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            剖析工業水零排放

            近年來“零排放”成為工業水發展的熱門話題,嚴格意義講某單個系統無法做到零排放,某一區域或者廠區能做到零排放,但由于無論從投資來看,還是從操作費用來看,均要付出相當高昂的代價。該技術最后要將濃縮的高含鹽廢水蒸發,腐蝕性極強,必須用鈦材制作蒸發器,所以設備投資昂貴;要將廢水蒸發成蒸餾水,所以能耗就會提高,對節能不利,制得的回用水成本也很高。因此,工業水“零排放”不宜普遍推廣,近零排放較為合適。

            工業用水存在問題


            工業用水按生產過程可分為生產系統、輔助生產系統用水,具體分類方法見圖1。


            注:

            一次水,即企業從水源地開采的、未經使用的水。一次水包括地表水、地下水、自來水等。

            中水即排放的廢水經過處理后回用系統的水。

            主要生產用水是指主要生產系統(主要生產裝置、設備)的用水。

            輔助生產用水是指為主要生產系統服務的輔助生產系統(包括工業水凈化單元、軟化水處理單元、水汽車間、循環水場、機修、空壓站、污水處理場、貯運、鼓風機站、氧氣站、電修、檢化驗等)的用水。

            附屬生產用水是指在廠區內,為生產服務的各種服務、生活系統(如廠辦公樓、科研樓、廠內食堂、廠內浴室、保健站、綠化、汽車隊等)的用水。

            目前工業用水主要存在三個問題:

            一是水資源利用率低,用水單元排污量大。

            主要生產用水中的工藝用水包括產品用水、洗滌用水、直接冷卻水等部分直接排掉或者進行簡單循環利用,循環利用率較低,造成排污量大;生產用水中的間接冷卻水占工藝用水的70%以上,特別是間接循環冷卻水由于補水水質原因,自然pH條件下運行濃縮倍率過低,僅僅在2.0—2.5,造成用水效率低,排污量大;主要生產用水中的產汽用水,包括鍋爐水和產汽水兩部分,鍋爐水由于運行管理和技術水平較低,爐水排污量較大;產汽水由于管線布置不合理,回流利用效率低。

            輔助生產用水循環利用率較低,濃縮倍率僅僅在2.0左右,如空壓站、鼓風機站等用水。

            附屬生產用水各用水單元由于采用一次水,并未重復利用,排污量過大,嚴重造成一次水的浪費。如廠內浴室、廠辦公樓等用水。

            二是串級利用率低,無法做到水平衡。

            未能建立“水平衡”概念,對所有水系統未進行良好的整體布局,一次水經過單個用水設備或用水單元使用后直接排放,不能形成串級利用。少部分用水設備和用水單元做到了串級利用,也是簡單的串級利用,而非整體用水系統合理布置的串級利用,依然造成一次水利用率,造成一次水開采量大、污水排放量大的問題。

            主要生產用水的間接冷卻水未根據水質進行有效的串級利用就直接排放污水處理廠,如間接循環冷卻水凈環水排污水可以進入直接冷卻循環水系統;

            輔助生產用水和附屬生產用水根據實際情況選擇串級利用:如廠區辦公樓可以用排污水沖廁,也可以用排污水進行綠化、噴灑路面等。

            三是中水回用率低。

            最終排放污水需要進行集中收集處理,達到回用指標進行回用。

            企業未進行水平衡測試,不能根據用水要求水質分質供水,各用水單元直接排放造成污水排放量大,加大了污水處理廠處理負荷;雖然大部分企業已建污水處理廠,但是設計、建設考慮不夠全面,未考慮分質處理(對于有特殊性質的、難處理的污水進行分離單獨處理,如含苯酚、焦化廢水等);日常運行技術管理水平較低,所有這些因素造成了中水回用系統運行不穩定、產水量低、產水水質差等各種問題,中水回用率較低,更無法實現企業水系統零排放。

            解決辦法


            1、源頭減排

            源頭減排,提高水資源利用率。

            源頭減排是指從用水設備、用水單元著手,提高水資源利用效率,降低源頭排污水量。

            主要生產用水中的工藝用水包括產品用水、洗滌用水、直接冷卻水等需要改進生產工藝使循環利用或者提高循環利用率,減少排污量;

