我公司废水减量化的实施措施

2020-11-12冀淑军

山西化工 2020年5期

冀淑军

(山西中煤平朔能源化工公司，山西朔州 036800)

引言

我公司劣质煤综合利用示范项目，以当地高硫煤为原料，年产30万t合成氨、副产1.1亿标准立方米LNG，氨加工为年产2×18万t硝酸，2×20万t硝铵装置，配套空分、供热、水系统等辅助工程。2016年完成项目基本建设及设备安装调试，生产系统开车试生产，9月底生产出合格的液氨、LNG及硝铵等产品，2019年生产系统达到满负荷运行，完成项目竣工验收。

从生产系统调试开始，全厂水系统暴露出诸多问题，如循环水冷却设备水侧腐蚀严重，外运废水量大，一次水量消耗高等，成为制约生产系统稳定及长周期运行的关键因素。在环保治理力度空前强大的当下，企业用水成本在运营成本中所占比例持续上涨，只有对水系统存在问题潜心摸排，认真梳理、因地制宜，制定出合理可行的解决措施，实现废水量持续可控，是企业生存和发展的唯一出路。

1 公司水系统现状

我公司水系统由化学水处理、循环水系统、污水生化处理、中水回用及新鲜水、消防水等五部分组成，满足项目生产、生活、安全消防等用水需要。

1.1 一次水

一次水源采用的是引黄水，2018年12月平鲁污水厂产水补充到循环水系统，代替了部分黄河水。引黄水受气象条件影响，水质不稳定，属于典型的低温高浊度的水。根据近半年的水质化验数据进行统计，分析，除浊度、COD外其余指标能够满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2017再生水作为间冷开式循环冷却水系统补充水水质要求的规定标准。

一次水源浊度高，造成化学水站预处理过滤器反洗的频次增加、反洗水量就会增加。一次水源COD高，经循环水、反渗透装置浓缩后，达不到环评批复的水排放标准，即地表Ⅲ类水的标准。去中水回用后，对中水回用的预处理提出更高要求。化学水站浓水外排时，为了达标需要一次水进行稀释，加大了一次水的消耗量。一次水源指标现状见表1。

表1 一次水源指标现状

1.2 化学水处理

化学水处理采用的是多介质过滤器+自清洗过滤器+超滤+反渗透+离子混床工艺，出水指标CD≤0.2 μs/cm，ρ(SiO2) ≤20 μg/L。单套产水能力150 m3/h，浓水50 m3/h，回收率75%，共4套，总制水能力600 m3/h。正常时能有一套反渗透装置备用。化水能够满足生产需要，存在问题主要是后工序用水量大，超出设计量约20%，后工序冷凝液回收系统存在缺陷，致使冷凝液没有完全回收利用是造成化水负荷高的主要原因。化学水制水时间延长产生的废水量也势必增加。

1.3 循环水系统

循环水共有四套，分别为气化、空分、净化、双硝装置的冷却设备提供循环冷却水，总循环量5万m3/h。2017年出现水冷器大面积腐蚀的情况，特别是净化循环水所属的水冷器尤其严重，拆检水冷器中发现，换热管为碳钢材质的腐蚀严重。氨合成水冷器设备内漏，含氨工艺介质泄漏到循环水中，反作用于循环水系统，造成了循环水指标更加恶化。2019年1月份开始，由于中水回用接受水的能力下降，循环水排污量不足，循环水过度浓缩，浓缩倍数达8左右，循环水各项指标恶化，尤其CL-达到1 000 mg/L。

1.4 中水回用

中水回用采用的是多介质过滤器+机械澄清池+石灰石软化+超滤+反渗透工艺，进行废水除污、除盐。单套处理水的能力是150 m3/h，共四套，一套装置用于清洗或备用，正常能接受的废水能力为450 m3/h，回收率75%。浓水二级提浓回收率40%，设计最终产水高浓盐水90 m3/h，中水360 m3/h补充到循环水系统。中水回用设计处理废水为循环水排污水、化学水处理浓水、锅炉排污水等。

2016年项目环评变更后，污水生化处理产水没有理想去向，被迫送到中水回用。中水处理的进水与设计进水相比有了较大变化，主要是COD高。中水的预处理不具备去除COD能力，进到中水反渗透膜，造成膜的有机物污堵。机械澄清池等预处理运行状况差，造成超滤膜、中水反渗透膜污堵频繁，回收率下降，平均低于60%。浓水反渗透运行也存在类似问题。清洗周期为每星期一次。中水回用的回收率与设计值相比，相差15%左右，也造成了废水量的增加。中水回用实际运行参数见表2。

表2 中水回用实际运行参数

1.5 污水生化处理

污水生化处理设计处理经酚氨回收处理过的气化废水120 m3/h，低温甲醇洗来废水7 m3/h，生活污水30 m3/h。采用主工艺为二级串联的A/O工艺，深度处理采用臭氧+活性砂生物滤池。污水生化处理运行受来水的温度、水量影响很大，污水产水指标异常，COD曾高达263 mg/L，氨氮高达147 mg/L。另外，因气化炉内产生的废水含有氟化物以及其他重金属离子，根据环评要求，气化炉内产生废水一律不能外排。污水产水指标见表3。

