王曦

中石化廣元天然氣凈化有限公司 （四川廣元 628415）

某化工廠地處西南地區(qū)水源保護(hù)區(qū)域，因此廠區(qū)用水、排水均受到嚴(yán)格管控。根據(jù)環(huán)保要求，廠區(qū)排污水要符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 類排放要求。該化工廠區(qū)有4 臺(tái)熱水鍋爐和2 臺(tái)動(dòng)力鍋爐，為了防止在鍋爐中產(chǎn)生鈣垢和腐蝕，在鍋爐給水中加入磷酸鹽，以保證鍋爐給水進(jìn)入爐內(nèi)的殘余Ca2+不會(huì)直接形成水垢，而是與磷酸鹽生成水渣，并通過鍋爐排污系統(tǒng)予以排除。這種向鍋爐給水中投加磷酸鹽的處理方法稱為鍋爐給水的磷酸鹽處理。為了保證鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定且水質(zhì)指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)，鍋爐排污系統(tǒng)采用連排或定排方式，將部分含鹽量高的鍋爐水從鍋筒中排出。廠區(qū)4 臺(tái)熱水鍋爐和2 臺(tái)動(dòng)力鍋爐合計(jì)排污水量約為40 m3/h。排污水中磷酸鹽質(zhì)量濃度為5～15 mg/L，達(dá)不到一級A 類排放對總磷指標(biāo)的要求［排污水中總磷質(zhì)量濃度小于0.5 mg/L（以P 計(jì)）］。為了減輕廠區(qū)的環(huán)保壓力，同時(shí)達(dá)到節(jié)水減排的目的，結(jié)合鍋爐排污水的水質(zhì)特點(diǎn)，開發(fā)并設(shè)計(jì)了本套反滲透+化學(xué)沉淀組合工藝技術(shù)。

1 工藝設(shè)計(jì)

1.1 原水水質(zhì)水量

鍋爐排污水回收處理裝置設(shè)置兩套，單套設(shè)計(jì)處理水量為30 m3/h，合計(jì)處理水量60 m3/h，鍋爐排污水水質(zhì)及工藝設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求見表1。

表1 排污水質(zhì)及工藝出水要求

1.2 工藝流程

鍋爐排污水經(jīng)水冷換熱器降溫，溫度從80～90℃降至25～35 ℃，然后進(jìn)入儲(chǔ)水箱，通過原水泵輸送至雙濾料多介質(zhì)過濾器進(jìn)行深層過濾，去除可能存在的鐵氧化物、懸浮物等；過濾出水經(jīng)過保安（精密）過濾器，進(jìn)一步去除微小顆粒、膠體、金屬氧化物等雜質(zhì)，然后通過高壓給水泵輸送至反滲透膜系統(tǒng)，去除磷酸鹽及其他殘余離子；產(chǎn)水側(cè)得到高品質(zhì)的淡水，其作為一級除鹽水通過獨(dú)立出水管道進(jìn)入除鹽水箱，后續(xù)作為混床給水使用。反滲透濃水通過獨(dú)立管道進(jìn)入絮凝沉降池，在沉降池入口加入絮凝劑，進(jìn)行化學(xué)混凝（絮凝）沉降處理。上清液高度凈化后，出水作為反滲透裝置給水回到儲(chǔ)水箱；底泥排放至廢泥池，由污泥泵抽出后風(fēng)干，外運(yùn)處置。

反滲透系統(tǒng)在長周期連續(xù)運(yùn)行過程中，可能析出如磷酸鹽類的結(jié)垢物質(zhì)，并在膜表面沉積，造成反滲透膜損壞，并導(dǎo)致膜系統(tǒng)出水品質(zhì)下降。在反滲透給水系統(tǒng)增加阻垢劑加藥系統(tǒng)，通過計(jì)量泵在給水中連續(xù)加注低劑量阻垢劑，以保持膜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

