某煤化工废水零排高效反渗透系统工艺设计讨论

某煤化工废水零排高效反渗透系统工艺设计讨论

一、项目概况

某煤化工项目是以煤为原料生产180万t/a甲醇，将甲醇转化为烯烃并进一步生产聚乙烯、聚丙烯等最终产品的大型一体化煤制烯烃项目。该项目包括煤气化、净化(含变换及酸性气脱除)、硫回收、甲醇合成、甲醇制烯烃及烯烃分离、C4烯烃转化、低密度聚乙烯、聚丙烯等，以及配套的自备电站(含化水站)、净水场、循环水场、污水处理场、罐区等公用工程、辅助设施及厂外工程等。该项目产生的废水成分复杂、污染物种类多、浓度高，废水处理充分贯彻清污分流、污污分治、一水多用、节约用水的原则，对不同水质的废水分别进行处理，最大限度地提高水的重复利用率及废水资源化率。

根据来水水质的不同，该项目污水处理场优化集成了各种不同的组合工艺，主要包括污水生化处理装置、含盐废水膜处理装置、高效膜浓缩装置以及浓盐水蒸发结晶装置等，其中高效膜浓缩装置采用了高效反渗透工艺技术，可以对常规反渗透浓液进一步浓缩，极大降低后续蒸发结品装置的规模，有效降低废水处理的投资成本和运行成本，在废水“零”排放集成工艺中发挥了重要作用。

二、设计基础

1.设计进水水量与水质

高效膜浓缩装置设计处理量为375m3/h，废水来源于含盐废水膜处理装置的常规反渗透浓缩液，含盐废水膜处理装置主要处理循环冷却水排污水、化学水处理站排污水以及污水生化处理装置的产水。设计进水水质条件详见下表，盐分质量浓度约6000 mg/L。

设计进水水质

 

2.设计产水水量与水质

高效膜浓缩装置的产水水质好，称为优质再生水，系统设计水回收率90%以上，可替代生产给水作为除盐水站的原水、循环水系统补充水、冲洗用水、采暖热网补充水、工艺用水等，经膜浓缩后的浓水盐分质量浓度在60000 mg/L左右。

产水水质

 

三、处理工艺流程

高效膜浓缩装置的处理工艺如下图所示。

 

该系统主要包含化学软化澄清、深度除硬/脱碳预处理、超滤/高效反渗透系统、产品水精处理系统等。

上游含盐废水膜处理装置产生的RO浓水进入高效膜浓缩进料水罐后进行水量和水质的调节。根据废水硬度很高的特点，设置石灰、纯碱软化处理。向原水中投加石灰和纯碱以去除水中的硬度，经高效沉淀池去除固体悬浮物后，泵入剩余硬度去除系统去除水中的剩余硬度，硬度去除采用两级离子交换，一级采用强酸钠离子软化器，在此去除大部分的剩余硬度，二级采用弱酸阳离子交换器，去除剩余的所有硬度，脱除硬度后的软水送至脱气塔，以脱除水中大部分的CO₂，产水中CO₂小于5 mg/L。脱碳后产水经超滤成套设备过滤后，由反渗透进水泵提升至保安过滤器，去除水中可能存在的直径大于5μm的颗粒，然后由反渗透高压泵增压后送入高效反渗透单元。反渗透的产水送至反渗透产水水池。然后将该池中的反渗透产水再泵入强酸阳床交换器(SAC)除氨系统，经过最终的精处理后，出水进入优质再生水回用水罐(产品水水箱)。经反渗透浓缩后的浓水储存于浓水中间池，再通过反渗透浓水泵送至后续的蒸发结晶单元。钠离子软化器和弱酸阳离子交换器再生废液均送至再生废水池，经再生废水泵送到蒸发结晶单元。强酸阳离子交换器再生废液进入到SAC强酸阳床再生废液水池，经SAC再生废水泵送到设置在生化装置臭气处理单元的SAC再生废水脱氨塔处理，处理后的废水再送至蒸发结晶单元处理。