            由于生產用水中的間接循環冷卻水占工藝用水的70%以上,提高該部分系統循環利用率是最有效源頭減排方式。但是由于循環冷卻水管理、技術的落后,導致了循環冷卻水依然源頭浪費嚴重。循環冷卻水系統運行濃縮倍率較低,在2.0-2.5倍,系統水資源利用率低。傳統自然pH運行工藝無法實現高濃縮倍率安全、穩定、長周期運行。山東大禹公司針對該情況,大膽采用自身研發的新技術、新工藝,從而實現了高濃縮倍率運行,由原來3.0以下提高到5.0以上。

            新技術上,采用核心特色技術“非自然pH水質穩定運行技術”,通過自控穩定加酸工藝降低循環水的總堿度,從而降低循環水朗格利爾(Langlier)指數中結垢指數,減輕結垢傾向,然后再通過投加配套阻垢緩蝕劑,殺菌滅藻劑,既能有效控制系統結垢、腐蝕、微生物危害,以確保生產裝置的換熱效率和使用壽命,又能解決循環水中濃縮倍數無法提高的問題,達到節水減排的目的。

            新工藝上,采用“大禹141”節水運行工藝,1 -- 一套高效環保藥劑;4 -- 四套運行設備(自動加酸設備、自動加藥設備、節水旁濾設備、自動監控設備);1 -- 一套服務體系(PC總包運行服務體系),通過全自動運行設備、高效環保藥劑、PC總包運行服務體系三者有機結合,確保了系統安全、穩定、高效、環保、長周期運行。

            通過新技術、新工藝真正實現了各循環水系統高濃縮倍率運行,濃縮倍率由原來2-3倍,提高到5-8倍,節水率提高20%-30%,用水單元減少排污量10%。

            輔助生產用水與間接循環冷卻水采取同樣措施提高濃縮倍率運行即可做到源頭減排。

            附屬生產用水根據用水實際情況要重復利用,杜絕使用一次水,如采用中水綠化、沖廁、高濃度排污水噴灑路面等。

            源頭減排,提高水資源利用率,減少污水排放量,從根源做到節水減排,降低生產成本,為“工業水零排放”夯實基礎。

            2、串級利用

            串級利用,提高串級利用率

            串級利用是指某用水單元排污水進入下一個用水單元,且水質可以滿足后一個用水單元進水水質要求。

            首先需要全廠水系統水平衡調查報告(包括水質和水量平衡)作為支撐,根據用水特點實現串級利用;山東大禹公司近年來對水平衡進行創新,打破了原來單純水量的平衡,提出水質平衡,實現了最高效的串級利用。主要生產用水的間接冷卻水要根據水質進行有效的串級利用,如間接循環冷卻水凈環水排污水可以進入直接冷卻循環水系統;

            輔助生產用水和附屬生產用水根據實際情況選擇串級利用:如廠區辦公樓可以用排污水沖廁,也可以用排污水進行綠化、噴灑路面等。

            串級利用更進一步提高水資源利用率,減少污水排放量,節約水資源,降低成產成本。

            3、中水回用  

            中水回用,提高中水回用率。

            企業產生的污水,集中后統一處理,達到回用標準后,回用于企業水系統各用水單元,即為中水回用。

            首先需要對企業進行水平衡測試,根據水質平衡和水量平衡理念,各用水單元進行有效串級利用,提高循環水系統濃縮倍率,減少排污量,從而減輕污水廠處理負荷。分質處理,中水回用系統在設計初期要根據系統水質特點考慮分質處理或對現有的設計工藝進行技術改造,對于有特殊性質的、難處理的污水進行分離單獨處理,對于已處理、有共同特性的污水進行集中處理,提高處理效率,充分發揮污水處理工藝單元功;

            排放的污水中污染物與水分離,保證水的品質,達到中水回用水質要求。

            表1水體中污染物一覽表

            水中污染物分類

            污染物

            對應指標

            去除辦法

            備注

            不可溶污染物

            懸浮物、濁度

            沉降、過濾

            可溶性污染物

            有機物

            COD、色度

            氧化

            無機物

            含鹽量

            過濾、蒸發結晶

            3.1 脫色除濁

            ①絮凝沉淀

            沉淀法是水處理中最基本的方法之一。沉淀過程中通過投加絮凝藥劑,使懸浮顆粒之間相互絮凝,絮體增大而加快沉降,稱之為絮凝沉淀。

            絮凝沉淀工藝隨處可見,運用非常廣泛。但是大部分時候忽略了絮凝沉淀的重要性,對絮凝沉淀的設計、調試、運行效果都不能足夠重視,造成了后續工藝的超負荷運行。

            山東大禹通過多年設計、運行經驗,總結出了關于絮凝沉淀設計細節注意環節,配套山東大禹發明專利《控制絮凝劑投加量的系統及方法》,充分發揮絮凝沉淀作用,保障后續工藝穩定運行。

