用水節水工藝探析

蓋繼明

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124000)

1 概 述

遼寧三特石油化工有限公司始建于1996年6月，企業原名為營口三球特種油品有限公司，公司于2005年7月更名為遼寧三特石油化工有限公司。公司坐落于交通便利、環境優美的渤海之濱-營口，是國內專業生產機動車制動液、發動機冷卻液、尿素水溶液、內燃機油、齒輪油、潤滑脂、工礦用油及特種油品的骨干企業。目前，遼寧三特石油化工有限公司已建成年產3萬t柴油發動機氮氧化物還原劑車用尿素水溶液建設項目。為滿足日益增長的市場需求，遼寧三特石油化工有限公司擬在企業現有的工業用地上建設年產35萬t車用尿素水溶液擴建項目。

2 用水節水工藝和技術分析

2.1 生產工藝分析

用于車輛的尿素溶液也稱為環保尿素溶液和汽車廢氣處理溶液[1]，它是無色透明液體，濃度在31.8%和33.2%之間。用于還原柴油卡車尾氣氮氧化合物，降低對環境及空氣的污染。汽車每消耗100升柴油，將消耗2-5L車用尿素。當前用于車輛的尿素溶液通常由32.5%的高純度尿素和67.5%的去離子水組成，其工作原理見圖1。

圖1 車用尿素工作原理圖

超純水生產過程的流程順序依次是原水、原水箱、增壓泵、沙濾器、活性炭過濾器、阻垢劑加藥、5μ精密過濾器、一級高壓泵、一級膜處理系統、一級 RO水箱、兩級高壓泵、兩級膜處理系統、兩級RO水箱、RO水箱、EDI進水泵、EDI裝置、純水箱、純水泵及純水箱[2]。

尿素水溶液生產流程依次為自來水、預處理、一級反滲透、二級反滲透、EDI系統、超純水儲罐、物料儲罐、均質系統、初過濾系統、脫色系統、提取、提純及灌裝[3]。

該系統描述為由預混合系統，初始過濾系統，均質系統，脫色系統和純化系統組成的生產線，該操作模式是目前中國最先進，最成熟的車尿素生產工藝，已進入大規模工業生產階段[4]。

2.1.1 預混合系統

采用曝氣方法和均勻系統用于除去原料液中的一些醛類，同時起到均質作用。

2.1.2 換熱系統

調整到過程所需的溫度，袋裝的顆粒尿素需要加熱以使尿素顆粒更易溶。

2.1.3 初過濾及脫色系統

除去尿素中的懸浮物和其他漂浮雜質，以確保后續工序不會受到影響，脫色系統使用高質量的活性炭進行吸附和脫色，去除尿素中的其他有機雜質，并使尿素溶液更清澈[5]。

2.1.4 精濾系統

防止脫色系統中的活性炭顆粒進入后續處理工序，從而影響后續產品的質量。

2.1.5 提純系統

采用多級凈化塔法去除尿素溶液中的各種離子，縮二脲，磷酸鹽和其他雜質，以確保產品符合的技術要求。

2.1.6 微濾系統

在生產過程中，攔截管道，儲罐，動力設備等可能產生的一些看不見的殘留雜質，以確保最終產品的質量穩定可靠。

2.1.7 還原再生系統

純化塔在生產過程中逐漸失效，還原和再生處理需要達到一定的時間，此過程需要6-8h，還原再生后的再生凈化塔完全可以滿足原始生產工藝的要求。在每個再生周期中將產生2噸廢水，廢水中不含其他重金屬，主要原因是PH值不符合要求，經過中和調整后，可以達到環保排放標準。

2.1.8 廢水處理工藝

其工藝依次為廢水收集池、廢水PH調節池及處理廢水排放池。

2.2 用水工藝分析

生產用水主要包括超純凈水生產用水和車用尿素成品液生產用水。

2.2.1 超純凈水用水

車用尿素溶液嚴格控制雜質，由于普通自來水含有微量元素，例如無機鹽和氯化物，因此不能直接用于配置車輛尿素溶液，在用于制備尿素溶液之前，必須對其進行處理以滿足要求，由于自來水再生過程中使用了各種殺菌化學品，因此不容易對其進行清潔處理，因此，使用深層地下水獲得處理后符合要求的軟水。一般利用純水生產裝置產生的純水再通過EDI裝置進行處理，即可得到生產車用尿素水溶液所需要的純凈水。

2.2.2 車用尿素水溶液用水

車用尿素水溶液主要由預混合系統，熱交換系統，一次過濾系統，均質系統，脫色系統，凈化系統及再生系統等組成[6]。根據車用尿素水溶液生產工藝分析，車用尿素水溶液生產首先通過純水設備工序將原水制成超純凈水，再將尿素于超純凈水進行溶解調和、過濾，多級多級提純法用于去除尿素溶液中的各種離子，比如縮二脲，磷酸鹽和其他雜質。經還原再生處理的提純塔重復使用，達到中國汽車工程學會技術規范標準要求。

2.3 節水技術分析

車用尿素溶液需要嚴格控制雜質，而普通自來水由于消毒等原因會含有氯化物，難以處理。因此本項目使用地下水，經砂濾、活性炭過濾、二級反滲透制取超純水，為車用尿素溶液配制用水。采用多級提純塔方式，對于未通過檢查的產品，去除尿素溶液中的各種離子，經還原再生處理的提純塔重復使用，直至達到生產工藝要求。

