冀淑軍

(山西中煤平朔能源化工公司，山西 朔州 036800)

引 言

我公司劣質(zhì)煤綜合利用示范項目，以當(dāng)?shù)馗吡蛎簽樵?，年產(chǎn)30萬t合成氨、副產(chǎn)1.1億標(biāo)準(zhǔn)立方米LNG，氨加工為年產(chǎn)2×18萬t硝酸，2×20萬t硝銨裝置，配套空分、供熱、水系統(tǒng)等輔助工程。2016年完成項目基本建設(shè)及設(shè)備安裝調(diào)試，生產(chǎn)系統(tǒng)開車試生產(chǎn)，9月底生產(chǎn)出合格的液氨、LNG及硝銨等產(chǎn)品，2019年生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到滿負(fù)荷運行，完成項目竣工驗收。

從生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)試開始，全廠水系統(tǒng)暴露出諸多問題，如循環(huán)水冷卻設(shè)備水側(cè)腐蝕嚴(yán)重，外運廢水量大，一次水量消耗高等，成為制約生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定及長周期運行的關(guān)鍵因素。在環(huán)保治理力度空前強大的當(dāng)下，企業(yè)用水成本在運營成本中所占比例持續(xù)上漲，只有對水系統(tǒng)存在問題潛心摸排，認(rèn)真梳理、因地制宜，制定出合理可行的解決措施，實現(xiàn)廢水量持續(xù)可控，是企業(yè)生存和發(fā)展的唯一出路。

1 公司水系統(tǒng)現(xiàn)狀

我公司水系統(tǒng)由化學(xué)水處理、循環(huán)水系統(tǒng)、污水生化處理、中水回用及新鮮水、消防水等五部分組成，滿足項目生產(chǎn)、生活、安全消防等用水需要。

1.1 一次水

一次水源采用的是引黃水，2018年12月平魯污水廠產(chǎn)水補充到循環(huán)水系統(tǒng)，代替了部分黃河水。引黃水受氣象條件影響，水質(zhì)不穩(wěn)定，屬于典型的低溫高濁度的水。根據(jù)近半年的水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，分析，除濁度、COD外其余指標(biāo)能夠滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》GB50050-2017再生水作為間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水水質(zhì)要求的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

一次水源濁度高，造成化學(xué)水站預(yù)處理過濾器反洗的頻次增加、反洗水量就會增加。一次水源COD高，經(jīng)循環(huán)水、反滲透裝置濃縮后，達(dá)不到環(huán)評批復(fù)的水排放標(biāo)準(zhǔn)，即地表Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)。去中水回用后，對中水回用的預(yù)處理提出更高要求?；瘜W(xué)水站濃水外排時，為了達(dá)標(biāo)需要一次水進(jìn)行稀釋，加大了一次水的消耗量。一次水源指標(biāo)現(xiàn)狀見表1。

表1 一次水源指標(biāo)現(xiàn)狀

1.2 化學(xué)水處理

化學(xué)水處理采用的是多介質(zhì)過濾器+自清洗過濾器+超濾+反滲透+離子混床工藝，出水指標(biāo)CD≤0.2 μs/cm，ρ(SiO2) ≤20 μg/L。單套產(chǎn)水能力150 m3/h，濃水50 m3/h，回收率75%，共4套，總制水能力600 m3/h。正常時能有一套反滲透裝置備用。化水能夠滿足生產(chǎn)需要，存在問題主要是后工序用水量大，超出設(shè)計量約20%，后工序冷凝液回收系統(tǒng)存在缺陷，致使冷凝液沒有完全回收利用是造成化水負(fù)荷高的主要原因。化學(xué)水制水時間延長產(chǎn)生的廢水量也勢必增加。

1.3 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水共有四套，分別為氣化、空分、凈化、雙硝裝置的冷卻設(shè)備提供循環(huán)冷卻水，總循環(huán)量5萬m3/h。2017年出現(xiàn)水冷器大面積腐蝕的情況，特別是凈化循環(huán)水所屬的水冷器尤其嚴(yán)重，拆檢水冷器中發(fā)現(xiàn)，換熱管為碳鋼材質(zhì)的腐蝕嚴(yán)重。氨合成水冷器設(shè)備內(nèi)漏，含氨工藝介質(zhì)泄漏到循環(huán)水中，反作用于循環(huán)水系統(tǒng)，造成了循環(huán)水指標(biāo)更加惡化。2019年1月份開始，由于中水回用接受水的能力下降，循環(huán)水排污量不足，循環(huán)水過度濃縮，濃縮倍數(shù)達(dá)8左右，循環(huán)水各項指標(biāo)惡化，尤其CL-達(dá)到1 000 mg/L。

1.4 中水回用

中水回用采用的是多介質(zhì)過濾器+機械澄清池+石灰石軟化+超濾+反滲透工藝，進(jìn)行廢水除污、除鹽。單套處理水的能力是150 m3/h，共四套，一套裝置用于清洗或備用，正常能接受的廢水能力為450 m3/h，回收率75%。濃水二級提濃回收率40%，設(shè)計最終產(chǎn)水高濃鹽水90 m3/h，中水360 m3/h補充到循環(huán)水系統(tǒng)。中水回用設(shè)計處理廢水為循環(huán)水排污水、化學(xué)水處理濃水、鍋爐排污水等。

