，水量为371 m3/h～446 m3/h。两种生产排水水质见表1所示。

表1 两种生产排水水质

2 生产排水处理回用工艺流程及说明

2.1 工艺流程

某煤化工项目回用水工艺流程见图1。生产排水流入收集池，用收集池水泵提升到机械搅拌澄清池，澄清池进口管投加絮凝剂(硫酸亚铁)提高对悬浮物的沉降效果，投加氧化性杀菌剂(次氯酸钠)杀灭水中微生物，减少其活性，同时，投加Na2CO3和石灰乳减小钙、镁硬度；用泵加压，在多介质过滤器进口总管前投加盐酸，调整pH为6～8的水进入多介质过滤器去除水中的悬浮物及油类；出水经超滤(UF)系统，水中的大分子有机物质被除去，产水进入超滤水箱，经超滤水泵提升进入管道混合器与阻垢剂、还原剂混合，调整水质满足(RO)系统进水要求，出水经5 μm保安过滤器及反渗透高压泵加压至1.0 MPa～1.4 MPa进入(RO)系统。回用水(RO)系统的淡水进入回用水池，经加压后送入循环水系统作为补水；浓水进入浓水池，经多介质过滤器除去水中的悬浮物后进入浓水(RO)装置，处理后得到的淡水进入回用水池，经泵送入循环水系统作为补水，浓缩后的高浓盐水送入高浓盐水处理系统。

图1 回用水工艺流程图

2.2 主要构筑物

1) 生产排水收集池。1座，盖板钢砼结构地下式，尺寸13.3 m×12 m×3.7 m，容积590.52 m3，有效水深3.5 m，有效容积558.6 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)。

2) 机械搅拌澄清池。2座，钢砼结构半地下式，每座尺寸高7.1 m/Φ12.4 m，容积320 m3。

3) 澄清水池。1座，盖板钢砼结构半地下式，尺寸14.3 m×6.65 m×5.3 m，容积504 m3，有效水深5.1 m，有效容积484.98 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)，澄清池提升泵4台(Q=230 m3/h，H=45 m，电机功率45 kW，材质泵壳铸铁、叶轮316)。

4) 超滤水池。1座，盖板钢砼结构半地下式，尺寸14.3 m×7 m×5.3 m，容积530.53 m3，有效水深5.1 m，有效容积510.51 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)。

5) 浓水池。1座，盖板钢砼结构半地下式，尺寸14.3 m×3.65 m×5.3 m，容积276.6 m3，有效水深5.1 m，有效容积266 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)。

6) 高浓盐水池。1座，盖板钢砼结构地下式内部防腐，尺寸13.6 m×5.6 m×5.0 m，容积380.8 m3，有效水深4.9 m，有效容积373.18 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)，浓水提升泵2台(每台Q=100 m3/h，H=35 m，电机功率37 kW，材质：泵壳及叶轮材质316)。

7) 污泥收集池。1座，盖板钢砼结构地下式，尺寸3.5 m×7 m×4.5 m，容积110.25 m3，有效水深4.3 m，有效容积105.35 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)，污泥提升泵2台(每台Q=80 m3/h，H=20 m，电机功率37 kW，材质铸钢)。

8) 污泥浓缩池。1座，钢砼结构半地下式，每座尺寸高7.45 m/Φ8 m，容积374.2 m3，有效水深7.04 m，有效容积353.7 m3。

9) 回用水池。1座，盖板钢砼结构半地下式，尺寸14.3 m×7 m×5.3 m，容积530.53 m3，有效水深5.1 m，有效容积510.51 m3，配套雷达液位计1台(量程0 m～10 m，4 mA～20 mA输出，24 V直流电源，材质316)，回用水泵3台(Q=200 m3/h，H=30 m，电机功率30 kW，材质泵壳铸铁、叶轮材质316)，在线式、4 mA～20 mA输出流量计1台(流量0 m3/h～500 m3/h)。

