李偉達，周前軍，金生龍

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

1 引言

我國人均水資源占有量低，時空分布不均，水資源短缺現(xiàn)象嚴重［1］，北方地區(qū)尤為匱乏，個別城市甚至出現(xiàn)過旱季時無法保障居民用水的情況。而工業(yè)生產(chǎn)又是城市用水大戶，水資源的供需矛盾嚴重影響當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。城市污水再生水由于其來源的穩(wěn)定性和可靠性，成為可利用水源之一［2］，是代替地表水及地下水用于工業(yè)生產(chǎn)、緩解城市水荒，保持工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效措施。

為了充分利用水資源，某企業(yè)40萬t/年銅冶煉項目經(jīng)論證后決定采用城市污水再生水作為生產(chǎn)水源。

2 城市污水再生水水質(zhì)

通過多次不同時間對污水處理廠的污水再生水進行采樣分析，水質(zhì)指標基本滿足《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）,如表 1所示。但要作為銅冶煉企業(yè)工業(yè)用水，需要進行深度處理，進一步降低水中的懸浮物（SS）、色度、氯離子、硬度、鹽份、CODCr、BOD5等指標，以使其水質(zhì)指標滿足用水要求。

表1 某城市污水再生水水質(zhì)指標

用水量及水質(zhì)要求：通過對40萬t/年銅冶煉項目的用水量分析，用水點主要有鍋爐補水、硫酸凈化、干吸、脫硫補水、電解補水、熔吹煉空冷補水、干吸最終酸空冷補水、凈化循環(huán)水補水、制氧動力發(fā)電循環(huán)水補水、圓盤澆鑄循環(huán)水補水、渣緩冷用水等。對各用水點水量分析統(tǒng)計，生產(chǎn)水需要量13100m3/d，其中含軟化水2976m3/d，除鹽水3864m3/d。

3 城市污水再生水的處理

通過對各種再生水深度處理工藝的比較，確定采用成熟可靠的雙膜法工藝［3］（超濾+反滲透）。為保障超濾、反滲透的平穩(wěn)運行，減少膜的清洗頻次，延長膜的使用壽命，減少膜清洗廢水的排放量，通常再生水進超濾前需進行預處理［4］。本項目主工藝擬定：預處理+超濾+反滲透。

3.1 預處理

預處理的目的是通過簡捷的物化手段，達到穩(wěn)定的再生水降硬、凈化目的，為后續(xù)超濾、反滲透提供安全、穩(wěn)定、合格的水質(zhì)。

再生水通過進水泵提升進入到一級降硬反應(yīng)池，在反應(yīng)池內(nèi)投加石灰乳，調(diào)節(jié)pH值在11以上，降低水中硬度，然后進入到二級降硬反應(yīng)池，投加碳酸鈉進一步降低再生水硬度，再進入到斜板池沉淀分離，上清液進入到中間水箱，底流去壓濾機壓濾。中間水箱出來的水經(jīng)調(diào)pH值后送到多介質(zhì)過濾器過濾。預處理工藝如圖1。

圖1 再生水預處理工藝

3.2 超濾

超濾系統(tǒng)作為反滲透工藝的預處理保證措施，采用浸沒式超濾膜［5］。利用外壓式中空纖維超濾膜，通過抽負壓的作用將原水中的微生物和膠體等截留［6］，實現(xiàn)過濾，濾后的產(chǎn)水由中空纖維的內(nèi)腔匯集至產(chǎn)水總管輸送至產(chǎn)水池。運行一段時間后通過低壓氣水雙洗+反沖洗等反洗工藝和維護清洗工藝來維持系統(tǒng)的運行流量。超濾系統(tǒng)工藝如圖2。

圖2 超濾系統(tǒng)工藝

3.3 反滲透

根據(jù)不同的水質(zhì)要求，反滲透設(shè)置兩級，一級反滲透產(chǎn)水作為軟水供廠區(qū)使用，如熔吹煉空冷補水、干吸最終酸空冷補水等；一級反滲透是再生水深度處理工程的核心處理單元，它主要脫除水中的膠體、SS和大部分可溶性鹽分［6］。二級反滲透產(chǎn)水作為除鹽水，供中壓余熱鍋爐補水、硫酸干吸、脫硫補水等。