四、工艺设计

1、高效膜浓缩进料水罐

用于浓盐水高效膜浓缩单元进水的水质水量调节。按处理能力(375m³/h)的16h设计。主要参数如下:

数量:2台，外形尺寸:16000mmx16500mm，有效容积:3000m3，材质:碳钢+防腐+保温。

2、石灰软化澄清池(高效沉淀池)用于浓盐水的石灰一纯碱软化处理，降低出水的硬度。主要参数如下:数量:1座，设计处理水量:435m3/h。

外形尺寸:混凝反应池:2400mmx2400 mmx5200mm，V=26.4m3，停留时间:3.64 min，1座;

石灰反应池:2400mmx2400x5200mm，V=26.4m3，停留时间:3.64min，1座;

纯碱反应池:2400mmx2400mmx5200mm，V=26.4m3，停留时间:3.64min，1座;

絮凝池:3000mmX3000mmX5000mm，V=41.4m3，停留时间:5.71 min，2座;

单个澄清池：ф6000mmx5300mm，表面负荷L=7.69 m3/(m2/h)，2 座。

主要材质:钢混。

3 、石英砂过滤器

用于浓盐水的过滤，降低水中的浊度。主要参数如下:

数量:3台(2用1备)，设计处理水量:432m3/h，压力:0.6 MPa，

单台尺寸:ф3200mmx7000mm，

滤料:砾石5.28m3，石英砂18.49m3，

罐体材质:碳钢+衬塑。

4 、钠离子软化器

用于石英砂过滤器产水的阳离子交换，降低水中的大部分硬度。主要参数如下:

数量:4台(3用1备)，设计处理水量:425m3/h，设计压力:0.6 MPa,

尺寸:ф3400mmx2800mm(立式)，

树脂类型:强酸型，

树脂型号:AMBERJET 1000Na，

树脂体积:12.36m3，罐体材质:碳钢+衬塑。

5 、弱酸阳床

去除钠离子软化器产水的剩余硬度。主要参数如下:

数量:4台(3用1备)，设计处理水量:417m3/h，设计压力:0.6 MPa，

尺寸:ф2800mmx2800 mm(立式)，

树脂类型:弱酸型，

树脂型号:AMBERLITE IRC 86，

树脂体积:6.16m3，罐体材质:碳钢+衬塑。

6、脱碳塔

空气吹脱，脱去弱酸阳床产水中的CO2。主要参数如下:

数量:2台，设计处理水量:416m3/h，

设计压力:大气压，

尺寸:ф2400mmx3900mm(立式)，

填料型号:拉西环，

填料体积:9.05m3，罐体材质:碳钢+衬塑

7、超滤膜组

用于RO膜组前的深度处理，进一步降低废水的SDI值，主要参数如下:

数量:3组，设计处理水量:412m3/h，单组进水能力:Q=165m3/h，

回收率:≥ 90%，膜通量:≤50L/(m2·h)，

设计压力:P=0.2 MPa，

最大进水组件压力(40℃时):0.3 MPa，

最大跨膜压差(TMP):0.21 MPa,

最大气洗流量:12m3/h，

最大反洗压力:0.25MPa，

最大NaCl0耐受浓度:1000mg/L，

最大悬浮物耐受浓度:100mg/L，

最高浊度:300NTU，

最大颗粒物粒径:300um，

预期产水浊度:≤0.1 NTU，预期产水SDI:≤ 0.25。

8、一级二段RO膜组

用于浓盐水的脱盐处理，得到优质再生水，主要参数如下:

数量:3组，设计处理水量:370m3/h，单组进水能力:Q=185 m3/h，

设计膜通量(15℃):≤15L/(m2·h)，回收率:≥90%,

单组产水水量:≥164.5m3/h，总的产水量:≥329m3/h，

正常运行温度:10~30℃。

9、强酸阳床

去除RO膜组产水中的氨。主要参数如下:

数量:3台(2用1备)，设计处理水量为:328 m3/h，设计压力:0.36 MPa，

尺寸:ф2800mmx2600mm(立式)，

树脂类型:强酸型，

树脂型号:AMBERLJET 1500H，

树脂体积:9.18m3，罐体材质:碳钢+衬塑。