离心母液水处理与PVC颗粒回收工艺

李伟刚，魏家福，靖志国

（新疆天业（集团）天能化工有限公司，新疆石河子832000）

新疆天业（集团）有限公司（以下简称天业）目前拥有120万t/a PVC的生产规模，VCM悬浮聚合生产1 t PVC需消耗去离子水约3.5 t。采取有效措施回收处理去离子水并加以循环利用，不仅节能降耗，节约成本，更是节约水资源，保护生态环境，实现可持续发展的必然趋势。该公司在国内首家采用了斜板式沉淀槽和气动连续式砂滤器去除离心母液水中PVC颗粒的工艺，不仅成功实现了VCM悬浮聚合生产废水的处理与回收利用，并且方便、高效地回收了母液水中夹带的PVC颗粒。

1 VCM聚合生产排水的来源与水质

VCM聚合生产排水主要集中在干燥工段，排水来源分为2部分，即PVC离心母液水和引风机出口的洗涤水。离心母液水包括了各类助剂的配制用水、聚合反应用水、管道冲洗水及机封冷却水等，经干燥离心机分离排出，水量较大；洗涤水是用于回收干燥引风机出口细小PVC颗粒的洗涤塔喷淋水，水量较小。

离心母液水主要含有少量PVC颗粒及聚合反应后残留的各种助剂，如作为分散剂的PVA和终止剂中的双酚A等，而硬度和氯根含量则较低。其水质情况见表1。

表1 离心母液水的水质mg/L

洗涤水的水量不大，但在收集了引风机出口的细小PVC颗粒后，悬浮物含量较高，达到500～600mg/L，其水质指标与深井水相同。

离心母液水与洗涤水最终汇合排出 （后面统称为离心母液水），悬浮物含量为300～450 mg/L。

2 水处理工艺选择及运行时出现的问题

2.1 工艺选择

根据离心母液水的水质，该公司选择了传统的物理处理与生化处理相结合的水处理工艺，即通过沉降的方法除去水中的PVC颗粒等悬浮物，再对水中各类助剂产生的COD进行生化处理。

2.2 工艺流程和原理

该公司水处理工艺流程示意图如图1所示。

由干燥装置排出的离心母液水通过沉淀池沉降分离PVC颗粒，澄清液由泵输送至生化处理装置。离心母液水温度最高可达到75℃，不适合微生物的生存，需经冷却塔降温后再进入生化处理单元。温度适合的离心母液水先进入水解酸化池中，由厌氧或兼性厌氧微生物通过水解、发酵和产酸三个阶段，将好氧微生物难降解的大分子有机物转化为易降解的小分子有机物，提高了废水的可生化性能，为好氧微生物的进一步处理提供了有利条件[1]。经厌氧处理后的水进入接触氧化池，接触氧化池中设计有曝气装置，使池中水体溶解氧维持在2 mg/L以上，有利于好氧微生物的生存与繁殖。离心母液水中绝大部分有机物会在好氧微生物的作用下氧化分解，再经后续沉淀池的加药絮凝沉淀，除去水中的悬浮物，最终经砂滤罐过滤进入中水池，中水池中的水作为循环冷却水输送到用水单位。

2.3 运行中出现的问题

该水处理装置在投入试运行3个月后，经验收合格达标，处理后水质情况见表2。

表2 处理后的水质情况 mg/L

在装置继续运行到六七个月时，出水的水质开始恶化，悬浮物含量和COD值逐渐上升，甚至超标。经检查发现，生化处理池中沉积了大量的PVC颗粒，使水解酸化池与接触氧化池有效容积减少，污水在池中的停留和处理时间缩短，最终导致各项指标超标。

通过对水样检测分析，生化处理池中PVC颗粒的粒径基本都在15 μm以下，在分散剂等助剂的作用下，表面黏度高，粒径如此小的PVC颗粒很难用沉淀的方法从离心母液水中分离出来，而在进入生化处理池后，由于池中填料和活性污泥等物质的存在，使PVC颗粒被吸附滞留下来。为保证生化处理装置的正常运行，根据母液水处理装置出现的问题及分析结果采取措施，在生化处理装置前将PVC颗粒截留。

3 解决问题

3.1 机械过滤截留PVC颗粒

在沉淀池与冷却塔之间增加过滤器，用于去除未沉淀的PVC颗粒。过滤器选择的是带自动反洗功能的高压辅助反洗过滤器，共2台，1开1备，设备规格参数为滤网多层金属烧结网；过滤精度10 μm；过滤流量250 m3/h；反洗水量2 m3/h；反洗泵功率0.75 kW。

