鍋爐排污水的高品質回收工藝研究

王曦

中石化廣元天然氣凈化有限公司 （四川廣元 628415）

某化工廠地處西南地區水源保護區域，因此廠區用水、排水均受到嚴格管控。根據環保要求，廠區排污水要符合GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級A 類排放要求。該化工廠區有4 臺熱水鍋爐和2 臺動力鍋爐，為了防止在鍋爐中產生鈣垢和腐蝕，在鍋爐給水中加入磷酸鹽，以保證鍋爐給水進入爐內的殘余Ca2+不會直接形成水垢，而是與磷酸鹽生成水渣，并通過鍋爐排污系統予以排除。這種向鍋爐給水中投加磷酸鹽的處理方法稱為鍋爐給水的磷酸鹽處理。為了保證鍋爐系統運行穩定且水質指標在規定范圍內，鍋爐排污系統采用連排或定排方式，將部分含鹽量高的鍋爐水從鍋筒中排出。廠區4 臺熱水鍋爐和2 臺動力鍋爐合計排污水量約為40 m3/h。排污水中磷酸鹽質量濃度為5～15 mg/L，達不到一級A 類排放對總磷指標的要求［排污水中總磷質量濃度小于0.5 mg/L（以P 計）］。為了減輕廠區的環保壓力，同時達到節水減排的目的，結合鍋爐排污水的水質特點，開發并設計了本套反滲透+化學沉淀組合工藝技術。

1 工藝設計

1.1 原水水質水量

鍋爐排污水回收處理裝置設置兩套，單套設計處理水量為30 m3/h，合計處理水量60 m3/h，鍋爐排污水水質及工藝設計出水水質要求見表1。

表1 排污水質及工藝出水要求

1.2 工藝流程

鍋爐排污水經水冷換熱器降溫，溫度從80～90℃降至25～35 ℃，然后進入儲水箱，通過原水泵輸送至雙濾料多介質過濾器進行深層過濾，去除可能存在的鐵氧化物、懸浮物等；過濾出水經過保安（精密）過濾器，進一步去除微小顆粒、膠體、金屬氧化物等雜質，然后通過高壓給水泵輸送至反滲透膜系統，去除磷酸鹽及其他殘余離子；產水側得到高品質的淡水，其作為一級除鹽水通過獨立出水管道進入除鹽水箱，后續作為混床給水使用。反滲透濃水通過獨立管道進入絮凝沉降池，在沉降池入口加入絮凝劑，進行化學混凝（絮凝）沉降處理。上清液高度凈化后，出水作為反滲透裝置給水回到儲水箱；底泥排放至廢泥池，由污泥泵抽出后風干，外運處置。

反滲透系統在長周期連續運行過程中，可能析出如磷酸鹽類的結垢物質，并在膜表面沉積，造成反滲透膜損壞，并導致膜系統出水品質下降。在反滲透給水系統增加阻垢劑加藥系統，通過計量泵在給水中連續加注低劑量阻垢劑，以保持膜系統運行穩定。

另外，兩套反滲透裝置設置一套清洗裝置，通過定期投加化學清洗劑對工藝裝置進行在線或離線清洗，以清除膜系統運行過程中形成的污垢，恢復膜元件的性能，達到恢復膜通量、延長膜元件使用壽命的目的。

反滲透膜+化學沉淀組合工藝技術屬于物化過程，處理流程如圖1 所示。

圖1 反滲透+化學沉淀組合工藝流程

1.3 工藝流程說明

1.3.1 多介質過濾器

多介質過濾器包括筒體、反洗氣管、布水組件、支撐組件、濾料、排氣閥以及配套的管線和閥門等。多介質過濾器的濾料由無煙煤與石英砂組成（雙層），過濾精度達到0.8～1.0 mm，可去除鍋爐排污水中的鐵氧化物、懸浮物、膠體顆粒等，使出水濁度小于3.0 NTU。

1.3.2 保安過濾器

保安過濾器由微孔薄膜濾芯和不銹鋼外殼及必要的不銹鋼管道、閥門組成。折疊式筒式微孔膜濾芯與過濾器外殼的密封方式為插入式，膜材質為聚丙烯（PP），操作壓力不大于0.3 MPa。在反滲透膜裝置前設置保安（精密）過濾器，目的是滿足反滲透膜組進水要求。保安（精密）過濾器可濾除進水中0.1 μm及以上的細小微粒,使出水濁度小于0.2 NTU，確保膜系統進水水質。

1.3.3 高壓泵

高壓泵是反滲透膜系統的關鍵運行設備，通過高壓給水泵形成非常大的壓力使給水克服滲透壓穿過反滲透膜，同時給反滲透膜系統輸送一定流量和壓力的水源，保證反滲透系統的順利運轉。高壓泵選用立式、單吸離心泵，材質為316 L 不銹鋼。

