工業(yè)園區(qū)高鹽水綜合利用示范工程
——以榆橫煤化工業(yè)園工業(yè)污水處理廠為例

姬 濤 潘永寶

(1中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心陜西西安7100542陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院陜西西安710048)

工業(yè)園區(qū)高鹽水綜合利用示范工程
——以榆橫煤化工業(yè)園工業(yè)污水處理廠為例

姬 濤1潘永寶2

(1中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心陜西西安7100542陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院陜西西安710048)

本文主要以榆橫工業(yè)園污水廠為例分析園區(qū)污水水質(zhì)特點(diǎn)、來(lái)源及水量，結(jié)合國(guó)內(nèi)外高鹽水處理現(xiàn)狀對(duì)園區(qū)污水處理廠采用的工藝可行性進(jìn)行分析。

工業(yè)園；高鹽水；綜合利用

1 引言

榆橫工業(yè)區(qū)是世界級(jí)綠色高效能源化工綜合性新區(qū)，地處鄂爾多斯地臺(tái)南緣與黃土高原北部過(guò)渡地帶，位于毛烏素沙漠邊緣，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，常年晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，水資源短缺。榆橫工業(yè)區(qū)總面積914km2，主要包括榆林經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、榆林高新區(qū)、橫山西南新區(qū)、榆橫煤化工業(yè)區(qū)（南區(qū)）和榆橫煤化工業(yè)區(qū)（北區(qū)）。規(guī)劃以煤、鹽等資源的深度轉(zhuǎn)化和綜合高效利用為原則，形成從資源開發(fā)、粗加工、精細(xì)化工、加工制造等為一體的完整生產(chǎn)體系。

榆橫煤化工業(yè)園（南區(qū)）是榆橫工業(yè)區(qū)內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，位于橫山縣白界鄉(xiāng)沙河境內(nèi)，園區(qū)為東西長(zhǎng)7.7km，南北寬5km，面積為38.5km2的矩形區(qū)域。主要發(fā)展煤焦化、烯烴生產(chǎn)及加工業(yè)、碳一化工、氮肥生產(chǎn)及加工業(yè)、鹽化工、電力等產(chǎn)業(yè)，園區(qū)已有4家企業(yè)入駐，分別為陜西延長(zhǎng)石油榆林煤化有限公司、陜西榆林凱越煤化有限公司、中煤陜西榆林能源化工有限公司和華電集團(tuán)。

目前，榆橫煤化工業(yè)園（南區(qū)）水資源匱乏，不能滿足榆橫煤化工業(yè)區(qū)（南區(qū)）發(fā)展的用水需求，且隨著區(qū)域內(nèi)其他工業(yè)區(qū)的建設(shè)，勢(shì)必削弱榆橫煤化工業(yè)園區(qū)的供水能力。為了節(jié)水減排，該園區(qū)內(nèi)企業(yè)均遵從循環(huán)利用的原則，對(duì)各自企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)廢水和生活污水進(jìn)行處理后回用，園區(qū)企業(yè)的外排水為無(wú)法回用的濃鹽水（包括鍋爐排水、循環(huán)冷卻排水、脫鹽水站排放的高鹽水），由于該園區(qū)的納污水體只有無(wú)定河，高鹽水的排放勢(shì)必會(huì)給無(wú)定河以及其支流水文情勢(shì)及水環(huán)境質(zhì)量、無(wú)定河濕地自然保護(hù)區(qū)產(chǎn)生較大影響。因此，對(duì)園區(qū)高鹽水實(shí)施處理后回用具有顯著的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

2 污水來(lái)源及水質(zhì)

園區(qū)內(nèi)企業(yè)采用節(jié)水減排措施，各企業(yè)廢水經(jīng)各自廠內(nèi)處理后回用到循環(huán)水系統(tǒng)。園區(qū)企業(yè)的外排水為無(wú)法回用的濃鹽水（包括鍋爐排水、循環(huán)冷卻排水、脫鹽水站排放的高鹽水），達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后外排，因此園區(qū)內(nèi)廢水主要為各企業(yè)排出的高鹽水。園區(qū)近期廢水量根據(jù)入園企業(yè)排水量進(jìn)行估算，目前已經(jīng)入園的企業(yè)有：（1）陜西延長(zhǎng)石油榆林煤化有限公司；（2）陜西榆林凱越煤化有限公司；（3）中煤陜西榆林能源化工有限公司；（4）華電。近期廢水排放量見表1。

廢水主要來(lái)源為：（1）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水，鹽含量2500 mg/L～3000mg/L；（2）鍋爐排污水，鹽含量3000 mg/L～4000mg/L；（3）脫鹽水站排污水，鹽含量6000 mg/L～8000mg/L。