2.3 主要设备

2.3.1 原水调节单元

中水提升水泵4台(Q=200 m3/h，H=20 m，电机功率30 kW，叶轮材质316)，絮凝剂投加装置(计量泵3台，每台Q=80 L/h，H=1.2 MPa，材质PVC；计量箱2个，每个容积1 000 L，材质PE；搅拌器2台，每台功率0.75 kW,材质304；液位计2套，材质PP)；杀菌剂投加装置(计量泵2台，每台Q=80 L/h，H=1.2 MPa，材质PVC；计量箱1个，容积1 000 L，材质PE；液位计1套，材质PP)；石灰乳投加装置(石灰料仓1个，容积100 m3，螺旋输送机1套，搅拌机1台，材质304，反应罐1个，材质碳钢，溶解罐1个，材质碳钢，螺杆计量泵3台，每台Q=2 000 L/h，H=0.5 MPa，材质304)，监测仪表(浊度仪2台，每台测量范围0 NTU～100 NTU，4 mA～20 mA输出，pH仪2台)，排泥装置(电动闸阀4台，每台PN1.0 MPa，DN200，中线式橡胶衬圈，材质碳钢，手动排泥阀4台，每台PN1.0 MPa，DN300，中线式橡胶衬圈，材质碳钢)。

2.3.2 多介质过滤器单元

中水多介质过滤器10台(Φ3 200 mm，材质碳钢防腐，填料无烟煤Φ0.8 mm/h～Φ1.2 mm/h(高，下同),400 mm，石英砂Φ0.4 mm/h～Φ0.6 mm/h，500 mm；Φ1.0 mm/h～Φ2.0 mm/h，200 mm，Φ2.0 mm/h～Φ4.0 mm/h，100 mm)，pH调节装置1套(材质PVC、H=1.0 MPa、Q=50 L/h计量泵3台，材质PE、V=2 000 L计量箱1个，材质PP、液位计1套)。过滤器配中线式橡胶衬圈气动蝶阀，PN1.0 MPa阀板304(DN200共20台，DN125共20台，DN100共10台，DN80共10台，DN50共10台)。过滤器反洗水泵2台(每台Q=260 m3/h，H=0.3 MPa，电机功率37 kW，叶轮材质316)。

2.3.3 超滤单元

自清洗过滤器4台(精度100 μm，Q=150 m3/h，材质碳钢防腐)，中空外压超滤装置[3]4套(Q=150 m3/h、回收率≥90%，每套配材质316、PN1.0 MPa对夹式气动蝶阀DN200共8台、DN250共12台、DN50共4台)，PP材质在线式4 mA～20 mA输出流量计(0 m3/h～200 m3/h共8台、0 m3/h～40 m3/h共4台、0 m3/h～350 m3/h共1台)，浊度仪1台(测量范围0 NTU～50 NTU)，压力传感器12个(G1/2外螺纹，氟橡胶密封，4 mA～20 mA输出，材质316)，超滤反洗泵2台(每台Q=320 m3/h、H=0.2 MPa、电机功率22 kW、材质泵壳铸铁、叶轮304)，超滤反洗加氯装置((计量泵2台，每台Q=330 L/h，H=0.5 MPa，材质PVC)，超滤CEB清洗装置(次氯酸钠计量箱1个，容积1 000 L、材质PE；次氯酸钠计量泵3台，每台Q=330 L/h、H=0.5 MPa、材质PVC；酸计量箱1个，容积1 000 L、材质PE；酸计量泵3台，每台Q=330 L/h、H=0.5 MPa、材质PVC；碱计量箱1个，容积1 000 L、材质PE；碱计量泵3台，每台Q=330 L/h、H=0.5 MPa、材质PVC，超滤水泵5台每台Q=260 m3/h，H=0.3 MPa，电机功率18.5 kW，叶轮材质316。