本項目所選生產設備均選用國內先進的高效低耗設備，性能先進、生產效率高。根據本項目純水設備廠家提供的資料，純水回收率約80%，原水中溶解物質的濃縮倍率為5倍，節水效果顯著。家庭用水設施使用節水水龍頭和節水馬桶等節水設備，并盡量安裝自動調控設施。

廠區綠化、消防用水完全利用水處理系統在反沖洗、二級反滲透過程的排水。根據純水設備排水水質監測結果，排水水質滿足《中水回用水質標準》，節水效果較好。

3 用水過程和水量平衡分析

3.1 各用水環節節水分析

根據建設項目生產工藝流程，項目主要用水環節包括生產用水、生活用水、廠區綠化用水、消防用水等。

3.1.1 生產用水

主要為純水設備反沖洗、反滲透用水。根據項目純水設備廠家提供資料，純水回收率約80%，原水中溶解物質的濃縮倍率為5倍。由此計算水處理系統在反沖洗、二級反滲透過程排水量為5.75萬m3/a，生產用水量為28.75萬m3/a。

3.1.2 生活用水

根據公司人力資源配置計劃，現有職工181人，年生產天數300d，生活用水按30L/人·d計算，生活日用水量為5.43m3/d，生活年用水量1629m3/a。

3.1.3 廠區綠化用水

根據企業現狀年產3萬t尿素水溶液項目純水設備排水水質監測結果，純水設備排水水質較好，滿足《中水回用水質標準》，可用于廠區綠化用水。廠區綠化面積300m2，綠化用水定額采用4L/m2.d，澆灑天數按180d計，綠化用水量為216m3/a。年產3萬t尿素水溶液項目純水設備排水水質監測結果見表1。

表1 反沖洗、反滲透排水水質監測成果表

3.1.4 消防用水

廠區設置3套消防給水系統，采用地下消防池(長10m×寬10m×深3m)給水方式。消防用水取用純水設備反沖洗、反滲透排水，按火災時室內用水量10L/s,室外用水量15 L/s，一次消防時間3h測算，則一次消防用水量約270m3。

項目用水與排水情況見表2。

表2 項目用水與排水狀況統計表 m3/a

在上述分項用水中，廠區綠化用水和消防用水取用純水設備反沖洗、反滲透排水[7]。擴建項目勞動定員在公司勞動定員中調配，不新增人員，擴建項目員工生活用水量為企業現狀員工生活用水量。因此擴建項目新增水量全部用于生產用水。

3.2 水量平衡分析

根據擴建項目取用水量、項目建設規模、生產工藝流程、蒸發滲漏損失等，編制的生產過程取用水平衡圖見圖2。

從項目生產過程取用水情況來看，項目生產用水量為28.75萬m3/a。在純水設備反沖洗、二級反滲透過程中，廢水排水量為5.75 m3/a，其中486m3/a用于廠區綠化和消防，剩余廢水進入廠區污水收集池、定期運至旗口污水處理廠處理，不外排[8]。

圖2 建設項目生產過程取用水平衡圖

4 用水水平評價及節水潛力分析

4.1 用水水平指標計算與評價

4.1.1 生產用水指標分析

生產單位產品新水量Vuf

Vuf=Vyf/Q

(1)

式中：Vuf為單位產品用水量，m3/t；Vyf為生產用水量總和，m3；Q為產品總量，t。

即 Vuf=Vyf/Q=287500/350000=0.82(m3/t)

目前《遼寧省行業用水定額》中還沒有具體規定車用尿素水溶液的用水定額標準，將建設項目實際用水定額與規定的尿素指標標準進行比較，該建設項目用水定額符合《遼寧省行業用水定額》規定的標準，建設項目生產用水指標合理。見表4。

表4 建設項目生產用水定額比較表

4.1.2 生活用水指標分析

根據建設項目的人力資源配置計劃，生產和管理人員配置為181人，年工作300d，生活用水量為5.43m3/d，用水定額30L/人·d。符合《遼寧省行業用水定額》工業企業職工生活用水指標。

4.2 污水處理及回用合理性分析

據項目《環境現狀評價報告》及生產工藝流程，項目生產、生活用水每年產生的廢水量為57828.5m3/a。其中486m3/a廢水用于廠區綠化和消防，剩余廢水通過廠區排水管線進入污水收集池，定期運至旗口鎮污水處理廠處理。

4.3 節水潛力分析

本項目所選生產設備均選用國內先進的高效低耗設備，性能先進、生產效率高[9]。根據本項目純水設備廠家提供的資料，純水回收率約80%，原水中溶解物質的濃縮倍率為5倍，節水效果顯著。

5 結 語

根據以上建設項目的生產取用水平衡分析，本項目現狀生產用水60871 m3/a，擴建項目生產用水287500m3/a，生產總用水量為348371m3/a。廠區綠化、消防用水為純水設備反沖洗、反滲透排水，用水量為486m3/a。 生活用水主要為職工生產期間生活用水。根據建設項目的人力資源配置計劃，現有職工181人，年生產天數300d，生活用水按30L/人.d計算，生活日用水量為5.43m3/d，生活年用水量1629m3/a。建設項目核定后的全年取用水量為350000m3/a。日取用水量為1166m3/d。