為節(jié)約水資源，提高整個系統(tǒng)的水回收率，將一級反滲透單元產(chǎn)生的濃水通過濃水反滲透單元進一步回收利用。

反滲透系統(tǒng)的工藝流程如圖3。

圖3 反滲透系統(tǒng)工藝

3.4 最大進水、產(chǎn)水、排水量

本項目超濾、反滲透運行最大進水、產(chǎn)水、排水量見表2。

表2 最大進水、產(chǎn)水、排水量

4 主要設(shè)備選型

4.1 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)由反應(yīng)池、加藥系統(tǒng)、攪拌裝置、斜板沉淀池、水池、壓濾機、閥門儀表、電控系統(tǒng)等構(gòu)成。預處理系統(tǒng)分兩個系列，主要設(shè)備選型見表3。

表3 預處理系統(tǒng)主要設(shè)備表

4.2 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)由配水渠、膜池、超濾膜組件、擦洗鼓風單元、透過液泵單元、反沖洗泵單元、清洗系統(tǒng)、真空水射器、壓縮空氣單元、反洗池、清洗/中和水池、反沖洗排放廢液池、緩沖池、加藥系統(tǒng)、閥門儀表、電控系統(tǒng)等構(gòu)成。設(shè)計5列超濾膜池，膜通量29.55L/(m2·h)，每列正常產(chǎn)水140m3/h，四用一備，平均產(chǎn)水量560m3/h。主要設(shè)備選型見表4。

表4 超濾系統(tǒng)主要設(shè)備表

4.3 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)主要由保安過濾器、反滲透高壓泵、膜組件及配套閥門、儀表、加藥裝置等組成。反滲透膜組件采用世界上先進的抗污染膜，一級反滲透設(shè)計膜通量16.8L/(m2·h)，單列反滲透配置144支膜元件，采用16：8一級二段式排列，每列正常產(chǎn)水90m3/h，回收率65%；系統(tǒng)設(shè)置4列并聯(lián)反滲透膜組，共配置432支反滲透膜元件，4列同時運行，產(chǎn)水量360m3/h。二級反滲透設(shè)計膜通量22.5L/(m2·h)，單列反滲透配置90支膜元件，采用一級二段式排列，每列正常產(chǎn)水75m3/h，回收率85%；系統(tǒng)設(shè)置4列并聯(lián)反滲透膜組，共配置360支反滲透膜元件，3列同時運行，一列備用，產(chǎn)水量225m3/h。濃水反滲透設(shè)計膜通量11.4L/(m2·h)，單列反滲透配置126支膜元件，采用14：7一級二段式排列，每列正常產(chǎn)水54m3/h，回收率55%；系統(tǒng)設(shè)置2列并聯(lián)反滲透膜組，共配置252支反滲透膜元件，2列同時運行，產(chǎn)水量108m3/h。主要設(shè)備選型見表5。

表5 超濾系統(tǒng)主要設(shè)備表

5 成本核算

本項目當?shù)卣o予工業(yè)園區(qū)優(yōu)惠政策，暫不收取城市污水再生水水費。對電費、藥劑費、膜與材料費、維修費、工資及福利等費用進行了核算，從污水再生水至一級反滲透出水噸水生產(chǎn)成本見表6，從一級反滲透至二級反滲透噸水生產(chǎn)成本見表7。

表6 一級反滲透系統(tǒng)噸水生產(chǎn)成本

表7 二級反滲透系統(tǒng)噸水生產(chǎn)成本

從表6、表7中可知，從城市污水再生水至一級反滲透產(chǎn)水的成本為6.19元/t，從城市污水再生水至二級反滲透產(chǎn)水（二級回收率85%）的成本為 8.2 元 /t。

采用項目所在地工業(yè)水作為生產(chǎn)水源，采用預處理+二級反滲透工藝，根據(jù)已有類似企業(yè)核算的噸水的成本見表8。

表8 工業(yè)水生產(chǎn)二級反滲透水成本

從表7、表8可以看出，當項目所在地城市污水再生水水費為零時，生產(chǎn)二級反滲透水的成本為8.2元；而當?shù)毓I(yè)水水費為5元，生產(chǎn)二級反滲透水的成本為10.52元；本項目工業(yè)水和城市污水再生水水費價差較大，采用城市污水再生水從成本上來說優(yōu)勢明顯。

6 結(jié)論

本項目工藝流程簡短、出水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足鍋爐給水的水質(zhì)指標要求。采用城市污水再生水代替地表水及地下水，不僅能夠保障企業(yè)用水來源，節(jié)約了地下水及地表水資源，還能適應(yīng)國家水資源政策的要求，有利于企業(yè)控制用水成本，保障企業(yè)正常生產(chǎn)，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。