某煤化工項目是以煤為原料生產(chǎn)180萬t/a甲醇，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SHMTO技術將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴并進一步生產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯等最終產(chǎn)品的大型一體化煤制烯烴項目。該項目包括煤氣化、凈化（含變換及酸性氣脫除）、硫回收、甲醇合成、甲醇制烯烴及烯烴分離、C4烯烴轉(zhuǎn)化、低密度聚乙烯、聚丙烯等8套工藝生產(chǎn)裝置和3套空分裝置，以及配套的自備電站（含化水站）、凈水場、循環(huán)水場、污水處理場、罐區(qū)等公用工程、輔助設施及廠外工程等。該項目地處新疆，面臨水資源緊張和缺乏納污水體、排污受限等問題，因此項目實施了廢水“零”排放方案，以破解當?shù)厮Y源和水環(huán)境承載力對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的矛盾問題。該項目產(chǎn)生的廢水成分復雜、污染物種類多、濃度高，廢水處理充分貫徹清污分流、污污分治、一水多用、節(jié)約用水的原則，對不同水質(zhì)的廢水分別進行處理，最大限度地提高水的重復利用率及廢水資源化率。根據(jù)來水水質(zhì)的不同，該項目污水處理場優(yōu)化集成了各種不同的組合工藝，主要包括污水生化處理裝置、含鹽廢水膜處理裝置、高效膜濃縮裝置以及濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶裝置等，其中高效膜濃縮裝置采用了高效反滲透（HEROTM）專利工藝技術，可以對常規(guī)反滲透濃液進一步濃縮，極大降低后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶裝置的規(guī)模，有效降低廢水處理的投資成本和運行成本，在廢水“零”排放集成工藝中發(fā)揮了重要作用。本文詳細介紹了高效反滲透工藝的技術特點和技術優(yōu)勢，并對高效膜濃縮裝置采用該技術的設計與運行情況進行總結(jié)，給出了裝置的實際運行效果，并對處理工藝流程及各處理單元工藝的主要設計參數(shù)和功能等進行了說明。

　　1 高效反滲透工藝（HEROTM）

　　HEROTM工藝（中國專利號：ZL97197289.3）是在上世紀90年代，在常規(guī)反滲透技術上發(fā)展起來的，它克服了單純離子交換和反滲透各自的缺點，結(jié)合了離子交換和反滲透各自的優(yōu)點，是目前較為先進的一種濃鹽水處理技術。其核心的工藝原理是：采用離子交換將水中的硬度去除，大部分的鹽分靠反滲透去除；同時，反滲透在高pH條件下運行，硅主要是以離子形式存在，不會污染反滲透膜并可通過反滲透去除；而水中的有機物在高pH條件下皂化或弱電離，不會造成膜的有機物和生物污染。相對于常規(guī)反滲透技術，高效反滲透技術具有更高的水回收率，在高濃縮倍率情況下，抗有機物污染、生物污堵和結(jié)垢性污染的能力顯著增強。

　　1.1高效反滲透工藝的技術特點與技術優(yōu)勢：高效反滲透工藝具有如下技術特點與優(yōu)勢。①抗有機物污染強；②抗生物污染強；③抗顆粒性/膠體污染型強；④無硅的污染并有極高的去除率；⑤無難溶鹽的污染。

　　1.2高效反滲透與常規(guī)反滲透。

　　高效反滲透技術在煤化工廢水零排放中的應用

　　2 裝置設計基礎

　　2.1設計進水水量與水質(zhì)：高效膜濃縮裝置設計處理量為375m3/h，廢水來源于含鹽廢水膜處理裝置的常規(guī)反滲透濃縮液，含鹽廢水膜處理裝置主要處理循環(huán)冷卻水排污水、化學水處理站排污水以及污水生化處理裝置的產(chǎn)水。鹽分質(zhì)量濃度約6000mg/L。

　　高效反滲透技術在煤化工廢水零排放中的應用

　　2.2設計產(chǎn)水水量與水質(zhì)：高效膜濃縮裝置的產(chǎn)水水質(zhì)好，稱為優(yōu)質(zhì)再生水，系統(tǒng)設計水回收率90%以上，可替代生產(chǎn)給水作為除鹽水站的原水、循環(huán)水系統(tǒng)補充水、沖洗用水、采暖熱網(wǎng)補充水、工藝用水等。