廢水含鹽量較高，平均含鹽量為5000mg/L,其他各項(xiàng)污染物指標(biāo)均符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)見表2。

表1 園區(qū)近期高含鹽廢水排放量

表2 園區(qū)高含鹽廢水水質(zhì)表

高鹽水處理站處理后的脫鹽水作為園區(qū)中水回用，其回用水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《城市污水再生利用-工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）和《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)以及《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG-T3923-2007），中水回用水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 回用水質(zhì)指標(biāo)

3 高鹽水處理技術(shù)概述

根據(jù)煤化工高鹽水[1]的特點(diǎn)及處置需求，現(xiàn)階段通常采用的高鹽水處理工藝有膜分離技術(shù)、熱蒸發(fā)技術(shù)以及兩種技術(shù)形成的組合工藝三大類。

3.1 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)[2,3]是利用膜對(duì)混合物中各組分選擇透過(guò)性能的差異來(lái)分離、提純和濃縮目標(biāo)物質(zhì)的新型分離技術(shù)。目前，在化工及石油工業(yè)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用的膜分離技術(shù)有五種，分別是超濾、微濾、納濾、電滲析和反滲透。按照脫鹽能力的大小可將其進(jìn)行初步劃分，即微濾＜超濾＜納濾≤電滲析＜反滲透。

超濾、微濾、納濾主要用于氣、液相微粒、細(xì)菌以及其他污染物的截留去除，最小截留分子量可達(dá)80 Dal～1000Dal。但以上技術(shù)的脫鹽效果并不理想，其一般可作為料液的澄清、保安過(guò)濾、空氣除菌、大分子有機(jī)物的分離與純化等。電滲析與反滲透是脫鹽技術(shù)中常用的兩種方法。前者是以電位差作為推動(dòng)力，后者則是以滲透壓作為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程。前者利用自動(dòng)頻繁倒換電極的方式，有效解決了裝置持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行與頻繁結(jié)垢的問(wèn)題；后者使RO在pH較高的條件下，通過(guò)兩級(jí)軟化、脫氣處理去除了硬度和二氧化碳，提高了硅的結(jié)垢極限，有效控制了生物和有機(jī)物的污堵，并大大提高了廢水回用率（＞90%）。由于EDR技術(shù)電耗大、處理成本高、操作經(jīng)驗(yàn)不足、回用水率普遍不高等原因，目前已逐漸被具有節(jié)能、處理成本低、規(guī)模大、技術(shù)成熟等特點(diǎn)的反滲透膜分離技術(shù)所取代。但反滲透膜分離技術(shù)也存在著亟待需要解決的膜污染、堵塞、腐蝕、使用壽命短等問(wèn)題，尤其是當(dāng)給水TDS高于6000mg/L時(shí)，其脫鹽率會(huì)急劇下降[4]。

3.2 熱蒸發(fā)技術(shù)

熱蒸發(fā)技術(shù)主要針對(duì)含鹽量在4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）左右或更高濃度的含鹽廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的工藝，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：(1)一般使用物理方法進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，有時(shí)可見化學(xué)法（焚燒、高級(jí)氧化等）；(2)廢水處理量普遍不大，有的甚至很小；(3)處理成本和能耗普遍較高；(4)固廢產(chǎn)生量大，成分復(fù)雜，無(wú)法有效回收再利用等。熱蒸發(fā)技術(shù)主要有多效蒸發(fā)[5]、機(jī)械壓縮再蒸發(fā)、膜蒸餾等技術(shù)[6]。

3.3 膜分離與熱蒸發(fā)組合技術(shù)

隨著國(guó)家及地方針對(duì)煤化工廢水排放的環(huán)保政策與要求的不斷深化，高鹽水處理的工藝組合技術(shù)得到了較快的發(fā)展與研究，正向多樣化、可協(xié)同處理的成熟路線穩(wěn)步發(fā)展。該組合工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于工藝的選擇性多，水質(zhì)適應(yīng)性好，可根據(jù)脫鹽規(guī)模大小、水質(zhì)要求、地理氣候條件、技術(shù)與安全性、投資來(lái)源與管理體制等實(shí)際條件形成不同的處理方法。該工藝主要采用了石灰石軟化、超濾、反滲透、熱蒸發(fā)組合技術(shù)。

