焦化企业供水处理系统和中水回用系统工艺设计

2023-10-11杨成立李娟娟杨思睿赵仲鹤武晓晖李秀丽

山西化工 2023年9期

杨成立，李娟娟，杨思睿，赵仲鹤，武晓晖，刘旭，李秀丽

（1.山西大地生态环境技术研究院有限公司，山西太原 030002；2.中央财经大学，北京 100098）

0 引言

中国经济的高速发展和工业化的大幅推进，对水资源的需求量越来越大，国内本就不足的水资源更显紧张。为缓解国内水资源的紧缺局面，国家提出了节约用水、废水资源化与回用、水资源的合理利用与保护三条应对措施。2010 年工业和信息化部印发的《关于进一步加强工业节水工作的意见》（工信部节〔2010〕218 号）中指出，要积极推进企业水资源循环利用和工业废水处理回用。中水回用作为减污节源的重要手段，不仅可以实现污水资源化，还可有效减少排污总量，降低对周围环境的影响，具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。

随着工业生产对水质要求的不断提高，富含钙镁离子的硬水越来越不能满足工业用水的需求。且硬水在工业上会造成极大的危害甚至危险，例如造成工业锅炉积垢传热不良浪费能源，也容易造成系统运行故障，甚至因传热不匀可能引起爆炸[1]。所以，工业用水的处理越来越受到人们的重视。

本项目拟对生产用水进行软化处理，对压滤机滤液、超滤反洗水、反渗透浓水以及焦化循环排污水进行回用处理。从供水处理系统和中水回用系统对焦化企业水质处理工艺进行设计，本研究保障生产用水达到生产工艺及设备用水要求，生产废水达到回用标准。本项目的实施能够实现生产用水水质的优化，满足企业用水要求，减轻差水对生产设备的损害，同时提高产品质量，降低废水回用处理成本，对于焦化企业持续清洁生产和提高产品竞争力具有重要意义。

1 水质概况及出水处理要求

1.1 生产用水水质概况及水处理要求

某焦化企业焦炭产能为500 万t/a，乙二醇产量60 万t/a、LNG 产量30 万t/a。生产用水主要来源于文裕河及文峪河水库，水量约为900 m3/h。当文裕河及文峪河水库供水不足时，利用浅层地下水进行补充，浅层地下水最大水量可达200 m3/h。文裕河及地下水供水硬度较高，水质较差，无法满足生产工艺及设备用水要求。供水处理系统设计进水水质如表1 所示。根据生产工艺技术要求，企业生产用水水质需满足《石油焦化给水排水水质标准》（SH3099—2000）中规定的石油焦化装置生产用水水质标准，主要指标见表2。

表1 供水处理系统进水水质表

表2 供水处理系统出水水质表

1.2 生产污水水质概况及处理要求

该企业现有设计处理规模为250 m3/h 的污水处理站，采用A2/O2+深度处理工艺，处理焦化废水、生活污水、冲洗地坪水等。生产过程产生的焦化循环排污水水量约为100 m3/h，目前尚无处理设施。拟建设的供水处理系统，在供水处理过程中产生的压滤机滤液、超滤反洗水、反渗透浓水，水量约为130 m3/h。由于压滤机滤液、超滤反洗水、反渗透浓水及焦化循环排污水存在硬度高、有机物及盐分含量高、水质差等特点，无法达到回用水质要求。根据压滤机滤液、超滤反洗水、反渗透浓水及焦化循环排污水水量及水质，进水主要水质指标见表3。为达到回用目的，结合该企业回用水实际用途，设计出水主要水质指标与表2所述供水处理系统出水水质一致。

表3 中水回用系统进水水质表

2 污水处理工艺设计

硬水软化一般采用离子交换法、膜分离法、石灰法等方式[2]。其中，离子交换法是将水中的钙镁离子置换出来，这种方法是目前最常用的标准方法；膜分离法是利用纳滤膜（NF）及反渗透膜（RO）拦截水中的钙镁离子，从根本上降低水的硬度；石灰法是向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水。本项目供水处理系统拟采用“高效软化沉淀+超滤+反渗透”工艺，是常见硬水软化的的组合工艺。