　　高效反滲透技術在煤化工廢水零排放中的應用

　　經(jīng)膜濃縮后的濃水鹽分質(zhì)量濃度在60000mg/L左右。

　　3 裝置的工藝設計

　　高效反滲透技術在煤化工廢水零排放中的應用

　　該裝置主要包含化學軟化澄清、深度除硬/脫碳預處理、超濾/高效反滲透系統(tǒng)、產(chǎn)品水精處理系統(tǒng)等。

　　上游含鹽廢水膜處理裝置產(chǎn)生的RO濃水進入高效膜濃縮進料水罐后進行水量和水質(zhì)的調(diào)節(jié)。根據(jù)廢水硬度很高的特點，設置石灰、純堿軟化處理。向原水中投加石灰和純堿以去除水中的硬度，經(jīng)高效沉淀池去除固體懸浮物后，泵入剩余硬度去除系統(tǒng)去除水中的剩余硬度，硬度去除采用兩級離子交換，一級采用強酸鈉離子軟化器，在此去除大部分的剩余硬度，二級采用弱酸陽離子交換器，去除剩余的所有硬度，脫除硬度后的軟水送至脫氣塔，以脫除水中大部分的CO2，產(chǎn)水中CO2小于5mg/L。脫碳后產(chǎn)水經(jīng)超濾成套設備過濾后，由反滲透進水泵提升至保安過濾器，去除水中可能存在的直徑大于5μm的顆粒，然后由反滲透高壓泵增壓后送入高效反滲透單元。反滲透的產(chǎn)水送至反滲透HERO產(chǎn)水—再生水池。然后將該池中的反滲透產(chǎn)水再泵入強酸陽床交換器（SAC）除氨系統(tǒng)，經(jīng)過最終的精處理后，出水進入優(yōu)質(zhì)再生水回用水罐（SAC產(chǎn)品水水箱）。經(jīng)反滲透（HERO）濃縮后的濃水儲存于HERO濃水中間池，再通過反滲透濃水泵送至后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶單元。

　　鈉離子軟化器和弱酸陽離子交換器再生廢液均送至再生廢水池，經(jīng)再生廢水泵送到蒸發(fā)結(jié)晶單元。強酸陽離子交換器再生廢液進入到SAC強酸陽床再生廢液水池，經(jīng)SAC再生廢水泵送到設置在生化裝置臭氣處理單元的SAC再生廢水脫氨塔處理，處理后的廢水再送至蒸發(fā)結(jié)晶單元處理。

　　3.2主要處理工藝單元

　　3.2.1高效膜濃縮進料水罐：用于濃鹽水高效膜濃縮單元進水的水質(zhì)水量調(diào)節(jié)。按處理能力（375m3/h）的16h設計。主要參數(shù)如下：數(shù)量：2臺，外形尺寸：φ16000mm×16500mm，有效容積：3000m3，材質(zhì)：碳鋼+防腐+保溫。
3.2.2石灰軟化澄清池（高效沉淀池）：用于濃鹽水的石灰—純堿軟化處理，降低出水的硬度。主要參數(shù)如下：數(shù)量：1座，設計處理水量：435m3/h。外形尺寸：混凝反應池（3631-T-002）：2400mm×2400mm×5200mm，Ve=26.4m3，停留時間：3.64min，1座；石灰反應池（3631-T-003）：2400mm×2400mm×5200mm，Ve=26.4m3，停留時間：3.64min，1座；純堿反應池池：2400mm×2400mm×5200mm，Ve=26.4m3，停留時間：3.64min，1座；絮凝池：3000mm×3000mm×5000mm，Ve=41.4m3，停留時間：5.71min，2座；單個澄清池：φ6000mm×5300mm，表面負荷L=7.69m3/（m2/h），2座。主要材質(zhì)：鋼混。

　　3.2.3石英砂過濾器：用于濃鹽水的過濾，降低水中的濁度。主要參數(shù)如下：數(shù)量：3臺（2用1備），設計處理水量：432m3/h，壓力：0.6MPa，單臺尺寸：φ3200mm×7000mm（臥式），濾料：礫石5.28m3，石英砂18.49m3，罐體材質(zhì)：碳鋼+襯塑。

　　3.2.4鈉離子軟化器：用于石英砂過濾器產(chǎn)水的陽離子交換，降低水中的大部分硬度。主要參數(shù)如下：數(shù)量：4臺（3用1備），設計處理水量：425m3/h，設計壓力：0.6MPa，尺寸：φ3400mm×2800mm（立式），樹脂類型：強酸型，數(shù)值型號：AMBERJET1000Na，樹脂體積：12.36m3，罐體材質(zhì)：碳鋼+襯塑。

　　3.2.5弱酸陽床：去除鈉離子軟化器產(chǎn)水的剩余硬度。主要參數(shù)如下：數(shù)量：4臺（3用1備），設計處理水量：417m3/h，設計壓力：0.6MPa，尺寸：φ2800mm×2800mm（立式），樹脂類型：弱酸型，數(shù)值型號：AMBERLITEIRC86，樹脂體積：6.16m3，罐體材質(zhì)：碳鋼+襯塑。

　　3.2.6脫碳塔：空氣吹脫，脫去弱酸陽床產(chǎn)水中的CO2。主要參數(shù)如下：數(shù)量：2臺，設計處理水量：416m3/h，設計壓力：大氣壓，尺寸：φ2400mm×3900mm（立式），數(shù)值型號：拉西環(huán)，樹脂體積：9.05m3，罐體材質(zhì)：碳鋼+襯塑

