煤化工回用水处理

鄂尔多斯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，鄂尔多斯某煤化工厂采用匀质池+高效澄清器+多介质过滤器+超滤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。

有效的预处理+超滤（UF）+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〔1, 2, 3, 4〕，其在回用水处理的工程设计中得到了一定的应用。

1 设计规模及进出水水质
鄂尔多斯某煤化工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》（GB 8978— 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160 m3/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》（GB 50335—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，对超滤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+超滤及反渗透的组合工艺。

2 工艺流程及主要设计参数
 
2.1 工艺流程
本回用水处理装置主要工艺流程见图 1。

图 1 回用水处理装置工艺流程

2.2 主要设计构筑物及设备参数
 
2.2.1 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37.9 m×7.6 m×3.5 m。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160 m3/h；配套设置2台潜水搅拌机，功率为3 kW。

2.2.2 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160 m3/h，设计出水SS≤20 mg/L，设计尺寸为D 6 000 mm×7 000 mm。

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0～3 t/h；絮凝剂加药装置，机械隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～120 L/h；混凝剂加药装置，机械隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～44 L/h。

2.2.3 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80 m3/h，设计滤速为10 m/h，采用气水反冲洗。多介质过滤器设计尺寸为D 3 200 mm×4 200 mm。

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

超滤系统设计回收率为90%，设计产水水质：SDI≤3，浊度≤0.5 NTU。装置净产水量为144 m3/h，采用DOW公司生产的SFP2860 DOWTM UF膜组件（外压式中空纤维膜），单只膜面积为51 m2，共60支。

超滤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150 m3/（h·套），滤芯过滤精度为5 μm。

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0～1 600 L/h；加酸装置，电磁驱动隔膜泵2台，1用1备，单台流量为0～550 L/h；加碱装置，电磁驱动隔膜泵2台， 1用1备，单台流量为0～240 L/h。

2.2.5 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5 μm，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≤10 m3/（m2·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=150 m3/h，P=1.4 MPa。

反渗透装置设计产水量为108 m3/h，回收率为75%。1 a内设计脱盐率≥98%，3 a内设计脱盐率≥97%。反渗透膜采用美国DOW公司生产的BW30-400/34 I-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18 LMH，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0～15.1 L/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0～7.6 L/h。

2.2.6 自控系统设置
（1）超滤系统。正常操作情况下，超滤装置需要每20~60 min 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1 min，也就是说需要在1 min内进行约40次的不同阀门开、关操作； 而超滤装置的常规化学加强反洗（CEB）需要至少24 h 1次，这在人工运行时很难保证，所以超滤装置的启动、运行、气擦洗、反洗、正洗、停机等过程均由PLC实现自动控制。

超滤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超滤的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上操作相关的水泵和自动阀门。

（2）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。

3 运行效果
本回用水处理装置已经建成运行近1 a，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》（GB 50335—2002）中再生水用作循环冷却系统补充水的水质标准。

4 成本分析
人工费：定员按4人考虑，工资为5 000元/（月·人），人工费为667元/d；电费：本装置平均耗电量为 5 440 kW·h/d，电价以0.75元/（kW·h）计，电费为 4 080元/d；药剂费：药剂费以1 500元/d计；损耗费：石英砂滤料以200元/d计（按0.5 a 的使用寿命），超滤和反渗透膜以1 610元/d计（按3 a 的使用寿命）。合计平均处理成本为2.10元/m3。鄂尔多斯工业水价为7.95元/ m3，本装置的经济效益非常明显。.

5 小结
鄂尔多斯某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+超滤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。