城市污水再生水回用技术在铜冶炼厂的应用*

李伟达，周前军，金生龙

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

1 引言

我国人均水资源占有量低，时空分布不均，水资源短缺现象严重［1］，北方地区尤为匮乏，个别城市甚至出现过旱季时无法保障居民用水的情况。而工业生产又是城市用水大户，水资源的供需矛盾严重影响当地的经济发展。城市污水再生水由于其来源的稳定性和可靠性，成为可利用水源之一［2］，是代替地表水及地下水用于工业生产、缓解城市水荒，保持工业可持续发展的有效措施。

为了充分利用水资源，某企业40万t/年铜冶炼项目经论证后决定采用城市污水再生水作为生产水源。

2 城市污水再生水水质

通过多次不同时间对污水处理厂的污水再生水进行采样分析，水质指标基本满足《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T 19923-2005）,如表 1所示。但要作为铜冶炼企业工业用水，需要进行深度处理，进一步降低水中的悬浮物（SS）、色度、氯离子、硬度、盐份、CODCr、BOD5等指标，以使其水质指标满足用水要求。

表1 某城市污水再生水水质指标

用水量及水质要求：通过对40万t/年铜冶炼项目的用水量分析，用水点主要有锅炉补水、硫酸净化、干吸、脱硫补水、电解补水、熔吹炼空冷补水、干吸最终酸空冷补水、净化循环水补水、制氧动力发电循环水补水、圆盘浇铸循环水补水、渣缓冷用水等。对各用水点水量分析统计，生产水需要量13100m3/d，其中含软化水2976m3/d，除盐水3864m3/d。

3 城市污水再生水的处理

通过对各种再生水深度处理工艺的比较，确定采用成熟可靠的双膜法工艺［3］（超滤+反渗透）。为保障超滤、反渗透的平稳运行，减少膜的清洗频次，延长膜的使用寿命，减少膜清洗废水的排放量，通常再生水进超滤前需进行预处理［4］。本项目主工艺拟定：预处理+超滤+反渗透。

3.1 预处理

预处理的目的是通过简捷的物化手段，达到稳定的再生水降硬、净化目的，为后续超滤、反渗透提供安全、稳定、合格的水质。

再生水通过进水泵提升进入到一级降硬反应池，在反应池内投加石灰乳，调节pH值在11以上，降低水中硬度，然后进入到二级降硬反应池，投加碳酸钠进一步降低再生水硬度，再进入到斜板池沉淀分离，上清液进入到中间水箱，底流去压滤机压滤。中间水箱出来的水经调pH值后送到多介质过滤器过滤。预处理工艺如图1。

图1 再生水预处理工艺

3.2 超滤

超滤系统作为反渗透工艺的预处理保证措施，采用浸没式超滤膜［5］。利用外压式中空纤维超滤膜，通过抽负压的作用将原水中的微生物和胶体等截留［6］，实现过滤，滤后的产水由中空纤维的内腔汇集至产水总管输送至产水池。运行一段时间后通过低压气水双洗+反冲洗等反洗工艺和维护清洗工艺来维持系统的运行流量。超滤系统工艺如图2。

图2 超滤系统工艺

3.3 反渗透

根据不同的水质要求，反渗透设置两级，一级反渗透产水作为软水供厂区使用，如熔吹炼空冷补水、干吸最终酸空冷补水等；一级反渗透是再生水深度处理工程的核心处理单元，它主要脱除水中的胶体、SS和大部分可溶性盐分［6］。二级反渗透产水作为除盐水，供中压余热锅炉补水、硫酸干吸、脱硫补水等。

为节约水资源，提高整个系统的水回收率，将一级反渗透单元产生的浓水通过浓水反渗透单元进一步回收利用。

反渗透系统的工艺流程如图3。

图3 反渗透系统工艺

3.4 最大进水、产水、排水量

本项目超滤、反渗透运行最大进水、产水、排水量见表2。

表2 最大进水、产水、排水量

4 主要设备选型

4.1 预处理系统

预处理系统由反应池、加药系统、搅拌装置、斜板沉淀池、水池、压滤机、阀门仪表、电控系统等构成。预处理系统分两个系列，主要设备选型见表3。

表3 预处理系统主要设备表

4.2 超滤系统

超滤系统由配水渠、膜池、超滤膜组件、擦洗鼓风单元、透过液泵单元、反冲洗泵单元、清洗系统、真空水射器、压缩空气单元、反洗池、清洗/中和水池、反冲洗排放废液池、缓冲池、加药系统、阀门仪表、电控系统等构成。设计5列超滤膜池，膜通量29.55L/(m2·h)，每列正常产水140m3/h，四用一备，平均产水量560m3/h。主要设备选型见表4。

表4 超滤系统主要设备表

4.3 反渗透系统

反渗透系统主要由保安过滤器、反渗透高压泵、膜组件及配套阀门、仪表、加药装置等组成。反渗透膜组件采用世界上先进的抗污染膜，一级反渗透设计膜通量16.8L/(m2·h)，单列反渗透配置144支膜元件，采用16：8一级二段式排列，每列正常产水90m3/h，回收率65%；系统设置4列并联反渗透膜组，共配置432支反渗透膜元件，4列同时运行，产水量360m3/h。二级反渗透设计膜通量22.5L/(m2·h)，单列反渗透配置90支膜元件，采用一级二段式排列，每列正常产水75m3/h，回收率85%；系统设置4列并联反渗透膜组，共配置360支反渗透膜元件，3列同时运行，一列备用，产水量225m3/h。浓水反渗透设计膜通量11.4L/(m2·h)，单列反渗透配置126支膜元件，采用14：7一级二段式排列，每列正常产水54m3/h，回收率55%；系统设置2列并联反渗透膜组，共配置252支反渗透膜元件，2列同时运行，产水量108m3/h。主要设备选型见表5。

表5 超滤系统主要设备表

5 成本核算

本项目当地政府给予工业园区优惠政策，暂不收取城市污水再生水水费。对电费、药剂费、膜与材料费、维修费、工资及福利等费用进行了核算，从污水再生水至一级反渗透出水吨水生产成本见表6，从一级反渗透至二级反渗透吨水生产成本见表7。

表6 一级反渗透系统吨水生产成本

表7 二级反渗透系统吨水生产成本

从表6、表7中可知，从城市污水再生水至一级反渗透产水的成本为6.19元/t，从城市污水再生水至二级反渗透产水（二级回收率85%）的成本为 8.2 元 /t。

采用项目所在地工业水作为生产水源，采用预处理+二级反渗透工艺，根据已有类似企业核算的吨水的成本见表8。

表8 工业水生产二级反渗透水成本

从表7、表8可以看出，当项目所在地城市污水再生水水费为零时，生产二级反渗透水的成本为8.2元；而当地工业水水费为5元，生产二级反渗透水的成本为10.52元；本项目工业水和城市污水再生水水费价差较大，采用城市污水再生水从成本上来说优势明显。

6 结论

本项目工艺流程简短、出水水质稳定，满足锅炉给水的水质指标要求。采用城市污水再生水代替地表水及地下水，不仅能够保障企业用水来源，节约了地下水及地表水资源，还能适应国家水资源政策的要求，有利于企业控制用水成本，保障企业正常生产，提高企业经济效益。