根据《炼焦化学工业污染防治可行技术指南》（HJ 2306—2018）中推荐的废水治理技术，后处理通常采用混凝沉淀技术，深度处理采用高级氧化或吸附处理（活性炭或树脂）技术，也可采用超滤、反渗透技术。本项目中水回用系统拟采用“高效软化沉淀+超滤+反渗透”工艺。

供水处理系统和中水回用系统具体工艺流程如图1。

图1 供水处理系统和中水回用系统工艺流程图

2.1 供水处理系统设计

根据文裕河及文裕河水库来水性质，供水处理系统主要包括原水调节系统、高效软化沉淀系统、水质纯化及超滤系统、反渗透系统。主要建（构）筑物规格见表4。

表4 主要建（构）筑物一览表

1）原水调节系统。文裕河及文裕河水库水经提升收集在原水池，原水池是用于调节原水水质水量的储水池，将不同时段不同水质和水量的水，通过混合、储存等方式变为均匀水质、水量的水，再定量进入后续处理系统，保证水处理系统正常、高效运行。

2）高效软化沉淀系统。原水池的水通过原水提升泵的作用，定量进入高效软化沉淀池，在高效软化沉淀池中投加絮凝剂、混凝剂，石灰及碳酸钠，有效降低原水中的硬度及微小粒径的悬浮物和胶体杂质，污泥进入污泥池，由板框压滤机脱水外运。

3）水质纯化及超滤系统。高效软化沉淀池出水自流进入中间水池，中间水池内设置提升泵，一部分水由泵提升进入水质纯化单元，多余的水通过溢流口自流进入清水池。在水质纯化单元通过大通量保安过滤器。利用机械拦截原理，将大于50 μm 的颗粒物拦截，保护超滤膜不被大颗粒的悬浮物伤害，同时也降低了超滤膜被堵塞的可能性。大通量保安过滤器出水进入超滤装置，以去除细小污染物质。

4）反渗透系统。超滤产水进入超滤产水池，超滤产水池出水经反渗透提升泵送至保安过滤器，保安过滤器出水经高压泵加压进入反渗透系统。通过足够的压力使溶液中的溶剂（水）通过反渗透膜分离出来。反渗透系统产水进入清水池，与中间水池溢流水混合，供各用水点使用。

2.2 中水回用系统工艺设计

中水回用系统主要针对焦化循环排污水，废水及供水处理工程产生的压滤机滤液、超滤反洗水、反渗透浓水。根据废水性质，中水回用系统主要包括高效软化沉淀系统、超滤及反渗透系统；其中，高效软化沉淀系统采用双碱法减低废水硬度，超滤及反渗透系统采用“反渗透+二级反渗透+高压反渗透”工艺对浓水进行高效浓缩。主要建（构）筑物规格见表5。

1）高效软化沉淀系统。供水车间板框压滤机产生的压滤液、超滤系统产生的反洗水及浓水、反渗透系统产生的浓水与焦化循环排污水统一收集进入中水回用原水池中。由于硬度较高，水质较差，废水由原水池先提升进入高效软化沉淀池，依靠双碱法降低硬度，同时去除较大颗粒悬浮物质，产生的污泥进入污泥池，由板框压滤机脱水外运。

2）超滤及反渗透系统。高效软化沉淀池出水进入中间水池，水池内设置提升泵，提升进入大通量保安过滤器，过滤器出水进入超滤反渗透装置。超滤产生的浓水及反洗水返回至中水回用原水池中进行再处理。

3）超滤出水进入反渗透系统，反渗透产水由于水质较好回配到供水处理系统清水池中。反渗透系统产生的浓水水量较大，需进一步浓缩再处理，因此配套二级反渗透系统。反渗透产水水质较好，可回配到供水处理系统清水池中。反渗透过程产生的浓水经高压反渗透系统进一步浓缩，浓水外送处理。