循環水系統含鹽量對污水回用的影響及現場應用

程建峰，韓 強，王 崢，張全民

(1.中國石油天然氣股份有限公司華北石化分公司，河北 任丘 062552；2.中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131)

人類社會為了滿足生活及生產的需求，要從各種天然水體中取用大量的水，其數量是極為可觀的[1]。一些缺水國家如美國、英國、日本等國均已成功將再生水(回用水)用于電力、冶煉、商業、空調等冷卻系統[2]。我國工業循環冷卻水中的應用也正在逐步推廣和擴大，尤其是火力發電廠應用較多[3-4]。本文主要介紹煉油廠使用回用水所遇到的問題及處理措施。

1 背景及條件

某500萬t/a燃料型煉油廠主體生產裝置為常減壓-催化-汽柴油加氫精制，輔助裝置主要包括：四個循環水場、一個污水處理場。循環水場采用涼水塔進行循環水降溫，污水處理場采用隔油-生化的傳統路線處理全廠各裝置產生的外排污水，污水滿足城鎮一級A標準后外排。正常生產時污水處理場平均流量約為300m3/h、電導率約3000μs/cm。為滿足節能減排要求，降低新鮮水消耗量，現部分合格污水回用至循環水場作為補水，其余部分外排。

2 生產現狀分析

2.1 根據現有理論及生產經驗，設立前提條件

(1) 電導率與含鹽量關系式取：1μs/cm=0.7mg/L。

(2) 煉油產生其余污水的參數條件：200 m3/h、電導率1200 μs/cm、含鹽量168kg/h不變。

(3) 循環水場水質要求電導率低于6000μs/cm。

(4) 夏季循環水系統蒸發量為125 m3/h，污水回用量約為250 m3/h；冬季循環水系統蒸發量為75 m3/h，污水回用量約為150 m3/h。

2.2 生產現狀

正常生產時污水處理場污水流量約為300m3/h、電導率約3000μs/cm，此時回用水至循環水系統僅濃縮2倍即達到電導率6000μs/cm的排水置換要求。雖然外排污水帶出部分鹽，但生產運行中發現裝置換熱器仍然出現腐蝕泄露，鹽在系統內積累，循環水系統加速腐蝕，同時污水處理場生化系統正常菌種培養受到抑制，影響正常運行。

污水處理場能夠承受的含鹽量范圍是多少？普通生化菌種耐鹽極限值為4000mg/L，換算成電導率極限值約為5700μs/cm。根據污水處理場生產實際情況發現，在污水電導為3500μs/cm時，會出現影響生化反應的趨勢，所以取正常運行時的污水平均流量300 m3/h、電導3000μs/cm、含鹽量630kg/h為初始狀態，夏季劣化運行的3500μs/cm、流量350 m3/h、含鹽量857.5kg/h為極限狀態，確定含鹽量630～857.5kg/h為污水處理場可以正常運行的范圍，低于這個范圍視為較優工況，高于這個范圍可視為較差工況，或者說此時需要采取應對措施。

利用含鹽量數據，分析生產情況，計算循環水場外排污水量如表1。

表1 循環水場補水與外排污水量

循環水場排污量應為125m3/h，則此時污水處理場總處理量應為325 m3/h、含鹽量為693kg/h、電導率為3046μs/cm，電導率較初始值有所提升，這表示，下一次同樣250 m3/h的回用污水帶鹽進入循環水場，應為533kg/h，較初始條件的525kg/h，有所提升。

保持進循環水場質量和總鹽平衡，經 表2計算，需要補充新鮮水2 m3/h，由于新鮮水使用量非常小，所以可以忽略新鮮水帶入的含鹽量，污水處理場總處理量為327 m3/h、總含鹽量為701kg/h、電導率為3062.5μs/cm，同理推斷，只要回用量不變，回用污水的含鹽量逐步提高，污水處理場進水電導率繼續增加。

表2 循環水場水量和總鹽平衡表

待回用水含鹽量提高到698kg/h，此時污水處理場總處理量量為350 m3/h、電導率為3534μs/cm，含鹽量為866kg/h時，循環水場的排污量應是150 m3/h，蒸發量仍為125 m3/h，那么就需要25 m3/h新鮮水作為補充，則各循環水所補充的新鮮水的月耗量就是18000 m3。實際生產中新鮮水以某月的最高使用量20500m3計，上述新鮮水的計算值非常接近實際生產中新鮮水的月使用量。

新鮮水月耗量有指標控制，含鹽量超出污水處理場正常可承受的處理范圍，循環水場排污量逐漸增大，這些不利條件促使系統必須采取措施。即使新鮮水可以無限使用，為保證正常運行降低含鹽量，循環水場仍需要不斷增加排污量，排污水攜帶著大量藥劑，也會對污水處理場造成大的沖擊。

一旦循環水場排污水達到200m3/h，帶入污水處理場的含鹽量就達到840 kg/h，污水處理場是否能正常運行以及達標排放恐怕都是問題。所以新鮮水耗量、循環水排污量、污水處理場含鹽量三者相互影響，是促使系統必須采取措施的條件。