2016年項目環(huán)評變更后，污水生化處理產(chǎn)水沒有理想去向，被迫送到中水回用。中水處理的進(jìn)水與設(shè)計進(jìn)水相比有了較大變化，主要是COD高。中水的預(yù)處理不具備去除COD能力，進(jìn)到中水反滲透膜，造成膜的有機物污堵。機械澄清池等預(yù)處理運行狀況差，造成超濾膜、中水反滲透膜污堵頻繁，回收率下降，平均低于60%。濃水反滲透運行也存在類似問題。清洗周期為每星期一次。中水回用的回收率與設(shè)計值相比，相差15%左右，也造成了廢水量的增加。中水回用實際運行參數(shù)見表2。

表2 中水回用實際運行參數(shù)

1.5 污水生化處理

污水生化處理設(shè)計處理經(jīng)酚氨回收處理過的氣化廢水120 m3/h，低溫甲醇洗來廢水7 m3/h，生活污水30 m3/h。采用主工藝為二級串聯(lián)的A/O工藝，深度處理采用臭氧+活性砂生物濾池。污水生化處理運行受來水的溫度、水量影響很大，污水產(chǎn)水指標(biāo)異常，COD曾高達(dá)263 mg/L，氨氮高達(dá)147 mg/L。另外，因氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的廢水含有氟化物以及其他重金屬離子，根據(jù)環(huán)評要求，氣化爐內(nèi)產(chǎn)生廢水一律不能外排。污水產(chǎn)水指標(biāo)見表3。

表3 污水產(chǎn)水指標(biāo)情況

1.6 現(xiàn)狀綜述

水系統(tǒng)每個裝置都存在問題，其中突出表現(xiàn)在中水回用。由于中水回用回收率低，膜清洗頻繁，產(chǎn)生廢水量大。廢水用汽車?yán)\到12公里外的安家?guī)X選煤廠，日均達(dá)到2 000 t，拉運成本為15元/t，增加生產(chǎn)成本的同時也造成環(huán)保方面的風(fēng)險。另外中水不能滿足循環(huán)水排污需要，使循環(huán)水水質(zhì)變差，降低循環(huán)水水冷卻器的換熱效率，增加換熱管腐蝕泄露的機率，為穩(wěn)定生產(chǎn)埋下隱患。由于中水處理容量制約，不能接收化學(xué)水濃水，化學(xué)水濃水從清凈排污口排放，為達(dá)到地表Ⅲ類水的排放標(biāo)準(zhǔn)，需用一次水進(jìn)行稀釋。中水處理的運行受制于污水生化處理產(chǎn)水質(zhì)量。氣化廢水處理酚氨回收裝置的工藝、設(shè)備運行狀況也影響到污水生化處理產(chǎn)水質(zhì)量。

2 實施措施

2.1 一次水進(jìn)行預(yù)處理

一次水包括引黃水和平魯污水廠的產(chǎn)水，將通過絮凝沉淀+氣浮+過濾工藝，一次水濁度降低95%，保證值小于3 NTU，COD下降22%，保證值小于20 mg/L，并在預(yù)處理出水管道上加氯殺菌。使循環(huán)水補水、化學(xué)水的補充水水質(zhì)提標(biāo)，為循環(huán)水的水質(zhì)指標(biāo)改善創(chuàng)造條件，也有利于降低化學(xué)水站預(yù)處理的反洗負(fù)荷。反滲透進(jìn)水水質(zhì)提標(biāo)，為提高回收率創(chuàng)造條件，均對廢水減量有利。

2.2 回收冷凝液

我公司冷凝液分兩類，一類是空分空壓機等機組汽輪機產(chǎn)生的冷凝液，第二類是為工藝裝置加熱，蒸汽換熱后產(chǎn)生的冷凝液。工藝?yán)淠航?jīng)擴容膨脹器減壓后進(jìn)除氧器回收利用，0.5 MPa的冷凝液減壓時汽化并放出大量的熱，擴容膨脹器頂部排放的低品位蒸汽量很大，引起設(shè)備管道振動，減壓后的冷凝液溫度依舊較高，造成除氧器底部給水泵產(chǎn)生氣蝕，損壞泵葉輪。在開車初期，工藝?yán)淠翰荒苋炕厥?，部分排放到循環(huán)水池，造成很大的浪費，也增加了化學(xué)水站的負(fù)荷。

機組來的冷凝液經(jīng)過循環(huán)冷卻水降溫，溫度小于40 ℃，用機組冷凝液與工藝?yán)淠哼M(jìn)行換熱，將工藝?yán)淠旱臏囟冉档蜏囟鹊郊訅汉蟮娘柡蜏囟纫韵?，同時提高機組冷凝液的溫度，回收熱量，也可以減少了除氧器外加蒸汽量。