4 榆橫工業(yè)園污水處理工藝流程簡(jiǎn)述

本項(xiàng)目高鹽水站進(jìn)水有相當(dāng)大部分本身就為常規(guī)反滲透脫鹽后的濃水，采用常規(guī)的脫鹽工藝流程是不合適的，差異性主要體現(xiàn)在：（1）常規(guī)的脫鹽工藝流程是以提高產(chǎn)水品質(zhì)，提高淡水回收率為目的；（2）本項(xiàng)目高鹽水站的目的是為了盡量提高淡水回收率，減少濃水排放，其核心點(diǎn)在于減排。淡水含鹽量不超過(guò)1000mg/L即可；（3）本項(xiàng)目高鹽水站的濃鹽水要實(shí)現(xiàn)零排放，需要經(jīng)過(guò)后續(xù)的濃縮蒸發(fā)結(jié)晶和蒸發(fā)塘來(lái)消納，高鹽水站排放的濃鹽水量直接影響工程占地和投資，比例大約為工程投資的30%～50%。

鑒于以上理由，園區(qū)污水處理廠必須強(qiáng)化預(yù)處理流程，以達(dá)到較高水平的淡水回收率，減少濃液排放。

預(yù)處理主要側(cè)重于軟化除硬度、濁度、懸浮物、強(qiáng)化除油、去COD，工藝核心在于除硬度，以提高后續(xù)膜單元的淡水回收率，綜合考慮物料性質(zhì)、環(huán)境條件及工藝特征等進(jìn)行選擇，因此，本項(xiàng)目高鹽水站處理采用工藝組合如下：石灰澄清+氣浮強(qiáng)化處理+砂濾+離子軟化除鈣鎂+HTUF超濾+HTRO脫鹽+WLAO高級(jí)氧化+WST技術(shù)+自然蒸發(fā)。

圖1 工藝流程框圖

采取以上工藝具有以下特性：（1）該項(xiàng)目的HTRO脫鹽工藝運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行成本低（比一般傳統(tǒng)的RO要低15%～20%）投資費(fèi)用低（一般比傳統(tǒng)的RO要低30%），占地面積更低。（2）通過(guò)調(diào)節(jié)RO進(jìn)水的PH值到8.5以上，提高RO的回收率，達(dá)到95%的回收率。（3）提高運(yùn)行pH值還有控制有機(jī)物粘污的作用。在高pH值條件下,有機(jī)物被乳化或被皂化,使其不會(huì)粘附在反滲透膜上,而常規(guī)反滲透膜的有機(jī)物粘污只能通過(guò)化學(xué)清洗來(lái)清除。（4）HERO工藝中反滲透膜的防垢是通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,即在預(yù)處理系統(tǒng)中去除給水中的硬度、碳酸鹽堿度以及其它易引起結(jié)垢的物質(zhì)；而常規(guī)反滲透膜的防垢是通過(guò)加藥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（5）臺(tái)風(fēng)蒸發(fā)技術(shù)是目前世界上處理高鹽分廢水最可靠、最有效的技術(shù)解決方案。該技術(shù)通過(guò)模擬自然降雨過(guò)程使廢水中的凈水在較低的溫度條件下就能蒸發(fā)出來(lái)形成雨滴得到凈化，從而實(shí)現(xiàn)高含鹽廢水的處理。在得到潔凈水時(shí)，廢水中的鹽分沉積下來(lái)形成固體鹽分，實(shí)現(xiàn)含鹽廢水的零排放。同時(shí)也可以根據(jù)需要，得到任意含水率的鹽分。該方法利用人工蒸發(fā)結(jié)晶和自然蒸發(fā)相結(jié)合，既考慮了投資費(fèi)用的問(wèn)題，又考慮了占地面積的使用問(wèn)題，相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理。（6）該方法充分利用了自然條件及其強(qiáng)化過(guò)程實(shí)現(xiàn)廢水在低溫狀態(tài)下的凈化分離，節(jié)能環(huán)保，運(yùn)行費(fèi)用低，處理徹底，沒有二次污染問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

榆橫工業(yè)園污水處理廠項(xiàng)目本身即是一個(gè)環(huán)保工程，其環(huán)境效益顯著。項(xiàng)目建成后，大大削減了園區(qū)內(nèi)各類廢水污染物的排放，有利于改善外界地表水體的環(huán)境質(zhì)量狀況；污水處理廠中水回用于園內(nèi)各企業(yè)，可大幅度減少新鮮水的取用量，節(jié)約用水，緩解當(dāng)?shù)厮Y源缺乏的現(xiàn)狀。本項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，實(shí)現(xiàn)了廢水污染物減排和廢水的綜合利用，減少了環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

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姬濤（1981—），女，漢，山西原平人，碩士，中級(jí)工程師，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。