李成益 吳穎杰

(1 金浦投資控股集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京，210009；2 中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司，江蘇 南京，210048)

一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)廢水、城市污水或生活污水處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可作為在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水,因其水質(zhì)介于上水(給水)與下水(排水)之間，因此稱(chēng)作中水。中水回用則是將工業(yè)或城市污水進(jìn)行處理后作為再生資源回用。中水回用的效果有兩個(gè)：一是節(jié)約水資源的消耗；二是減少?gòu)U水的排放，降低對(duì)水環(huán)境的污染。研究中水回用技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性，對(duì)提高中水處理技術(shù)、降低中水回用成本具有重要意義。

中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)揚(yáng)子石化)現(xiàn)有兩套污水A/O生化處理裝置和一套純氧生化處理裝置，處理量2 300 m3/h。純氧生化處理裝置為二級(jí)生化處理裝置，采用純氧曝氣活性污泥法、A/O接觸氧化法生化處理方法去除污水中有機(jī)污染物，并經(jīng)過(guò)“溶氣氣浮、臭氧氧化和曝氣生物濾池”組合工藝的深度處理，使其污水排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 中水利用領(lǐng)域及要求

1.1 中水回用的領(lǐng)域

(1)農(nóng)業(yè)灌溉：二級(jí)處理，成本低，但須防止污水對(duì)土壤的污染和有害殘留物的累積。

(2)城市雜用：包括生活雜用水，環(huán)境、娛樂(lè)和景觀(guān)用水。

(3)地下回灌：補(bǔ)充地下水，保持地下水位，控制地面沉降。

(4)生活飲用：包括直接回用和間接回用。直接回用，處理廠(chǎng)最后的出水被直接注入到生活用水配水管網(wǎng)；間接回用，指河湖上游的污水經(jīng)凈化處理后又排入水體或滲入地下含水層，成為下游或該地區(qū)的飲用水源。

(5)工業(yè)回用：冷卻用水、熱力和工藝用水、洗滌用水。

1.2 中水回用的要求

為貫徹水污染防治和水資源開(kāi)發(fā)利用方針，做好節(jié)約用水工作，實(shí)現(xiàn)污水資源化，減少污水對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)城鎮(zhèn)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家制定了《城市污水再生利用》系列標(biāo)準(zhǔn)。

揚(yáng)子石化中水與不同用途的水質(zhì)部分指標(biāo)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：在已列出的部分項(xiàng)目中，水廠(chǎng)中水水質(zhì)的部分指標(biāo)不能滿(mǎn)足中水回用生物的要求，需進(jìn)一步處理后才能利用。

不合格項(xiàng)主要有：懸浮物、濁度、生物耗氧量(BOD)、氨氮、石油類(lèi)、氯離子及部分金屬離子含量等指標(biāo)。

注：1)城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18920—2002中，用于車(chē)輛沖洗的要求最高；2)景觀(guān)環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18921—2002中，以景觀(guān)娛樂(lè)用水要求最高。

2 中水回用方案比較

2.1 中水回用去向選擇

表1中的城市雜用水主要用作：沖廁、道路清掃、消防、城市綠化、車(chē)輛沖洗和建筑施工，其中用作混凝土拌合用水還應(yīng)符合JGJ63的有關(guān)規(guī)定。上述雜用水用途中，揚(yáng)子石化的道路清掃、綠化和建筑施工的用水量有限，而循環(huán)冷卻水補(bǔ)水量大。與冷卻循環(huán)水相比，中水分析項(xiàng)目中的不合格項(xiàng)較少，意味著只要稍經(jīng)深度處理即可滿(mǎn)足要求。

揚(yáng)子石化和揚(yáng)子石化-巴斯夫有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)揚(yáng)巴公司)的生產(chǎn)用水中，很大一部分用于循環(huán)水補(bǔ)水和軟化水制水。2016年揚(yáng)子石化循環(huán)水場(chǎng)的制水能力為229 200 m3/h,平均補(bǔ)水量為2 420m3/h；揚(yáng)子熱電廠(chǎng)脫鹽水總制水能力為1 800 t/h，總供水能力為1 350 t/h。如將水廠(chǎng)的中水進(jìn)行深度處理后作為工業(yè)用水，既可達(dá)到節(jié)水的目的，又可以減少?gòu)U水排放量。另外，中水深度處理后作為工業(yè)水的補(bǔ)充水，用量比較穩(wěn)定，季節(jié)性影響小，也有利于深度處理裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，將中水先處理到工業(yè)水補(bǔ)充水的質(zhì)量水平，作為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水，再擇機(jī)處理到鍋爐給水的水平，可進(jìn)一步提高揚(yáng)子石化中水利用水平。

