锅炉排污水的高品质回收工艺研究

王曦

中石化广元天然气净化有限公司 （四川广元 628415）

某化工厂地处西南地区水源保护区域，因此厂区用水、排水均受到严格管控。根据环保要求，厂区排污水要符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级A 类排放要求。该化工厂区有4 台热水锅炉和2 台动力锅炉，为了防止在锅炉中产生钙垢和腐蚀，在锅炉给水中加入磷酸盐，以保证锅炉给水进入炉内的残余Ca2+不会直接形成水垢，而是与磷酸盐生成水渣，并通过锅炉排污系统予以排除。这种向锅炉给水中投加磷酸盐的处理方法称为锅炉给水的磷酸盐处理。为了保证锅炉系统运行稳定且水质指标在规定范围内，锅炉排污系统采用连排或定排方式，将部分含盐量高的锅炉水从锅筒中排出。厂区4 台热水锅炉和2 台动力锅炉合计排污水量约为40 m3/h。排污水中磷酸盐质量浓度为5～15 mg/L，达不到一级A 类排放对总磷指标的要求［排污水中总磷质量浓度小于0.5 mg/L（以P 计）］。为了减轻厂区的环保压力，同时达到节水减排的目的，结合锅炉排污水的水质特点，开发并设计了本套反渗透+化学沉淀组合工艺技术。

1 工艺设计

1.1 原水水质水量

锅炉排污水回收处理装置设置两套，单套设计处理水量为30 m3/h，合计处理水量60 m3/h，锅炉排污水水质及工艺设计出水水质要求见表1。

表1 排污水质及工艺出水要求

1.2 工艺流程

锅炉排污水经水冷换热器降温，温度从80～90℃降至25～35 ℃，然后进入储水箱，通过原水泵输送至双滤料多介质过滤器进行深层过滤，去除可能存在的铁氧化物、悬浮物等；过滤出水经过保安（精密）过滤器，进一步去除微小颗粒、胶体、金属氧化物等杂质，然后通过高压给水泵输送至反渗透膜系统，去除磷酸盐及其他残余离子；产水侧得到高品质的淡水，其作为一级除盐水通过独立出水管道进入除盐水箱，后续作为混床给水使用。反渗透浓水通过独立管道进入絮凝沉降池，在沉降池入口加入絮凝剂，进行化学混凝（絮凝）沉降处理。上清液高度净化后，出水作为反渗透装置给水回到储水箱；底泥排放至废泥池，由污泥泵抽出后风干，外运处置。

反渗透系统在长周期连续运行过程中，可能析出如磷酸盐类的结垢物质，并在膜表面沉积，造成反渗透膜损坏，并导致膜系统出水品质下降。在反渗透给水系统增加阻垢剂加药系统，通过计量泵在给水中连续加注低剂量阻垢剂，以保持膜系统运行稳定。

另外，两套反渗透装置设置一套清洗装置，通过定期投加化学清洗剂对工艺装置进行在线或离线清洗，以清除膜系统运行过程中形成的污垢，恢复膜元件的性能，达到恢复膜通量、延长膜元件使用寿命的目的。

反渗透膜+化学沉淀组合工艺技术属于物化过程，处理流程如图1 所示。

图1 反渗透+化学沉淀组合工艺流程

1.3 工艺流程说明

1.3.1 多介质过滤器

多介质过滤器包括筒体、反洗气管、布水组件、支撑组件、滤料、排气阀以及配套的管线和阀门等。多介质过滤器的滤料由无烟煤与石英砂组成（双层），过滤精度达到0.8～1.0 mm，可去除锅炉排污水中的铁氧化物、悬浮物、胶体颗粒等，使出水浊度小于3.0 NTU。

1.3.2 保安过滤器

保安过滤器由微孔薄膜滤芯和不锈钢外壳及必要的不锈钢管道、阀门组成。折叠式筒式微孔膜滤芯与过滤器外壳的密封方式为插入式，膜材质为聚丙烯（PP），操作压力不大于0.3 MPa。在反渗透膜装置前设置保安（精密）过滤器，目的是满足反渗透膜组进水要求。保安（精密）过滤器可滤除进水中0.1 μm及以上的细小微粒,使出水浊度小于0.2 NTU，确保膜系统进水水质。

1.3.3 高压泵

高压泵是反渗透膜系统的关键运行设备，通过高压给水泵形成非常大的压力使给水克服渗透压穿过反渗透膜，同时给反渗透膜系统输送一定流量和压力的水源，保证反渗透系统的顺利运转。高压泵选用立式、单吸离心泵，材质为316 L 不锈钢。