在运行一段时间后，由于母液水中残留的分散剂等助剂在母液水中形成一些黏稠的胶状物，堵塞滤网的微孔，自动反洗根本无法清除，必须拆开过滤器进行人工清除[2]。夏季环境温度高时，清理过滤器的周期为15～20天，在冬季，由于胶状物越来越多，两三天就需清理1次过滤器，并且在清理时，易造成内部滤网的损坏，根本无法正常运行，最终只能废弃不用。

3.2 新工艺对PVC颗粒的截留和回收

新疆天业集团在国内首次采用了斜板沉淀槽和气动连续式砂滤器对离心母液水中PVC颗粒进行回收处理的新工艺，工艺流程简图见图2。

离心母液水和洗涤水进入斜板沉淀槽，该槽的最大处理量为250 m3/h，最大SS负荷为1 000×10-6。沉淀的PVC颗粒自槽底部排出并进行收集。经斜板沉淀槽沉降后，上层澄清液依靠重力自流进入5台并联的气动连续式砂滤器，每台砂滤器处理量为50 m3/h。过滤液由砂滤器底部向上流经砂床过滤，从顶部溢流出。由DCS靠压差控制砂滤器的正常运行及反洗过程，过滤后的清液进入清液池，由泵输送至生化处理装置。此工艺主要的设备是斜板沉淀槽和气动连续式砂滤器。

（1）斜板沉淀槽的设备结构（见图3）。

离心母液水由进口进入斜板沉淀槽，由渠道底部分流至斜板组，水中悬浮物借斜板作用滑落，沉积于槽底。槽底部的刮泥板由刮泥机带动，将底部槽壁上沉淀的PVC颗粒刮到底部排污口排出，用太空包沥干收集。澄清液则由溢流水槽底部的开孔溢出从出水口排出槽外。

重力式沉降一直是废水处理中去除悬浮固体的最佳方法，但是传统的沉降池存在占地面积大、沉淀效果不佳等问题，而斜板沉淀槽利用流速与流量的控制，使得水中固体物因本身重力大于水流拉力而沿着倾斜板快速沉降于槽体底部，有效克服了传统沉降池的缺点，具有占地面积小、沉降时间短及可扩充处理量等特点，比一般沉淀池处理能力高7～10倍，是一种高效的沉淀处理设备。

（2）气动连续式砂滤器设备结构（见图4）。

经斜板沉淀槽沉降后的澄清液依靠位差重力从进水口自流进入气动连续式砂滤器，由分水管进入砂床的底部，进水向上流经砂床过滤，砂床为天然结晶筛选砂，粒径为0.8～1.6 mm。过滤的母液水到达槽顶时，经溢流堰从出水口流出。在过滤的同时，气升泵通过压缩空气将槽底的污砂向上抽至砂滤器上端的洗砂器中，被少量的过滤水逆流冲洗，污砂洗净后落入砂床的上表面，依此循环，污砂则在洗砂器中被洗净，而洗出的悬浮固体随着反洗水从反洗水口排出。由于气升泵和洗砂器的巧妙设计，使气动连续式砂滤器能够在正常运行的同时连续高效地对污砂进行反洗，而不用停机。

在新装置投入运行后，进生化处理装置前的水质得到了明显改善，悬浮物指标由原来经沉淀池后的100～150 mg/L，降至20 mg/L以下，使生化处理装置恢复了正常稳定的运行状态，出水水质达到用水单位的标准要求。

（3）新工艺在运行过程出现了一些总是。夏季运行时，随着温度的升高，在斜板沉淀槽及气动连续式砂滤器的水体中出现了大量的泡沫，严重影响了设备的正常运行，导致出水指标波动较大，进而影响到后续生化处理装置的运行。

通过分析化验发现，这种状况是由于环境温度升高，使水体滋生了大量的微生物所致。根据分析结果，在进斜板沉淀槽前，向离心母液水中连续滴加次氯酸钠溶液，加入浓度为5 mg/L。实验证明，该方法有效解决了由于微生物滋生而产生泡沫的问题，保证了新装置的稳定运行。

4 结语

新疆天业集团使用的去除离心母液水中悬浮物的新工艺全程由DCS控制，自动化程度高，控制系统简单可靠，便于维护；运行时对温度和压力无特殊要求，操作运行粗放，要求条件低；反洗使用处理后的清液，不需额外的水源，整个流程靠重力自流，除斜板沉淀槽刮泥机的电机功率为1.1 kW外，只需提供少量的压缩空气，运行费用很低。

斜板沉淀槽及气动连续式砂滤器工艺的使用，不仅为天业水处理装置的稳定运行及回收利用提供了可靠的前提条件，同时，方便、高效的PVC颗粒回收更是降低了生产成本，取得了显著的经济和社会效益。

［1］史志伟，张宏超，李开明.PVC离心母液回用新工艺.中国氯碱，2011，（8）：21－23.

［2］袁辉志.PVC离心母液处理及回用技术进展.齐鲁石油化工，2008，36（4）：316－319.