山東某石化企業廢水零排放項目設計實例
1項目背景
石油化工資源是人類發展非常重要的一種資源，給人類社會帶來了巨大的發展動力，在石油化工產品的化學加工過程中，勢必會產生廢水等污染物，其廢水具有成分復雜、含鹽量高等特點，能夠對其最大限度回用，實現廢水零排放的目標，具有重要的現實意義。
2工程概況
2.2工藝流程
本工程結合中試試驗結果，對之前的中試工藝路線進行了調整，具體設計說明如下：
將濃鹽水通過化學除硬裝置去除大部分硬度、硅和部分有機物，之后再經過樹脂軟化裝置進一步脫硬，以降低后續工藝裝置結垢風險；澄清池可高效率的絮凝沉淀水體中顆粒雜志，具有對進水波動不敏感、承受較大范圍流量變化的特點，為后續膜系統提供了有效屏障；針對系統進水TDS較高的特點，采用ED離子膜濃縮裝置對濃水進行濃縮；濃縮產水再經過臭氧-活性炭生物濾池吸附裝置去除大部分COD，最后進入反滲透裝置。
ED濃水再經分質結晶裝置形成氯化鈉固體單鹽、硫酸鈉固體單鹽，及少量蒸發結晶母液產生的雜鹽。分質結晶裝置產生的冷凝液回用，母液經干燥后委托有資質的單位處理。
本系統反滲透產生的濃水回到系統調節池，產水作為新水供全廠回用，結晶產生的氯化鈉達到工業鹽標準，通過圖1所示工藝流程，使濃鹽水得到全部消納。
2.1進水水質
本工程原水來自未經生化處理的催化劑廢水，設計處理規模為200m3/h，通過“軟化澄清→ED離子膜→臭氧活性炭→反滲透”等核心工藝，將產品水回收再利用，供全廠使用；ED濃水經分質結晶裝置形成氯化鈉固體單鹽、硫酸鈉固體單鹽及少量雜鹽，干燥后委托有資質的單位處理。通過以上集成處理裝置，實現濃鹽水全部回收利用。系統進水質設計條件見表1。
3主要構筑物及設備規格
3.1軟化裝置
為降低膜污堵風險，保證濃鹽水反滲透系統的穩定運行，需對水中硬度進行控制。因此本工程設置軟化結晶反應池，通過投加石灰和純堿達到去除水質暫時硬度和永久硬度的目的，同時，石灰的投入也可起到殺菌消毒的作用，有效防止藻類在后續沉淀池與濾池中繁殖生長。
3.2高密度澄清池
澄清池設計正常進水SS≤300mg/L，短時內進水濁度不大于3000NTU時，出水濁度不大于10NTU。
3.3臭氧-生物炭(O3-BAF)
臭氧-生物活性炭(O3-BAF)深度處理工藝由兩部分組成：臭氧預氧化和生物活性炭的物理吸附、生物降解。利用臭氧氧化作用，初步氧化分解水中的一部分簡單有機物及其還原性物質，使之變為CO2和H2O，以降低生物活性炭濾池的有機負荷，提高活性炭處理能力。活性炭可以富集水中大量的微生物，使微生物在活性炭表面形成生物膜，二者互相促進，共同吸收降解低分子有機物。
3.4ED離子膜濃縮裝置
ED離子膜技術在零排放工藝中用于實現高鹽水的高倍濃縮及提純，利用離子交換膜對陰陽離子的選擇透過性，在直流電場的作用下，使陰陽離子發生定向遷移，從而達到電解質溶液的分離、提純和濃縮的目的。系統濃鹽水TDS可達200000mg/L，且動力學能耗利用率高，處理能耗≤6kWh/噸水。
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3.5RO反滲透裝置
反滲透裝置是本水處理系統中最主要的脫鹽裝置，利用反滲透膜的選擇透過性除去水中大部分可溶性鹽分、有機物及微生物等。
3.6分質蒸發結晶裝置
ED高濃度鹽濃縮液在本階段依次經過硫酸鈉蒸發段、冷卻結晶段、氯化鈉蒸發段、二次結晶母液處置等階段進行分質。通過控制硫酸鈉蒸發段最高溫度約110~120℃，使硫酸鈉析出；經過冷卻結晶段的母液以氯化鈉為主，對之進行低溫蒸發，可析出氯化鈉；通過控制蒸發殘液量，可得到較為純凈的氯化鈉。
以上集成處理裝置最終分質結晶產生的氯化鈉滿足GB/T5462-2015《工業鹽》日曬工業鹽Ⅰ級標準，硫酸鈉滿足GB/T6009-2014《工業無水硫酸鈉》Ⅲ類一等品標準，分質結晶系統冷凝液TDS≤300mg/L，可直接回用于工藝洗滌用水，最終實現資源重復利用的目標。
4工藝特點
(1)本系統處理的廢水具有含鹽組成復雜、總鹽濃度高等特點，采用ED離子膜工藝包將廢水濃縮至TDS＞200000mg/L，大大降低了蒸發結晶系統的規模，從而節省工程投資和運行成本。
(2)活性炭自身比表面積巨大，能夠迅速吸附水中的溶解性有機物，也能富集水中大量的微生物，這樣在活性炭表面便生長出了具有生物降解和生物吸附雙重作用的生物膜，變為生物活性炭。生物活性炭具有可再生的優點，且對COD降解的效果顯著。
(3)ED離子膜技術在零排放工藝中用于實現高鹽水的高倍濃縮及提純，該技術在高濃度鹽水濃縮過程中，依然可保持較高離子動態交換容量及較低的膜面電阻。針對系統濃鹽水TDS達到200000mg/L的水質，處理電耗≤6kWh/噸水，具有動力學能耗利用率高、處理電耗低的特點。
5運行效果
本工程調試完成并投產后，運行狀態始終良好，產水連續外供，水質穩定可靠。進出水水質情況見表7。
6經濟指標
經實際測算，本工程總投資14600萬元，噸水直接運行成本為19.58元。
7結語
(1)本系統處理的廢水具有含鹽組成復雜、總鹽濃度高等特點，采用軟化澄清、ED離子膜、臭氧活性炭、反滲透、分質結晶等作為核心處理工藝，反滲透產水水質達到全廠新水回用標準，污泥經干化后定期外運，結晶固態單鹽作為工業鹽回用，廢水得以全部資源化利用，真正實現了廢水的“零排放”。
作者：申校忠
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