高压泵进水口设置低压开关保护，当进水压力低于设定值（0.05 MPa）时，停止高压泵，以免高压泵、膜组件受损。

1.3.4 反渗透膜组

反渗透膜组由膜元件、压力容器、仪表、管道、阀门、控制箱、仪表箱、电气控制系统、膜堆、膜架等组成，采用一级两段式排列。膜元件采用低压复合膜BW30-40，标准状态下，单只膜脱盐率达99.5%，可脱除排污水中磷酸盐为主的离子。高品质的除盐水克服渗透压进入产水侧，而磷酸盐在浓水侧富集，进入后续絮凝沉降处理过程。反渗透过程为物理过程，不需要加热，没有相的变化，具有设备体积小、操作简单、适应性强、能耗较低等优点。反渗透系统中淡水、浓水检测用到的电导率测定仪、流量仪、pH 计、氧化还原电位表等均采用国产产品。

1.3.5 絮凝沉降池

两套反渗透系统浓水进入共同的絮凝沉降池（采用穿孔旋流絮凝池工艺）。絮凝沉降池由两个接近正方形的竖井组成，竖井之间由过水孔洞连接。过水孔洞对角交错布置，水流通过过水孔洞时会产生射流作用，在竖井内沿池壁形成旋流，从而促进絮凝沉降效果。在絮凝沉降池投加pH 调节剂和絮凝剂（聚铝、聚铁），通过强力混合、反应、絮凝、澄清、分离等把高浓度的磷酸盐从浓水中分离出来，得到浊度极低的软化水（出水浊度小于3 NTU）。污水残余总磷质量浓度小于0.5 mg/L，可作为锅炉原水水源进入原水箱。

工艺流程如图2 所示。

图2 高磷浓水絮凝沉降处理工艺流程

1.3.6 反渗透清洗装置

2 套反渗透装置合用一套化学清洗装置。化学清洗装置的功能为：当反渗透装置流量减少10%或压降升高15%时，对反渗透膜系统进行在线化学清洗，以恢复膜元件的性能，延长膜的使用寿命。化学清洗系统由1 台清洗水箱、1 台反渗透化学清洗泵和1 台5 μm 保安过滤器以及配套的管道、阀门组成。清洗系统管路可分别连接2 套反渗透装置，便于对反渗透装置进行化学清洗。化学清洗箱装有电加热器、温度计和液位计，采用碳钢内喷涂聚丙烯胶。化学清洗给水采用反渗透产水。

1.3.7 加药系统

设置一套阻垢剂加药装置，用于防止磷酸盐等在反渗透膜的浓水侧结垢，并防止胶体物质在反渗透膜的浓水侧沉积。采用计量泵连续投加阻垢剂。

阻垢剂加药装置主要包括阻垢剂溶液箱、阻垢剂计量泵。阻垢剂溶液箱上设电动不锈钢搅拌器。加药管道、阀门均采用硬聚氯乙烯（UPVC）材质，溶液箱采用SS304 不锈钢材质。

2 运行效果

工艺系统自2019 年10 月开始调试，连续稳定运行至今已经超过3 年，2 套装置近期（2023 年2月）产水水质指标月平均值如表2 所示。

表2 反渗透系统产水水质指标月平均值（2023 年2 月）

该组合工艺强调对磷酸盐的去除，根据表2 可知，出水水质达到一级除盐水水质要求。产水进入除盐水箱作为混床进水，装置的产水回收率稳定达到85%及以上，磷酸盐去除率在98%以上，浓水水量大幅减少。在浓水进入絮凝沉降池后，采用化学絮凝沉淀方法，投加少量混凝剂-絮凝剂或化学除磷剂完成絮凝沉降，上清液被高度净化，总磷质量浓度小于0.5 mg/L（以P 计），该低浊度软化水回用到锅炉中。

组合工艺运行良好，工艺出水水质稳定，工艺系统清洗频率低，技术成熟，综合管理方便，减少了大量排污水，取得可观的经济效益，在实现了锅炉排污水高品质回收利用的同时，也实现了锅炉排污系统的零排放。

3 结语

反渗透+化学沉淀法组合工艺技术对锅炉排污水中磷酸盐为主的杂质离子的去除取得了优异的效果，出水符合锅炉除盐水或原水的使用要求。该工艺技术不但回收了高品质的除盐水，减少了排污水的排放，减轻了环保压力，也减少了工业一次水的使用，为企业带来了可观的经济、社会和环境效应。

该组合工艺的反渗透、絮凝沉淀等工艺单元技术成熟，并且工艺稳定，整个流程相对简单，设备体积小、占地少、管理方便，值得在类似锅炉排污系统中推广应用。