2.3.4 反渗透单元

还原剂投加装置1套(H=1.2 MPa、Q=80 L/h、PVC材质计量泵4台，V=1 000 L、PE材质计量箱1个，0.75 kW、转速35 r/min、材质304搅拌器1个)，阻垢剂投加装置1套(H=0.76 MPa、Q=3.8 L/h、PVC材质计量泵6台，V=1 000 L、PE材质计量箱1个)，中水反渗透[3]系统4套(单套，Q=112.5 m3/h，25 ℃，回收率≥75%，膜芯材质芳香聚酰胺、脱盐率≥99.5%，保安过滤器4台、每台Q=150 m3/h、P=0.6 MPa，反渗透高压泵4台、每台Q=150 m3/h，H=1.2 MPa、电机功率75 kW、75 kW变频器4台，段间增压泵4台、每台Q=80 m3/h、H=0.4 MPa、电机功率15 kW)，材质304中线式橡胶衬圈气动蝶阀(DN150、PN1.6 MPa共12台)，220 V常开型压力开关8台(低压开关、小于0.2 MPa开关动作4台，高压开关、大于1.8 MPa开关动作4台)，压力传感器12个(0 MPa～3.0 MPa，G1/2外螺纹，氟橡胶密封，4 mA～20 mA输出，材质316)，ORP表1台(变送器3-8750-1P，电极3-2717)，pH计1台(变送器3-8750-1P，电极3-2716)，温度变送器1台(温度范围0 ℃～50 ℃，材质316)，电导率仪5台(变送器3-8850-1P，1台电极3-2821-1/4台电极3-2819-1)，在线式、4 mA～20 mA输出流量计8台(其中，0 m3/h～150 m3/h共4台，0 m3/h～50 m3/h共4台)，中水反渗透冲洗水泵2台(每台Q=150 m3/h，H=0.3 MPa，电机功率18.5 kW，材质叶轮316)。

2.3.5 浓水反渗透单元

浓水多介质过滤器3台(Φ3 200 mm，材质碳钢防腐，填料无烟煤Φ0.8 mm/h～Φ1.2 mm/h(高，下同)，400 mm；石英砂Φ0.4 mm/h～Φ0.6 mm/h，500 mm、Φ1.0 mm/h～Φ2.0 mm/h，200 mm、Φ2.0 mm/h～Φ4.0 mm/h，100 mm)，过滤器配中线式橡胶衬圈气动蝶阀，PN1.0 MPa阀板304(DN200共6台，DN125共6台，DN100共3台，DN80共3台，DN50共3台)，浓水提升水泵3台(每台Q=100 m3/h，H=0.35 MPa，电机功率15 kW，材质叶轮316)，浓水反渗透系统2套(单套，Q=75 m3/h，25 ℃，回收率≥40%，膜芯材质芳香聚酰胺、脱盐率≥99.5%，保安过滤器2台、每台Q=80 m3/h、P=0.6 MPa，反渗透高压泵4台、每台Q=80 m3/h，H=1.6 MPa、电机功率45 kW、45 kW变频器2台，)，材质304中线式橡胶衬圈气动蝶阀(DN100、PN2.5 MPa共2台)，220 V常开型压力开关8台(低压开关、小于0.2 MPa开关动作4台，高压开关、大于1.8 MPa开关动作4台)，压力传感器4个(0 MPa～3.0 MPa，G1/2外螺纹，氟橡胶密封，4 mA～20 mA输出，材质316)，pH表1台(变送器3-8750-1P，电极3-2716)，电导率仪2台(变送器3-8850-1P，电极3-2821-1)，在线式、4 mA～20 mA输出流量计4台(0 m3/h～100 m3/h共2台、0 m3/h～40 m3/h共2台)。

2.3.6 超滤/反渗透清洗单元

清洗水箱1台(V=8 m3，材质PE)，清洗水泵1台(Q=135 m3/h，H=30 m，电机功率18.5 kW，材质316 L)，清洗过滤器1台(Q=135 m3/h，P=0.6 MPa，材质304)，功率30 kW电加热器1台。

2.3.7 其他单元

仪表压缩空气储罐1台(容积2 m3、材质碳钢)，污泥脱水装置(污泥泵3台、每台Q=80 m3/h，H=80 m，电机功率37 kW，材质316 L)，带式压滤机3台(每台Q=4.5 m3/h～7.5 m3/h，H=1.2 MPa、Q=170 L/h、PVC材质加药计量泵1台，H=1.2 MPa、Q=26 L/h、PVC材质加药计量泵1台)，螺旋输送机2套。