高壓泵進水口設置低壓開關保護，當進水壓力低于設定值（0.05 MPa）時，停止高壓泵，以免高壓泵、膜組件受損。

1.3.4 反滲透膜組

反滲透膜組由膜元件、壓力容器、儀表、管道、閥門、控制箱、儀表箱、電氣控制系統、膜堆、膜架等組成，采用一級兩段式排列。膜元件采用低壓復合膜BW30-40，標準狀態下，單只膜脫鹽率達99.5%，可脫除排污水中磷酸鹽為主的離子。高品質的除鹽水克服滲透壓進入產水側，而磷酸鹽在濃水側富集，進入后續絮凝沉降處理過程。反滲透過程為物理過程，不需要加熱，沒有相的變化，具有設備體積小、操作簡單、適應性強、能耗較低等優點。反滲透系統中淡水、濃水檢測用到的電導率測定儀、流量儀、pH 計、氧化還原電位表等均采用國產產品。

1.3.5 絮凝沉降池

兩套反滲透系統濃水進入共同的絮凝沉降池（采用穿孔旋流絮凝池工藝）。絮凝沉降池由兩個接近正方形的豎井組成，豎井之間由過水孔洞連接。過水孔洞對角交錯布置，水流通過過水孔洞時會產生射流作用，在豎井內沿池壁形成旋流，從而促進絮凝沉降效果。在絮凝沉降池投加pH 調節劑和絮凝劑（聚鋁、聚鐵），通過強力混合、反應、絮凝、澄清、分離等把高濃度的磷酸鹽從濃水中分離出來，得到濁度極低的軟化水（出水濁度小于3 NTU）。污水殘余總磷質量濃度小于0.5 mg/L，可作為鍋爐原水水源進入原水箱。

工藝流程如圖2 所示。

圖2 高磷濃水絮凝沉降處理工藝流程

1.3.6 反滲透清洗裝置

2 套反滲透裝置合用一套化學清洗裝置。化學清洗裝置的功能為：當反滲透裝置流量減少10%或壓降升高15%時，對反滲透膜系統進行在線化學清洗，以恢復膜元件的性能，延長膜的使用壽命。化學清洗系統由1 臺清洗水箱、1 臺反滲透化學清洗泵和1 臺5 μm 保安過濾器以及配套的管道、閥門組成。清洗系統管路可分別連接2 套反滲透裝置，便于對反滲透裝置進行化學清洗。化學清洗箱裝有電加熱器、溫度計和液位計，采用碳鋼內噴涂聚丙烯膠。化學清洗給水采用反滲透產水。

1.3.7 加藥系統

設置一套阻垢劑加藥裝置，用于防止磷酸鹽等在反滲透膜的濃水側結垢，并防止膠體物質在反滲透膜的濃水側沉積。采用計量泵連續投加阻垢劑。

阻垢劑加藥裝置主要包括阻垢劑溶液箱、阻垢劑計量泵。阻垢劑溶液箱上設電動不銹鋼攪拌器。加藥管道、閥門均采用硬聚氯乙烯（UPVC）材質，溶液箱采用SS304 不銹鋼材質。

2 運行效果

工藝系統自2019 年10 月開始調試，連續穩定運行至今已經超過3 年，2 套裝置近期（2023 年2月）產水水質指標月平均值如表2 所示。

表2 反滲透系統產水水質指標月平均值（2023 年2 月）

該組合工藝強調對磷酸鹽的去除，根據表2 可知，出水水質達到一級除鹽水水質要求。產水進入除鹽水箱作為混床進水，裝置的產水回收率穩定達到85%及以上，磷酸鹽去除率在98%以上，濃水水量大幅減少。在濃水進入絮凝沉降池后，采用化學絮凝沉淀方法，投加少量混凝劑-絮凝劑或化學除磷劑完成絮凝沉降，上清液被高度凈化，總磷質量濃度小于0.5 mg/L（以P 計），該低濁度軟化水回用到鍋爐中。

組合工藝運行良好，工藝出水水質穩定，工藝系統清洗頻率低，技術成熟，綜合管理方便，減少了大量排污水，取得可觀的經濟效益，在實現了鍋爐排污水高品質回收利用的同時，也實現了鍋爐排污系統的零排放。

3 結語

反滲透+化學沉淀法組合工藝技術對鍋爐排污水中磷酸鹽為主的雜質離子的去除取得了優異的效果，出水符合鍋爐除鹽水或原水的使用要求。該工藝技術不但回收了高品質的除鹽水，減少了排污水的排放，減輕了環保壓力，也減少了工業一次水的使用，為企業帶來了可觀的經濟、社會和環境效應。

該組合工藝的反滲透、絮凝沉淀等工藝單元技術成熟，并且工藝穩定，整個流程相對簡單，設備體積小、占地少、管理方便，值得在類似鍋爐排污系統中推廣應用。