另外，兩套反滲透裝置設(shè)置一套清洗裝置，通過定期投加化學(xué)清洗劑對工藝裝置進(jìn)行在線或離線清洗，以清除膜系統(tǒng)運(yùn)行過程中形成的污垢，恢復(fù)膜元件的性能，達(dá)到恢復(fù)膜通量、延長膜元件使用壽命的目的。

反滲透膜+化學(xué)沉淀組合工藝技術(shù)屬于物化過程，處理流程如圖1 所示。

圖1 反滲透+化學(xué)沉淀組合工藝流程

1.3 工藝流程說明

1.3.1 多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器包括筒體、反洗氣管、布水組件、支撐組件、濾料、排氣閥以及配套的管線和閥門等。多介質(zhì)過濾器的濾料由無煙煤與石英砂組成（雙層），過濾精度達(dá)到0.8～1.0 mm，可去除鍋爐排污水中的鐵氧化物、懸浮物、膠體顆粒等，使出水濁度小于3.0 NTU。

1.3.2 保安過濾器

保安過濾器由微孔薄膜濾芯和不銹鋼外殼及必要的不銹鋼管道、閥門組成。折疊式筒式微孔膜濾芯與過濾器外殼的密封方式為插入式，膜材質(zhì)為聚丙烯（PP），操作壓力不大于0.3 MPa。在反滲透膜裝置前設(shè)置保安（精密）過濾器，目的是滿足反滲透膜組進(jìn)水要求。保安（精密）過濾器可濾除進(jìn)水中0.1 μm及以上的細(xì)小微粒,使出水濁度小于0.2 NTU，確保膜系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)。

1.3.3 高壓泵

高壓泵是反滲透膜系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)行設(shè)備，通過高壓給水泵形成非常大的壓力使給水克服滲透壓穿過反滲透膜，同時(shí)給反滲透膜系統(tǒng)輸送一定流量和壓力的水源，保證反滲透系統(tǒng)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。高壓泵選用立式、單吸離心泵，材質(zhì)為316 L 不銹鋼。

高壓泵進(jìn)水口設(shè)置低壓開關(guān)保護(hù)，當(dāng)進(jìn)水壓力低于設(shè)定值（0.05 MPa）時(shí)，停止高壓泵，以免高壓泵、膜組件受損。

1.3.4 反滲透膜組

反滲透膜組由膜元件、壓力容器、儀表、管道、閥門、控制箱、儀表箱、電氣控制系統(tǒng)、膜堆、膜架等組成，采用一級兩段式排列。膜元件采用低壓復(fù)合膜BW30-40，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單只膜脫鹽率達(dá)99.5%，可脫除排污水中磷酸鹽為主的離子。高品質(zhì)的除鹽水克服滲透壓進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)，而磷酸鹽在濃水側(cè)富集，進(jìn)入后續(xù)絮凝沉降處理過程。反滲透過程為物理過程，不需要加熱，沒有相的變化，具有設(shè)備體積小、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)。反滲透系統(tǒng)中淡水、濃水檢測用到的電導(dǎo)率測定儀、流量儀、pH 計(jì)、氧化還原電位表等均采用國產(chǎn)產(chǎn)品。

1.3.5 絮凝沉降池

兩套反滲透系統(tǒng)濃水進(jìn)入共同的絮凝沉降池（采用穿孔旋流絮凝池工藝）。絮凝沉降池由兩個(gè)接近正方形的豎井組成，豎井之間由過水孔洞連接。過水孔洞對角交錯(cuò)布置，水流通過過水孔洞時(shí)會(huì)產(chǎn)生射流作用，在豎井內(nèi)沿池壁形成旋流，從而促進(jìn)絮凝沉降效果。在絮凝沉降池投加pH 調(diào)節(jié)劑和絮凝劑（聚鋁、聚鐵），通過強(qiáng)力混合、反應(yīng)、絮凝、澄清、分離等把高濃度的磷酸鹽從濃水中分離出來，得到濁度極低的軟化水（出水濁度小于3 NTU）。污水殘余總磷質(zhì)量濃度小于0.5 mg/L，可作為鍋爐原水水源進(jìn)入原水箱。