3 运行及调试情况

3.1 装置运行情况

2016年4月，回用水装置水泵电机试运完成。2016年4月至5月，安装完成4套UF装置，2017年6月RO系统膜元件安装完成。2017年7月开始调试，7月22日中水RO-A投运，进水电导率1 900 μS/cm、产水电导率150μS/cm、浓水电导率3 980 μS/cm，进水压力0.67 MPa、段间压力0.45 MPa、浓水压力0.28 MPa、产水量88.1 m3/h、浓水量62.6 m3/h。7月23日，浓水RO-A投运，进水电导率4 000 μS/cm、产水电导率52 μS/cm、浓水电导率8 000 μS/cm，进水压力0.91 MPa、浓水压力0.84 MPa、产水压力0.03 MPa、产水量34 m3/h、浓水量37 m3/h，7月24日高浓盐水池产满水外送。7月31日中水RO-D投运，进水电导率2 853 μS/cm、产水电导率53 μS/cm、浓水电导率6 730 μS/cm，进水压力0.85 MPa、段间压力0.65 MPa、浓水压力0.5 MPa、产水量80 m3/h、浓水量45 m3/h。8月17日浓水反渗透B投运，进水电导率7 000 μS/cm、产水电导率100 μS/cm、浓水电导率9 000 μS/cm，进水压力0.76 MPa、浓水压力0.75 MPa、产水压力0.025 MPa、产水量21 m3/h、浓水量43.1 m3/h。9月上旬中水反渗透B/C投运，中水回用预处理装置投顺控，回用水装置连续运行产水。

3.2 装置调试情况

回用水装置调试到稳定运行，分界点是机械搅拌澄清池工艺调整前后，2017年7月中旬至2018年3月中旬为工艺调整前时间，2018年3月中旬后为工艺调整后时间。工艺调整前进水水量、水质不稳定，机械澄清池投加药剂为聚合氯化铝(PAC)、次氯酸钠，澄清池出水浊度偏高，超滤产水水质差，反渗透污堵速率快、清洗频繁。工艺调整后进水水量、水质较稳定，调整机械澄清池运行工况，投加药剂为熟石灰、次氯酸钠、硫酸亚铁、碳酸钠，澄清池出水浊度正常，超滤产水水质有改善，反渗透污堵速率下降、清洗次数降低。

4 技术经济分析

该项目调试运行稳定后出水满足GB/T50335-2002《污水再生利用工程设计规范》要求，出水回用到循环水补水系统。项目总投资约2 400万元，运行费用主要包括动力消耗(电)、原辅材料消耗(药剂)、人工管理费等。根据对装置稳定性的统计，耗电680 kW·h、平均进水量400 m3/h计算、电费0.6元/ kW计，电费9 792元/d，进水量耗电1.02元/m3；系统投加药剂有盐酸、液碱、硫酸亚铁、次氯酸钠、阻垢剂、还原剂、Na2CO3和石灰乳等，药剂费用4.81元/m3；本装置中控及现场人员共8人，人均月工资4 600元，管理费1 226.7元/d，0.128元/m3。以上3项合计，中水回用装置运行费用5.958元/m3(设备折旧、维修、更换费用未计入)。

5 存在的问题

中水回用装置进水水质复杂，且水质波动较大，预处理装置处理效果不好，碳酸钠未设计加药装置，熟石灰投加不能自动运行。超滤和反渗透膜系统膜污堵快，清洗频繁。现场操作人员操作经验少。反渗透部分阀门为手动阀，不能自动运行，系统总回收率低，系统进水收集池容积小缓冲能力弱。浓水反渗透前未设计硬度和COD去除装置等。

6 结论

该煤化工中水回用水装置，经过1年多运行，生产排水经“机械澄清池+多介质过滤器+超滤+反渗透”工艺处理，水质达到GB/T50335-2002《污水再生利用工程设计规范》表4.2.2要求。DCS系统操作方便，装置运行平稳。通过对设计工艺装置的调整，优化操作及运行数据确定，该回用水装置产水水质稳定，能够连续运行。对其他煤化工项目及火力发电回用水装置有借鉴意义。由于原设计未考虑污水处理系统高COD、高氨氮来水，现场实际还需对工艺处理单元、操作控制等进行完善优化。