2.2 技術(shù)方案比較

2.2.1 中水處理方案比較

將中水經(jīng)處理后作為工藝補(bǔ)水(工業(yè)水)，即：中水→再生水，分別采用膜處理(方案一)和離子樹(shù)脂交換(方案二)進(jìn)行比較

方案一：膜處理工藝技術(shù)方案采用雙膜法(浸沒(méi)式超濾UF+反滲透RO),簡(jiǎn)易流程見(jiàn)圖1。

圖1 方案一簡(jiǎn)易流程

方案二：設(shè)計(jì)離子交換柱的直徑為3 m，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂裝填高度為2.83 m，單臺(tái)裝填體積為20 m3；陰離子交換樹(shù)脂裝填高度為4.8 m，單臺(tái)裝填體積34 m3。簡(jiǎn)易流程見(jiàn)圖2。

圖2 方案二簡(jiǎn)易流程

兩個(gè)方案以產(chǎn)品水(即再生水)250 t/h為目標(biāo)，工藝計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 中水處理方案比較

由表2可見(jiàn)：膜處理的得水率為62.5%，樹(shù)脂法為53.88%，膜處理的得水率高于樹(shù)脂法。離子交換樹(shù)脂再生時(shí)用了較多的酸堿，經(jīng)中和后形成了鹽，這部分新增的可溶性鹽也需要隨再生廢水一起返回生化池繼續(xù)進(jìn)行處理，增加了生化池進(jìn)水的鹽處理量。水廠(chǎng)凈一車(chē)間污水總水量為2 300 t/h，如規(guī)劃的1 250 t/h中水回用全部采用樹(shù)脂法，則新增鹽11 530 t/a，膜處理法僅增加245.6 t/a，生化池進(jìn)水鹽含量增加值分別為186，3.55 g/m3。從項(xiàng)目可行性方面看，采用樹(shù)脂交換處理在技術(shù)上不可行。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)、揚(yáng)子石化有關(guān)能源動(dòng)力單價(jià)及中國(guó)石油化工集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院編制的《中國(guó)石油化工項(xiàng)目可行性研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)——參數(shù)與數(shù)據(jù)》(2016版)的計(jì)算方法，鹽酸采用山東地區(qū)企業(yè)出廠(chǎng)價(jià)3年平均值，燒堿采用江蘇地區(qū)企業(yè)出廠(chǎng)價(jià)3年平均值，水、電、蒸汽及氮?dú)獠捎没@區(qū)價(jià)格，折舊按照殘值5%、15年直線(xiàn)折舊。方案一和方案二的成本構(gòu)成見(jiàn)表3。

表3 再生水生產(chǎn)成本比較

從表3可見(jiàn)：膜處理和樹(shù)脂法的再生水制造成本分別為5.55，9.56元/t，而在南京這樣的豐水地區(qū)的工業(yè)水價(jià)格最高為3元/t，因此廢水回用的經(jīng)濟(jì)性較差，如沒(méi)有財(cái)政和稅收補(bǔ)貼，項(xiàng)目難以可持續(xù)運(yùn)行。相比較而言，膜處理法好于樹(shù)脂法。

綜上比較，無(wú)論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)方面分析，中水回用工藝采用膜處理方案較為合適。

2.2.2 再生水深度處理方案比較

再生水利用的第二階段是將處理后的再生水再處理后作為軟化水(脫鹽水)，即：再生水→軟化水，分別采用膜處理(方案三)和樹(shù)脂交換(方案四)。為便于比較，將揚(yáng)子石化最常見(jiàn)的軟化水工藝即采用樹(shù)脂交換將工業(yè)水(原水)→軟化水作為平行對(duì)比方案(方案五)。將上述3個(gè)方案的比較列于表4中。3個(gè)方案均以產(chǎn)品水量350 t/h為設(shè)計(jì)目標(biāo)。

由表4可見(jiàn)：再生水的某些指標(biāo)好于原水，噸產(chǎn)品水的耗水量低于原水；再生水用膜處理時(shí)，噸產(chǎn)品水的耗水量高于樹(shù)脂法。由表5可計(jì)算出各方案的噸脫鹽水制造成本。

計(jì)算結(jié)果表明：采用樹(shù)脂交換法處理的成本最低，膜處理法的成本最高。另外，經(jīng)過(guò)膜處理后的再生水其離子含量低于原水，因此酸堿消耗也低，成本也稍低。

表4 再生水制脫鹽水工藝消耗比較

表5 各方案的脫鹽水成本制造

脫鹽水按照6元/m3計(jì)算，3個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果匯總見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)：無(wú)論采用哪個(gè)方案，項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(稅后)都達(dá)不到13%，這也表明作為公用工程投資，其產(chǎn)品和市場(chǎng)有別于一般工業(yè)品，因其市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)小，投資收益率也不會(huì)高，公用工程的投資回收期一般都比較長(zhǎng)，公用工程的服務(wù)合同一般也比較長(zhǎng)。財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，脫鹽水采用離子交換樹(shù)脂工藝的經(jīng)濟(jì)性好于其他兩個(gè)方案，這與生產(chǎn)成本比較結(jié)果一致。