3 方案分析

為實現進一步節能減排，保證循環水系統長期穩定運行，最大限度降低新鮮水耗量，提高污水回用率，滿足高標準生產對標要求，根據公司條件，進行方案比選。

本廠臨近所在城市污水處理場，城市污水量充足，電導率為2500μs/cm，經對市政污水處理場設計條件、出水水質化驗比對，形成以下備選方案：

3.1 采用城市外排污水作為循環水場的補充水

冬季循環水場補水量為150m3/h，則城市污水廠外排水帶入循環水場鹽量為262.5kg/h，需要有262.5kg/h的鹽被帶出循環水場，冬季循環水場排污量應為62.5m3/h計，則有262.5kg/h鹽帶到污水處理場；污水處理場總進水為262.5m3/h，電導率為2342.9μs/cm，含鹽量為430.5kg/h，即污水處理場排出鹽430.5kg/h，見表3。

表3 采用城市外排污水作為循環水場的補充水的平衡表

分析：進入鹽262.5kg/h，排出鹽430.5kg/h，循環水場水質會有所提高。

夏季循環水場補水量為250m3/h，則有437.5kg/h鹽回到了循環水場，同樣的需要有437.5kg/h的鹽被帶出循環水場，夏季循環水場排污量應為104m3/h計，則有437.5kg/h鹽排到新污水處理場；污水處理場總進水達到304m3/h，電導率2845μs/cm，總含鹽量為605.5kg/h，即污水處理場排出鹽605.5kg/h。分析：進入鹽437.5kg/h，排出鹽605.5kg/h，循環水場水質會有所提高。

3.2 投用閑置的300 m3/h污水回用裝置，將所產淡水50m3/h混合城市外排污水100m3/h作為循環水場的補充水

冬季循環水場補水量為150m3/h，其中污水回用裝置所產淡水50m3/h與城市污水廠外排水100m3/h混合后含鹽量為175.3kg/h，電導率為1669.6μs/cm，則帶入循環水場鹽量為175.3kg/h，同樣的需要有175.3kg/h的鹽被帶出循環水場。冬季循環水場排污量應為41.7m3/h，則有175.3kg/h鹽排到污水處理場；污水處理場總進水為241.7m3/h，電導率為2030μs/cm，總含鹽量為343.3kg/h，即污水處理場排出鹽343.3kg/h。

分析：進入鹽175.3kg/h，排出鹽343.3kg/h，循環水場水質會有明顯好轉。

夏季循環水場補水量為250 m3/h，其中污水回用裝置所產淡水50m3/h與城市污水廠外排水100m3/h混合后含鹽量為263.2kg/h、電導率為1504μs/cm，則帶入循環水場鹽量為263.2kg/h，同樣的需要有263.2kg/h的鹽被帶出循環水場。夏季循環水場排污量按62.7 m3/h計，則有263.2kg/h鹽到污水處理場；污水處理場總進水達到262.7 m3/h，電導率2344.9μs/cm，總含鹽量為431.2kg/h，即污水處理場排出鹽431.2kg/h。

分析：進入鹽263.2kg/h，排出鹽431.2kg/h，循環水場水質會有明顯好轉。3.3投用閑置的300 m3/h污水回用裝置，將所產淡水補充入循環水系統冬季循環水場補水量即其蒸發量為75m3/h，淡水電導率為25μs/cm，則帶入循環水場含鹽量可忽略不計，冬季循環水場排污量按10m3/h計，則有42kg/h鹽排到新污水處理場；污水處理場總進水為210m3/h，電導率為1428.7μs/cm，總含鹽量為210kg/h，即污水處理場排出鹽210kg/h。

分析：進入鹽0kg/h，排出鹽210kg/h，循環水場水質極好，化工料損耗急速下降，污水處理場進水品質將達到設計值。此時的外排水已達到全部回收的條件。

夏季循環水場補水量即其蒸發量為125m3/h，淡水電導率為25μs/cm，則帶入循環水場含鹽量可忽略不計。夏季循環水場排污量按15m3/h計，則有63kg/h鹽排到新污水處理場；污水處理場總進水達到215m3/h，電導率1534μs/cm，總含鹽量為231kg/h，即污水處理場排出鹽231kg/h。

分析：進入鹽0kg/h，排出鹽231kg/h，循環水場水質極好，化工料損耗急速下降，污水處理場進水品質將達到設計值。此時的外排水已達到全部回收的條件。

綜合以上幾套方案，從系統穩定運行角度出發，且該項目獲得廠里資金投入支持所以采用方案三進行改進。

4 經濟效益

經過幾年的優化運行，污水回用裝置所產的濃水作深度處理，使之單獨達標排放，盡量全部將合格污水回收，合格污水按300m3/h四倍濃縮，得到淡水225m3/h，其中100m3/h去除鹽水站，每小時可節約新鮮水120m3，每天全廠消耗量9000m3新鮮水，較之前節水約32%。另外125m3/h作為循環水場補充水，可使每月的新鮮水消耗指標全部節省下來，巨大的化工料損耗將不復存在，代之以較小的化工料成本、高品質循環水系統長周期運行，年換熱器檢修成本也大幅削減。