2019年2月，增設(shè)一臺換熱面積為353 m2的冷凝液換熱器，見圖1。將工藝?yán)淠簻囟冉档偷?0 ℃，此后工藝?yán)淠喝炕氐匠跗?，不再外排，擴容膨脹器的蒸汽放空全部收回?；瘜W(xué)水站的負(fù)荷降低到370 t/h～400 t/h之間，與設(shè)計值基本接近。

圖1 冷凝液換熱器示意圖

2.3 污水產(chǎn)水進(jìn)行適度處理

污水產(chǎn)水指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化，目標(biāo)作為循環(huán)水的補充水。污水進(jìn)水85%以上來源于氣化爐煤氣洗滌后產(chǎn)生的煤氣水，因此，廢水中硬度離子并不高，制約補入循環(huán)水中主要因素是COD、氨氮等有機物。污水產(chǎn)水指標(biāo)最理想時能達(dá)到COD為35 mg/L，ρ(氨氮)=2.7 mg/L。在此基礎(chǔ)上采用BAF或MBR工藝，將污水產(chǎn)水的COD、氨氮進(jìn)一步脫除，目標(biāo)是將COD降低到小于30 mg/L，ρ(氨氮)小于5 mg/L，作為循環(huán)水補充水。前提是污水生化處理本裝置的運行正常，特別要求酚氨回收裝置來水的COD、氨氮及來水量、水溫在指標(biāo)范圍內(nèi)，2019年7～9月間，因酚氨回收裝置酚水冷卻器堵塞，換熱效果差，出水的溫度高，造成污水生化條件惡化，產(chǎn)水超標(biāo)。

2.4 中水回用的優(yōu)化

中水回用來水取消了污水產(chǎn)水后，來水水源中循環(huán)水排污水、化學(xué)水處理預(yù)處理產(chǎn)生的廢水，特點是懸浮物高，反滲透濃水也要回收到中水回用系統(tǒng)，其特點是高鹽分。機械澄清池的作用就相對突出，通過調(diào)整加藥量等措施保證混凝沉淀效果，以中水出泥量作為一項指標(biāo)，衡量機械澄清池的運行效果，為超濾和反滲透膜提供保護(hù)，減少清洗的頻次，提高回收率，有效減少廢水量。

由于一次水中的COD在循環(huán)水、化學(xué)水處理反滲透濃水側(cè)進(jìn)行濃縮，機械澄清池后仍需考慮COD的去除，此處采用過濾器，濾料用活性炭或焦炭，利用濾料強大的表面積吸附COD等雜質(zhì)，對中水反滲透進(jìn)水嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)工程經(jīng)驗，水中COD小于50 mg/L時,反滲透膜的有機物污堵才可控，回收率得以保證。

為進(jìn)一步減少廢水量，采用高壓膜對中水濃鹽水進(jìn)行高倍濃縮，預(yù)計將濃鹽水中的ρ(TDS)從30 000 mg/L濃縮至180 000 mg/L，廢水量減至30 m3/h左右，如圖2所示。

2.5 循環(huán)水系統(tǒng)提高濃縮倍數(shù)

循環(huán)水補充水水質(zhì)已經(jīng)提標(biāo)，在中水接受廢水的能力富裕的條件下，保證各循環(huán)水的排污量。通過中水反滲透膜的除鹽功能，降低循環(huán)水的各類離子的含量，在循環(huán)水硬度離子、CL-等主要離子含量不超指標(biāo)的情況下，將濃縮倍數(shù)適當(dāng)提高，可以減少補充一次水的量。

循環(huán)水系統(tǒng)要對換熱器的泄露情況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，特別防止是含氨介質(zhì)漏到循環(huán)水系統(tǒng)中，對系統(tǒng)造成的危害，發(fā)現(xiàn)換熱器泄露要及時進(jìn)行堵漏。

2.6 落實清污分流

對全公司的清污管線進(jìn)一步梳理排查，避免不明廢水排入生產(chǎn)污水管網(wǎng)，對生產(chǎn)、生活增加渠道流量計，實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)水量異常時及時查找原因并進(jìn)行排除。對初期雨水的去向合理控制，不能進(jìn)入事故池。

3 目標(biāo)實現(xiàn)

通過落實以上措施，水的復(fù)用率提高1倍以上，一次水量減少了30%。全廠日產(chǎn)廢水量減少至720 t，不僅降低了生產(chǎn)成本，減輕了環(huán)保方面的壓力，也為下一步實施廢水零排放奠定基礎(chǔ)。水量平衡圖見圖2。

圖2 水量平衡圖

4 結(jié)論

在當(dāng)前環(huán)保形勢下，煤化工生產(chǎn)中，水的合理利用成為一項舉足輕重的工作，只有嚴(yán)格把控生產(chǎn)、技術(shù)、管理、經(jīng)濟各個環(huán)節(jié)，從源頭開始治理，提高回用率，才能減少廢水量，實現(xiàn)降低一次水的消耗目標(biāo)，促進(jìn)企業(yè)的健康發(fā)展。