工藝流程如圖2 所示。

圖2 高磷濃水絮凝沉降處理工藝流程

1.3.6 反滲透清洗裝置

2 套反滲透裝置合用一套化學(xué)清洗裝置?；瘜W(xué)清洗裝置的功能為：當(dāng)反滲透裝置流量減少10%或壓降升高15%時(shí)，對反滲透膜系統(tǒng)進(jìn)行在線化學(xué)清洗，以恢復(fù)膜元件的性能，延長膜的使用壽命?；瘜W(xué)清洗系統(tǒng)由1 臺(tái)清洗水箱、1 臺(tái)反滲透化學(xué)清洗泵和1 臺(tái)5 μm 保安過濾器以及配套的管道、閥門組成。清洗系統(tǒng)管路可分別連接2 套反滲透裝置，便于對反滲透裝置進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗箱裝有電加熱器、溫度計(jì)和液位計(jì)，采用碳鋼內(nèi)噴涂聚丙烯膠?；瘜W(xué)清洗給水采用反滲透產(chǎn)水。

1.3.7 加藥系統(tǒng)

設(shè)置一套阻垢劑加藥裝置，用于防止磷酸鹽等在反滲透膜的濃水側(cè)結(jié)垢，并防止膠體物質(zhì)在反滲透膜的濃水側(cè)沉積。采用計(jì)量泵連續(xù)投加阻垢劑。

阻垢劑加藥裝置主要包括阻垢劑溶液箱、阻垢劑計(jì)量泵。阻垢劑溶液箱上設(shè)電動(dòng)不銹鋼攪拌器。加藥管道、閥門均采用硬聚氯乙烯（UPVC）材質(zhì)，溶液箱采用SS304 不銹鋼材質(zhì)。

2 運(yùn)行效果

工藝系統(tǒng)自2019 年10 月開始調(diào)試，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至今已經(jīng)超過3 年，2 套裝置近期（2023 年2月）產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)月平均值如表2 所示。

表2 反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)月平均值（2023 年2 月）

該組合工藝強(qiáng)調(diào)對磷酸鹽的去除，根據(jù)表2 可知，出水水質(zhì)達(dá)到一級除鹽水水質(zhì)要求。產(chǎn)水進(jìn)入除鹽水箱作為混床進(jìn)水，裝置的產(chǎn)水回收率穩(wěn)定達(dá)到85%及以上，磷酸鹽去除率在98%以上，濃水水量大幅減少。在濃水進(jìn)入絮凝沉降池后，采用化學(xué)絮凝沉淀方法，投加少量混凝劑-絮凝劑或化學(xué)除磷劑完成絮凝沉降，上清液被高度凈化，總磷質(zhì)量濃度小于0.5 mg/L（以P 計(jì)），該低濁度軟化水回用到鍋爐中。

組合工藝運(yùn)行良好，工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定，工藝系統(tǒng)清洗頻率低，技術(shù)成熟，綜合管理方便，減少了大量排污水，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，在實(shí)現(xiàn)了鍋爐排污水高品質(zhì)回收利用的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了鍋爐排污系統(tǒng)的零排放。

3 結(jié)語

反滲透+化學(xué)沉淀法組合工藝技術(shù)對鍋爐排污水中磷酸鹽為主的雜質(zhì)離子的去除取得了優(yōu)異的效果，出水符合鍋爐除鹽水或原水的使用要求。該工藝技術(shù)不但回收了高品質(zhì)的除鹽水，減少了排污水的排放，減輕了環(huán)保壓力，也減少了工業(yè)一次水的使用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)。

該組合工藝的反滲透、絮凝沉淀等工藝單元技術(shù)成熟，并且工藝穩(wěn)定，整個(gè)流程相對簡單，設(shè)備體積小、占地少、管理方便，值得在類似鍋爐排污系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。