表3 污水产水指标情况

1.6 现状综述

水系统每个装置都存在问题，其中突出表现在中水回用。由于中水回用回收率低，膜清洗频繁，产生废水量大。废水用汽车拉运到12公里外的安家岭选煤厂，日均达到2 000 t，拉运成本为15元/t，增加生产成本的同时也造成环保方面的风险。另外中水不能满足循环水排污需要，使循环水水质变差，降低循环水水冷却器的换热效率，增加换热管腐蚀泄露的机率，为稳定生产埋下隐患。由于中水处理容量制约，不能接收化学水浓水，化学水浓水从清净排污口排放，为达到地表Ⅲ类水的排放标准，需用一次水进行稀释。中水处理的运行受制于污水生化处理产水质量。气化废水处理酚氨回收装置的工艺、设备运行状况也影响到污水生化处理产水质量。

2 实施措施

2.1 一次水进行预处理

一次水包括引黄水和平鲁污水厂的产水，将通过絮凝沉淀+气浮+过滤工艺，一次水浊度降低95%，保证值小于3 NTU，COD下降22%，保证值小于20 mg/L，并在预处理出水管道上加氯杀菌。使循环水补水、化学水的补充水水质提标，为循环水的水质指标改善创造条件，也有利于降低化学水站预处理的反洗负荷。反渗透进水水质提标，为提高回收率创造条件，均对废水减量有利。

2.2 回收冷凝液

我公司冷凝液分两类，一类是空分空压机等机组汽轮机产生的冷凝液，第二类是为工艺装置加热，蒸汽换热后产生的冷凝液。工艺冷凝液经扩容膨胀器减压后进除氧器回收利用，0.5 MPa的冷凝液减压时汽化并放出大量的热，扩容膨胀器顶部排放的低品位蒸汽量很大，引起设备管道振动，减压后的冷凝液温度依旧较高，造成除氧器底部给水泵产生气蚀，损坏泵叶轮。在开车初期，工艺冷凝液不能全部回收，部分排放到循环水池，造成很大的浪费，也增加了化学水站的负荷。

机组来的冷凝液经过循环冷却水降温，温度小于40 ℃，用机组冷凝液与工艺冷凝液进行换热，将工艺冷凝液的温度降低温度到加压后的饱和温度以下，同时提高机组冷凝液的温度，回收热量，也可以减少了除氧器外加蒸汽量。

2019年2月，增设一台换热面积为353 m2的冷凝液换热器，见图1。将工艺冷凝液温度降低到80 ℃，此后工艺冷凝液全部回到除氧器，不再外排，扩容膨胀器的蒸汽放空全部收回。化学水站的负荷降低到370 t/h～400 t/h之间，与设计值基本接近。

图1 冷凝液换热器示意图

2.3 污水产水进行适度处理

污水产水指标进一步优化，目标作为循环水的补充水。污水进水85%以上来源于气化炉煤气洗涤后产生的煤气水，因此，废水中硬度离子并不高，制约补入循环水中主要因素是COD、氨氮等有机物。污水产水指标最理想时能达到COD为35 mg/L，ρ(氨氮)=2.7 mg/L。在此基础上采用BAF或MBR工艺，将污水产水的COD、氨氮进一步脱除，目标是将COD降低到小于30 mg/L，ρ(氨氮)小于5 mg/L，作为循环水补充水。前提是污水生化处理本装置的运行正常，特别要求酚氨回收装置来水的COD、氨氮及来水量、水温在指标范围内，2019年7～9月间，因酚氨回收装置酚水冷却器堵塞，换热效果差，出水的温度高，造成污水生化条件恶化，产水超标。

2.4 中水回用的优化

中水回用来水取消了污水产水后，来水水源中循环水排污水、化学水处理预处理产生的废水，特点是悬浮物高，反渗透浓水也要回收到中水回用系统，其特点是高盐分。机械澄清池的作用就相对突出，通过调整加药量等措施保证混凝沉淀效果，以中水出泥量作为一项指标，衡量机械澄清池的运行效果，为超滤和反渗透膜提供保护，减少清洗的频次，提高回收率，有效减少废水量。

由于一次水中的COD在循环水、化学水处理反渗透浓水侧进行浓缩，机械澄清池后仍需考虑COD的去除，此处采用过滤器，滤料用活性炭或焦炭，利用滤料强大的表面积吸附COD等杂质，对中水反渗透进水严格把关，根据工程经验，水中COD小于50 mg/L时,反渗透膜的有机物污堵才可控，回收率得以保证。

为进一步减少废水量，采用高压膜对中水浓盐水进行高倍浓缩，预计将浓盐水中的ρ(TDS)从30 000 mg/L浓缩至180 000 mg/L，废水量减至30 m3/h左右，如图2所示。