　　3.2.7超濾膜組：用于RO膜組前的深度處理，進一步降低廢水的SDI值，主要參數(shù)如下：數(shù)量：3組，設計處理水量：412m3/h，單組進水能力：Q=165m3/h，回收率：≥90%，膜通量：≤50L/（m2˙h），設計壓力：P=0.2MPa，最大進水組件壓力（40℃時）：0.3MPa，最大跨膜壓差（TMP）：ΔP=0.21MPa，最大氣洗流量：12m3/hr，最大反洗壓力：0.25MPa，最大NaClO耐受濃度：1000mg/L，最大懸浮物耐受濃度：100mg/L，最高濁度：300NTU，最大顆粒物粒徑：300μm，預期產(chǎn)水濁度：≤0.1NTU，預期產(chǎn)水SDI：≤0.25。

　　3.2.8一級二段RO膜組：用于濃鹽水的脫鹽處理，得到優(yōu)質(zhì)再生水，主要參數(shù)如下：數(shù)量：3組，設計處理水量：370m3/h，單組進水能力：Q=185m3/h，設計膜通量（15℃）：≤15L/（m2˙h），回收率：≥90%，單組產(chǎn)水水量：≥164.5m3/h，總的產(chǎn)水量：≥329m3/h，正常運行溫度：10~30℃。

　　3.2.9強酸陽床：去除RO膜組產(chǎn)水中的氨。主要參數(shù)如下：數(shù)量：3臺（2用1備），設計處理水量為：328m3/h，設計壓力：0.36MPa，尺寸：φ2800mm×2600mm（立式），樹脂類型：強酸型，數(shù)值型號：AMBERLJET1500H，樹脂體積：9.18m3，罐體材質(zhì)：碳鋼+襯塑。

　　4 裝置的實際運行情況

　　4.1各主要工藝單元實際處理效果：該處理裝置自2016年3月調(diào)試并投入運行以來，一直運行比較穩(wěn)定，各主要處理工藝單元運行指標均達到設計要求。

　　高效反滲透技術在煤化工廢水零排放中的應用

　　4.2裝置運行情況：經(jīng)過一段時間的運行考驗，該裝置整個系統(tǒng)運行比較平穩(wěn)，通過對調(diào)試和運行情況以及從性能測試數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)如下。（1）高效反滲透回收率和脫鹽率效果較好。裝置的水回收率達到了90%以上，脫鹽率高于97%，完全達到了設計要求。（2）反滲透膜系統(tǒng)運行穩(wěn)定。該項目采用了美國陶氏公司生產(chǎn)的寬流道抗污染型反滲透膜元件，反滲透進水pH控制在10.5~11之間，反滲透裝置的段間壓差、產(chǎn)水水量、水質(zhì)指標等非常穩(wěn)定。（3）水中的鈣、鎂、鐵等二價、三價金屬離子的結(jié)垢問題在預處理得到了控制。在石灰、純堿軟化和離子交換去除了水中殘留的硬度及堿度，實際運行過程中，控制鈉離子交換器的實效終點為50mg/L，弱酸離子交換器的實效終點為1mg/L。（4）二氧化硅的控制。高效澄清池去除了一部分進水中的二氧化硅，反滲透入口投加少量的控制硅污染的阻垢劑，該阻垢劑同時還具有控制鈣鎂垢的作用。（5）懸浮物、有機物、和微生物的控制。雖然進水含有一定量的COD，但預處理對COD有少量的去除，反滲透在高pH條件下運行，有機物的污染得到了控制。反滲透的段間壓差也基本維持穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)懸浮物、有機物污堵。

　　4.3運行成本分析：該項目高效膜濃縮裝置自2016年年初運行以來，到目前已經(jīng)運行近一年的時間，總計處理工業(yè)廢水近150萬t，回收優(yōu)質(zhì)再生水近130萬t，優(yōu)質(zhì)再生水替代生產(chǎn)水作為循環(huán)水系統(tǒng)的補水，生產(chǎn)水的處理成本約5元/t，優(yōu)質(zhì)再生水的處理成本也在5元/t左右，處理費用基本可以抵消。另外，優(yōu)質(zhì)再生水的水質(zhì)明顯優(yōu)于生產(chǎn)水，用優(yōu)質(zhì)再生水替代生產(chǎn)水作為循環(huán)水系統(tǒng)的補水，補充到循環(huán)水系統(tǒng)后能進一步增加循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，減少排污，進一步節(jié)約了生產(chǎn)成本。

　　5 結(jié)論

　?。?）高效反滲透技術以完善的預處理措施和高回收率的優(yōu)勢在很多工業(yè)污水項目上發(fā)揮出了優(yōu)勢，并且具備膜結(jié)垢污堵頻次低，出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，同時在投資、運行管理等方面也表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，是目前高含鹽廢水的有效處理方法之一。

　?。?）高效反滲透技術能夠很好的解決濃鹽水減量化的問題，在含鹽污水膜法處理和熱法處理之間搭建一座平臺，鋪設了一條捷徑，具有可觀的經(jīng)濟效益、社會效益。

來源：中國水網(wǎng)　　　　　作者：中國水網(wǎng)