表6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)匯

經(jīng)過(guò)以上比較，中水回用的總體方案優(yōu)化結(jié)果是：先采用膜法(超濾+反滲透)，再采用離子樹(shù)脂交換制脫鹽水。

3 實(shí)際應(yīng)用情況

2012年4月?lián)P子石化水廠(chǎng)400 t/h中水回用裝置投運(yùn)后，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，為滿(mǎn)足脫鹽水水質(zhì)要求，在二期中水回用裝置的設(shè)計(jì)中，對(duì)再生水的部分水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整(見(jiàn)表7)。

二期出水水質(zhì)指標(biāo)提高后，對(duì)保證脫鹽水單元的正常運(yùn)行、降低脫鹽水單元運(yùn)行成本發(fā)揮了作用。實(shí)際生產(chǎn)中，出水水質(zhì)的電導(dǎo)率為80～110 μS/cm。

2015年，揚(yáng)子石化投資1.2億元建設(shè)的污水處理回收利用二期工程正式投入運(yùn)行，中水處理能力達(dá)到850 t/h，中水總處理能力達(dá)到1 250 t/h，總再生水量達(dá)到810 t/h。為了節(jié)約投資，將二期560 t/h的再生水送熱電廠(chǎng)作為脫鹽水單元的進(jìn)水。

在實(shí)際操作過(guò)程中，揚(yáng)子石化通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、挖掘潛力，嚴(yán)格控制工程造價(jià)以降低折舊費(fèi)用，壓降輔助材料采購(gòu)成本，通過(guò)集中布置減少了定員、降低了人工成本。通過(guò)上述一系列措施，有效地控制了制造成本。2016—2017年實(shí)際成本統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8。

表7 再生水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

表8 實(shí)際成本統(tǒng)計(jì) 元/t

由表8可知：如剔除分?jǐn)偟墓霉こ滔?，再生水的?chē)間成本為3.157元/t；如將再生水按照工業(yè)水計(jì)價(jià)，脫鹽水的生產(chǎn)成本為2.994元/t，兩個(gè)產(chǎn)品的成本較規(guī)劃方案均有所降低。

4 結(jié)論與建議

(1)采用膜處理方法(超濾+反滲透)處理中水在技術(shù)上是可行的，相對(duì)于其他方案也是比較經(jīng)濟(jì)的；在豐水地區(qū)進(jìn)行中水回用，需有財(cái)政支持才能維持運(yùn)行。

(2)再生水作為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水是可行的。根據(jù)《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)要求，再生水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水時(shí)，“不宜少于一年的逐月水質(zhì)全分析資料，并應(yīng)包括再生水水源組成及其處理工藝等資料，水質(zhì)分析項(xiàng)目宜符合相關(guān)規(guī)定”。經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，再生水的水質(zhì)穩(wěn)定，符合作為間冷開(kāi)式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水的要求。揚(yáng)巴公司1#、2#、4#循環(huán)水場(chǎng)的循環(huán)水量大于72 000 m3/h，補(bǔ)充水量大于500 m3/h。按照揚(yáng)子石化水廠(chǎng)一期污水回用裝置所產(chǎn)中水250 m3/h計(jì)，還需補(bǔ)充工業(yè)水250 m3/h，為防止有機(jī)物、氨-氮及氯離子的積累影響設(shè)備正常運(yùn)行，仍需加強(qiáng)循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

(3)再生水作為脫鹽水進(jìn)水的補(bǔ)充水是可行的。經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，中水回用二期所產(chǎn)再生水的水質(zhì)符合GB/T 19923—2005之鍋爐補(bǔ)給水水源標(biāo)準(zhǔn)。揚(yáng)子石化熱電廠(chǎng)化學(xué)水處理系統(tǒng)總制水能力為1 800 t/h，即使二期所產(chǎn)的560 t/h再生水全部作為脫鹽水的進(jìn)水，還需補(bǔ)充部分低硅水，為保證中水回用項(xiàng)目正常運(yùn)行，將其作為熱電廠(chǎng)化學(xué)水的補(bǔ)充水水源是明智的選擇。

(4)加強(qiáng)膜設(shè)備的維護(hù)，確保后續(xù)各裝置穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)失效、破損的膜進(jìn)行剖析研究，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，及時(shí)更換。

(5)提高中水水質(zhì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平。中水回用裝置增設(shè)必要的在線(xiàn)分析儀表，為下游用戶(hù)提供質(zhì)量保障。

ABSTRACT

Through comparing the water quality of the reclaimed water with the whereabouts of the reused water and the water quality indicators of different uses, the treatment plan of reusing the reclaimed water is put forward. Respective techno-economic comparisons of the plans were also made for putting forward the combination plan. Based on analysis of the actual application situation and the plan, the directions for improvement were proposed.

Keywords: water reuse, membrane treatment, desalination water, techno-economy