工業循環排污水深度處理整治方案設計

摘""""" 要：針對工業循環排污水深度處理方案進行設計。在分析了廢水的特性后，結合實際情況，選擇“石灰軟處理和反滲透處理”的工藝流程，通過石灰軟化的方法去除循環水中的鎂硬度，同時降低循環水排水中的磷酸鹽，使其滿足脫硫用水需求，同時通過反滲透系統進行濃縮，濃縮后的反滲透濃水作為脫硫系統的補水水源，淡水可作為化學除鹽系統水源和循環水系統水源，實現資源化利用。

關" 鍵" 詞：工業污染水；循環排污水；石灰軟處理；反滲透處理

中圖分類號：TU992.3"""""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1004-0935（2025）03-0361-04

隨著社會的發展和科技的進步，人們對各種資源尤其是水資源的可持續利用越來越關注。水資源問題已經成為我國經濟可持續發展的制約因素，并將成為未來我國經濟發展最突出的問題^[1]。實現污水資源化具有明顯的環境效益、經濟效益和社會效益，是保護水資源和使水資源增值的有效途徑，同時也會大大地緩解我國水資源的緊缺^[2-4]。而國民經濟行業中電力行業用水占總工業用耗水量的20%，其中循環水系統補給水占其總用水量的50%～80%。但是工業對水資源的有效利用和排放污染的認識和重視程度不夠，節水潛力較大。因此，將工業循環排污水處理后回收進行循環再利用是工業廢水節水減排的有效途徑^[5-8]。

國務院于2015年4月2日下發了《水污染防治行動計劃》（國發〔2015〕17號），其指出我國目前水資源安全的形勢嚴峻。為切實加大水污染防治力度，保障國家水安全，應大力推進生態文明建設，以改善水環境質量為核心，按照“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”原則，貫徹“安全、清潔、健康”方針，強化源頭控制，水陸統籌、河海兼顧，對江河湖海實施分流域、分區域、分階段科學治理，系統推進水污染防治、水生態保護和水資源管理。

到2030年，力爭全國水環境質量總體改善，水生態系統功能初步恢復。到21世紀中葉，生態環境質量全面改善，生態系統實現良性循環^[9-11]。

該文研究的是工業循環排污水的回收再利用。由于循環水系統存在蒸發損失，在運行過程中鹽類離子將不斷濃縮，為防止系統的腐蝕結垢現象的發生，需要不斷排污，原環保對這一部分排水不作要求，但隨國家環保要求的提高，不允許外排，所以需要對這一部分進行處理后回用。

1" 循環排污水現狀分析

如今采用帶冷卻塔的二次循環供水系統，12^#機組配有獨立的冷卻塔，13^#、14^#機組共用1臺冷卻塔。原水經預處理系統的絮凝沉淀后由工業水泵送至冷卻塔作為補水。循環水由循環水泵提升送至主廠房各冷卻水點，經熱交換后回至冷卻塔上部，經過蒸發、風吹后冷卻，流入冷卻塔水池，如此循環。

在循環過程中由于風吹和蒸發帶走部分水分，無其他損失。但由于風吹、蒸發所帶走的僅僅是水分，系統的離子均留在整個循環水系統中，而補入的新鮮水中卻含有一定量的離子，導致循環水含鹽量不斷升高。為維持整個循環水系統中離子平衡，循環水塔池需保證一定的離子排出。這部分水即為循環排污水。循環排污水水質較好，除經過濃縮后鹽分增加外，水中的SS、COD等均處于較好的水平。目前該工業循環排污水一部分作為脫硫工藝水水源，其余直接排放。為提高工業水的重復利用率，降低發電水耗，擬對循環排污水進行處理回用。針對循環水的水質特征，處理主要去除水中離子即鹽分。原水水質分析資料如表1所示，項目及分析結果如表2所示。

