用水节水工艺探析

盖继明

(辽宁省盘锦水文局，辽宁 盘锦 124000)

1 概 述

辽宁三特石油化工有限公司始建于1996年6月，企业原名为营口三球特种油品有限公司，公司于2005年7月更名为辽宁三特石油化工有限公司。公司坐落于交通便利、环境优美的渤海之滨-营口，是国内专业生产机动车制动液、发动机冷却液、尿素水溶液、内燃机油、齿轮油、润滑脂、工矿用油及特种油品的骨干企业。目前，辽宁三特石油化工有限公司已建成年产3万t柴油发动机氮氧化物还原剂车用尿素水溶液建设项目。为满足日益增长的市场需求，辽宁三特石油化工有限公司拟在企业现有的工业用地上建设年产35万t车用尿素水溶液扩建项目。

2 用水节水工艺和技术分析

2.1 生产工艺分析

用于车辆的尿素溶液也称为环保尿素溶液和汽车废气处理溶液[1]，它是无色透明液体，浓度在31.8%和33.2%之间。用于还原柴油卡车尾气氮氧化合物，降低对环境及空气的污染。汽车每消耗100升柴油，将消耗2-5L车用尿素。当前用于车辆的尿素溶液通常由32.5%的高纯度尿素和67.5%的去离子水组成，其工作原理见图1。

图1 车用尿素工作原理图

超纯水生产过程的流程顺序依次是原水、原水箱、增压泵、沙滤器、活性炭过滤器、阻垢剂加药、5μ精密过滤器、一级高压泵、一级膜处理系统、一级 RO水箱、两级高压泵、两级膜处理系统、两级RO水箱、RO水箱、EDI进水泵、EDI装置、纯水箱、纯水泵及纯水箱[2]。

尿素水溶液生产流程依次为自来水、预处理、一级反渗透、二级反渗透、EDI系统、超纯水储罐、物料储罐、均质系统、初过滤系统、脱色系统、提取、提纯及灌装[3]。

该系统描述为由预混合系统，初始过滤系统，均质系统，脱色系统和纯化系统组成的生产线，该操作模式是目前中国最先进，最成熟的车尿素生产工艺，已进入大规模工业生产阶段[4]。

2.1.1 预混合系统

采用曝气方法和均匀系统用于除去原料液中的一些醛类，同时起到均质作用。

2.1.2 换热系统

调整到过程所需的温度，袋装的颗粒尿素需要加热以使尿素颗粒更易溶。

2.1.3 初过滤及脱色系统

除去尿素中的悬浮物和其他漂浮杂质，以确保后续工序不会受到影响，脱色系统使用高质量的活性炭进行吸附和脱色，去除尿素中的其他有机杂质，并使尿素溶液更清澈[5]。

2.1.4 精滤系统

防止脱色系统中的活性炭颗粒进入后续处理工序，从而影响后续产品的质量。

2.1.5 提纯系统

采用多级净化塔法去除尿素溶液中的各种离子，缩二脲，磷酸盐和其他杂质，以确保产品符合的技术要求。

2.1.6 微滤系统

在生产过程中，拦截管道，储罐，动力设备等可能产生的一些看不见的残留杂质，以确保最终产品的质量稳定可靠。

2.1.7 还原再生系统

纯化塔在生产过程中逐渐失效，还原和再生处理需要达到一定的时间，此过程需要6-8h，还原再生后的再生净化塔完全可以满足原始生产工艺的要求。在每个再生周期中将产生2吨废水，废水中不含其他重金属，主要原因是PH值不符合要求，经过中和调整后，可以达到环保排放标准。

2.1.8 废水处理工艺

其工艺依次为废水收集池、废水PH调节池及处理废水排放池。

2.2 用水工艺分析

生产用水主要包括超纯净水生产用水和车用尿素成品液生产用水。

2.2.1 超纯净水用水

车用尿素溶液严格控制杂质，由于普通自来水含有微量元素，例如无机盐和氯化物，因此不能直接用于配置车辆尿素溶液，在用于制备尿素溶液之前，必须对其进行处理以满足要求，由于自来水再生过程中使用了各种杀菌化学品，因此不容易对其进行清洁处理，因此，使用深层地下水获得处理后符合要求的软水。一般利用纯水生产装置产生的纯水再通过EDI装置进行处理，即可得到生产车用尿素水溶液所需要的纯净水。

2.2.2 车用尿素水溶液用水

车用尿素水溶液主要由预混合系统，热交换系统，一次过滤系统，均质系统，脱色系统，净化系统及再生系统等组成[6]。根据车用尿素水溶液生产工艺分析，车用尿素水溶液生产首先通过纯水设备工序将原水制成超纯净水，再将尿素于超纯净水进行溶解调和、过滤，多级多级提纯法用于去除尿素溶液中的各种离子，比如缩二脲，磷酸盐和其他杂质。经还原再生处理的提纯塔重复使用，达到中国汽车工程学会技术规范标准要求。

2.3 节水技术分析

车用尿素溶液需要严格控制杂质，而普通自来水由于消毒等原因会含有氯化物，难以处理。因此本项目使用地下水，经砂滤、活性炭过滤、二级反渗透制取超纯水，为车用尿素溶液配制用水。采用多级提纯塔方式，对于未通过检查的产品，去除尿素溶液中的各种离子，经还原再生处理的提纯塔重复使用，直至达到生产工艺要求。