水質特質分析：循環水水質主要污染因子為含鹽量是其原水的3～4倍，總磷為3～5 mg·L^-1，總硬度和鎂離子含量偏高。

目前，該工廠夏季循環水總排水量約在"""" 600 m³·h^-1。脫硫工藝水消耗量約在300 m³·h^-1，當全廠水系統進行優化并實現廢水回用后，脫硫系統需要消耗上述水量，這樣脫硫工藝使用循環水的量將大幅下降，為此需要進一步對循環水進行處理，處理后實現資源化利用。可通過提高循環水濃縮倍率降低排水量。由于循環水中的總磷和鎂離子含量偏高，導致脫硫系統使用循環水作為水源時，對脫硫系統存在一定的影響，特別是由于鎂離子的存在，導致冷卻塔系統存在大量的泡沫，嚴重影響脫硫系統正常運行。

因此，可以通過石灰軟化的方法去除循環水中的鎂硬度，同時降低循環水排水中的磷酸鹽，使其滿足脫硫用水需求。通過反滲透系統進行濃縮，濃縮后的反滲透濃水作為脫硫系統的補水水源，淡水可作為化學除鹽系統水源和循環水系統水源，實現資源化利用。根據水量平衡需求，使其滿足脫硫用水需求。

2" 循環排污水深度處理工藝選擇

循環水在運行中為避免結垢，投加酸、阻垢劑，但由于不斷濃縮導致結垢傾向明顯，如直接進入后續系統勢必導致結垢產生，需進行軟化后除鹽。首先采用石灰軟化法進行軟化處理，然后采用化學反滲透法進行除鹽處理。

2.1" 石灰軟化處理

石灰軟化處理是采用機械加速澄清池石灰軟化法。循環水石灰軟化預脫鹽系統流程圖如圖1所示。

沖循環水泵出口母管和回水母管接在一路管道，通過提升水泵提升后送機械加速澄清池，在機加池的第一反應室投加絮凝劑和石灰乳，使廢水發生沉淀反應，同時發生絮凝反應。其中石灰乳在廢水中發生下列反應：

Ca（HCO₃） ₂+Ca（OH）₂→2CaCO₃↓+2H₂O" （1）

CO₂+2Ca（OH）₂→2CaCO₃↓+H₂O""" （2）

過量Ca（OH）₂與鎂硬度的反應如下：

MgCl₂+ Ca（OH）₂→Mg（OH）₂↓+ CaCl₂"" （3）

MgSO₄+ Ca（OH）₂→Mg（OH）₂↓+ CaSO₄" （4）

其他反應如下：

4Fe（HCO₃）₂+8Ca（OH）₂+O₂→4Fe（OH）₃↓+8CaCO₃↓+6H₂O（5）

Fe（SO₄）₃+3Ca（OH）₂→2Fe（OH）₃↓+3CaSO₄" （6）

在上述反應過程中，廢水中磷酸鹽也參與反應。通過上述反應，廢水中鈣、鎂離子分別形成了碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀物，在絮凝劑和助凝劑的共同作用下，形成大顆粒礬花，在機械加速澄清池中沉淀，通過機械刮泥設備和回流泵將部分污泥回流到旋流器，提高石灰、絮凝劑的利用效率。

經過上述處理后，廢水得到軟化和澄清，同時再經過推流溝處理，加入硫酸調節后一部分作為循環水系統的補水水源，另一部分為化學反滲透系統供水，經反滲透系統處理后，淡水返回循環水系統作為循環水系統補充水，將濃水送入脫硫工藝水箱。

2.2" 化學反滲透處理

在除鹽環節選擇了化學反滲透技術，反滲透裝置以其緊湊的結構、簡單的安裝、簡便的操作、低能耗以及可在室溫下操作、透水量極大及除鹽率高的特點，成為工業化生產的理想選擇。在實際應用過程中，一般都認為反滲透設備可以完全不需要過濾或清洗。循環水化學反滲透脫鹽系統流程圖如" 圖2所示。

圖2中超濾過程是反滲透裝置的預處理：在加壓的條件下，將含有的溶劑及各種微細溶質從加壓的進料端經過濾膜流至低壓端，得到滲透液體，稱為超濾液；而那些比膜孔大得多的溶劑分子則會被膜孔截留成濃縮液。超濾膜技術可將1～10 nm微粒與周圍含微粒介質分離，在此大小范圍內微粒一般為液體中溶質。其基本原理是：在室溫下，以一定的壓力與流量，采用不對稱微孔結構與半透膜介質，在膜兩側壓力差的驅動下，經過錯流過濾使溶劑和小分子物質透過，蛋白質、水溶性高聚物和細菌等大分子物質及微粒子將在濾膜上發生阻留而達到分離、分級、純化和濃縮的目的，一種新型膜分離""" 工藝。

反滲透系統主要去除水中溶解鹽類，同時去除一些有機大分子、前階段未去除的小顆粒等。預處理系統產水進入反滲透膜組，在壓力作用下大部分水分子和微量其他離子透過反滲透膜，經收集后成為產品水，通過產水管道進入后續設備；水中的大部分鹽分和膠體、有機物等不能透過反滲透膜，殘留在少量濃水中，由濃水管排出。

所謂的滲透現象指的是水分子通過隔膜進入鹽水的過程，這一過程涉及水分子的相互滲透。目前應用較廣泛的有反滲透膜法和離子交換膜法等。當2個容器之間存在足夠的間隙時，由于膜兩側水的密度差異，液體在通過間隙時會發生分層現象，從而導致中間一層水上升。如果把整個溶液看成由許多個小液滴組成的系統，那么每個微小的顆粒都會影響到整個體系的狀態。隨著高度的增加，鹽水液面的上升并非一個無休止的過程，而是在達到一定高度后達到了一個穩定的平衡點，從而呈現出一種穩定的狀態。

當達到平衡時，對鹽水一端施加一定的壓力，使水分子由鹽水一端向純水一端移動。當壓強增大時，從鹽水中向純水中流動的液體物質的濃度逐漸增大。在壓力的作用下，液劑分子從稀液到濃液的過程，被稱為反滲透現象。利用這種膜分離方法進行海水淡化時，需要設置一個或多個反滲透膜單元以實現對鹽水和純水之間的滲透交換。通過向上述設施的一端注入鹽水并施加高于其滲透壓的壓力，可以在另一端獲得純凈的水。當這種情況發生時，由于濃水和純水之間存在壓差，所以純水中的溶質也隨之從鹽水端排出，從而使整個系統保持一個相對穩定的狀態，這就是反滲透凈水原理。

3" 系統出水水質指標

預處理部分：機械加速澄清池出水濁度小于等于5 NTU；變孔隙濾池出水濁度小于等于3 NTU；出水pH為6～9；機械加速澄清池出力為2×600 m³·h^-1；變孔隙濾池出力為3×300 m³·h^-1。

超濾系統：產水量為150 m³·h^-1（套）（20 ℃、運行3年后）；SDI指數≤3.0 （運行3年后）；出水濁度≤0.4 NTU；懸浮物≤1 mg·L^-1；過濾周"""" 期≥30 min（運行3年后）；水的回收率≥92%；化學清洗周期≥30天。

反滲透系統：RO系統脫鹽率≥98%（運行3年內）；RO系統脫鹽率≥96%（運行5年內）；RO系統水的回收率≥75%。

4" 結 論

通過設計，確定針對工業循環排污水進行深度處理回收再利用所選取的石灰軟化處理加反滲透處理方案能夠滿足工業對于循環排污水資源化利用的要求。通過石灰軟化的方法，去除循環水中的鎂硬度，同時降低循環水排水中的磷酸鹽，使其滿足脫硫用水需求，同時通過反滲透系統進行濃縮，濃縮后的反滲透濃水作為脫硫系統的補水水源，淡水可作為化學除鹽系統水源和循環水系統水源，實現資源化利用。

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Design of Deep Treatment and Regulation Scheme of Industrial Circulating Sewage Discharge

ZHAO Jiawei， YUE Yue， YANG Botao

（Liaoning Petrochemical University， Fushun Liaoning 113001， China）

Abstract： The advanced treatment scheme of industrial circulating sewage was designed. After analyzing the characteristics of wastewater， combined with the actual situation， the process of \"lime soft treatment and reverse osmosis treatment\" was selected， and the magnesium hardness in the circulating water was removed by the method of lime softening， and the phosphate in the circulating water drainage was reduced to meet the demand for desulfurization water， and at the same time concentrated by the reverse osmosis system， the concentrated reverse osmosis concentrated water was used as the water source of the desulfurization system， and the fresh water could be used as the water source of the chemical desalination system and the water source of the circulating water system to realize resource utilization.

Key words： Industrial polluted water; Circulating sewage; Lime soft treatment; Reverse osmosis treatment