本项目所选生产设备均选用国内先进的高效低耗设备，性能先进、生产效率高。根据本项目纯水设备厂家提供的资料，纯水回收率约80%，原水中溶解物质的浓缩倍率为5倍，节水效果显著。家庭用水设施使用节水水龙头和节水马桶等节水设备，并尽量安装自动调控设施。

厂区绿化、消防用水完全利用水处理系统在反冲洗、二级反渗透过程的排水。根据纯水设备排水水质监测结果，排水水质满足《中水回用水质标准》，节水效果较好。

3 用水过程和水量平衡分析

3.1 各用水环节节水分析

根据建设项目生产工艺流程，项目主要用水环节包括生产用水、生活用水、厂区绿化用水、消防用水等。

3.1.1 生产用水

主要为纯水设备反冲洗、反渗透用水。根据项目纯水设备厂家提供资料，纯水回收率约80%，原水中溶解物质的浓缩倍率为5倍。由此计算水处理系统在反冲洗、二级反渗透过程排水量为5.75万m3/a，生产用水量为28.75万m3/a。

3.1.2 生活用水

根据公司人力资源配置计划，现有职工181人，年生产天数300d，生活用水按30L/人·d计算，生活日用水量为5.43m3/d，生活年用水量1629m3/a。

3.1.3 厂区绿化用水

根据企业现状年产3万t尿素水溶液项目纯水设备排水水质监测结果，纯水设备排水水质较好，满足《中水回用水质标准》，可用于厂区绿化用水。厂区绿化面积300m2，绿化用水定额采用4L/m2.d，浇洒天数按180d计，绿化用水量为216m3/a。年产3万t尿素水溶液项目纯水设备排水水质监测结果见表1。

表1 反冲洗、反渗透排水水质监测成果表

3.1.4 消防用水

厂区设置3套消防给水系统，采用地下消防池(长10m×宽10m×深3m)给水方式。消防用水取用纯水设备反冲洗、反渗透排水，按火灾时室内用水量10L/s,室外用水量15 L/s，一次消防时间3h测算，则一次消防用水量约270m3。

项目用水与排水情况见表2。

表2 项目用水与排水状况统计表 m3/a

在上述分项用水中，厂区绿化用水和消防用水取用纯水设备反冲洗、反渗透排水[7]。扩建项目劳动定员在公司劳动定员中调配，不新增人员，扩建项目员工生活用水量为企业现状员工生活用水量。因此扩建项目新增水量全部用于生产用水。

3.2 水量平衡分析

根据扩建项目取用水量、项目建设规模、生产工艺流程、蒸发渗漏损失等，编制的生产过程取用水平衡图见图2。

从项目生产过程取用水情况来看，项目生产用水量为28.75万m3/a。在纯水设备反冲洗、二级反渗透过程中，废水排水量为5.75 m3/a，其中486m3/a用于厂区绿化和消防，剩余废水进入厂区污水收集池、定期运至旗口污水处理厂处理，不外排[8]。

图2 建设项目生产过程取用水平衡图

4 用水水平评价及节水潜力分析

4.1 用水水平指标计算与评价

4.1.1 生产用水指标分析

生产单位产品新水量Vuf

Vuf=Vyf/Q

(1)

式中：Vuf为单位产品用水量，m3/t；Vyf为生产用水量总和，m3；Q为产品总量，t。

即 Vuf=Vyf/Q=287500/350000=0.82(m3/t)

目前《辽宁省行业用水定额》中还没有具体规定车用尿素水溶液的用水定额标准，将建设项目实际用水定额与规定的尿素指标标准进行比较，该建设项目用水定额符合《辽宁省行业用水定额》规定的标准，建设项目生产用水指标合理。见表4。

表4 建设项目生产用水定额比较表

4.1.2 生活用水指标分析

根据建设项目的人力资源配置计划，生产和管理人员配置为181人，年工作300d，生活用水量为5.43m3/d，用水定额30L/人·d。符合《辽宁省行业用水定额》工业企业职工生活用水指标。

4.2 污水处理及回用合理性分析

据项目《环境现状评价报告》及生产工艺流程，项目生产、生活用水每年产生的废水量为57828.5m3/a。其中486m3/a废水用于厂区绿化和消防，剩余废水通过厂区排水管线进入污水收集池，定期运至旗口镇污水处理厂处理。

4.3 节水潜力分析

本项目所选生产设备均选用国内先进的高效低耗设备，性能先进、生产效率高[9]。根据本项目纯水设备厂家提供的资料，纯水回收率约80%，原水中溶解物质的浓缩倍率为5倍，节水效果显著。

5 结 语

根据以上建设项目的生产取用水平衡分析，本项目现状生产用水60871 m3/a，扩建项目生产用水287500m3/a，生产总用水量为348371m3/a。厂区绿化、消防用水为纯水设备反冲洗、反渗透排水，用水量为486m3/a。 生活用水主要为职工生产期间生活用水。根据建设项目的人力资源配置计划，现有职工181人，年生产天数300d，生活用水按30L/人.d计算，生活日用水量为5.43m3/d，生活年用水量1629m3/a。建设项目核定后的全年取用水量为350000m3/a。日取用水量为1166m3/d。