            ②過濾

            過濾技術成熟,運用廣泛,形式多樣,包括V型濾池、多介質過濾器、自清洗過濾器、無閥過濾器等。

            3.2 除有機物

            ①苯酚廢水深度處理復合氧化技術

            煤化工企業生產廢水中含有苯、酚等難氧化、危害高的污染物,該部分污染物是高致癌物質,排入自然界,會嚴重影響廠區工作人員和周邊居民的身體健康。

            針對苯及其衍生物,山東大禹經過大量研究與實驗,對臭氧氧化單元進行自身改進,投加適合的催化劑,其特點是促使臭氧分解產生比臭氧活性更高且幾乎無選擇性的各類自由基(主要是羥基自由基)。由羥基自由基降解水中難以被臭氧直接氧化的有機物,從而徹底去除水中的TOC和COD。在液體和固體催化劑的聯合作用下,臭氧可以將廢水中含有的難以被普通強氧化劑氧化的苯環類有機物氧化成小分子無機物,同時這些小分子物質可以通過下面的絮凝沉淀去除。

            ②生化處理技術

            污水生物處理是微生物在酶的催化作用下,利用微生物的新陳代謝功能,對污水中的污染物質進行分解和轉化。

            生化處理主要去除污水中有機物和營養物質,將有機污染物分解、轉化為無害物質,直至二氧化碳和水,使污染物無害化。

            山東大禹對生化工藝中序批示活性污泥法有深入研究及廣泛運用,序批示活性污泥法及其衍生工藝不易產生污泥膨脹。特別是在污水進入生化處理裝置期間,維持在厭氧狀態下,是的SVI(污泥指數)降低,而且還能節減曝氣的動力費用;處理構筑物的構成簡單,設備費、運行管理費也較連續式為;大多數情況下,不需要流量調節槽;曝氣槽容積較連續式也可以縮;如操作得當,可得出比連續式為好的處理水質。同時可以實現單槽生物脫氮、除磷的目的。因此,序批示活性污泥法及其衍生工藝更適用于煤化工企業污水處理。

            3.3 脫鹽

            ① 軟化技術

            軟化技術是適用于循環冷卻水及其他高硬度廢水,通過軟化技術去除水體中鈣、鎂、碳酸根等臨時硬度,提高水循環使用率,達到節水減排的目的。

            山東大禹經過大量實驗與實際工程經驗總結出了一套有針對性的除硬工藝,通過水質情況,適量投加堿(鈣),去除水體中暫時硬度,提高水循環利用率,該技術運用于循環冷卻水處理和中水回用預處理工藝效果顯著。

            ②雙膜法技術

            雙膜法技術,即超濾與反滲透技術結合運用。雙膜法技術運用廣泛,設計成熟,但是在運行過程中,特別是中水回用系統雙膜法運用過程中,問題諸多,很難做到穩定運行。

            山東大禹通過多年的運行經驗,發現雙膜法工藝出現問題的原因并非雙膜法本身設計有問題,而是預處理系統設計問題與運行管理問題導致雙膜法工藝無法穩定運行。因此,在雙膜法技術運用過程中,必須設計完善的預處理工藝,必須配套完善的運行管理辦法,方可保證雙膜法工藝穩定運行。

            ③蒸發結晶技術

            蒸發結晶技術是工業水零排放最終環節,也是最重要環節。但是增發結晶設備成本高,運行成本高,導致其運用受到局限。

            山東大禹針對化工企業、電廠等余熱豐富的企業,進行全面水平衡調查,合理設計,充分利用余熱能源、合理設計增發結晶處理水量,做到合理利用余熱能源,降低處理成本,提高經濟效益。

            提高人員日常運行管理水平與專業化水處理公司合作,才能保證中水回用系統運行穩定、產水量高、產水水質好;

            中水回用應做到分質處理、分質供水,充分發揮各處理單元功效,杜絕不合格水供應,同時杜絕高質水浪費。

            結論

             

            企業只有堅持十二字方針 “源頭減排、串級利用、中水回用”,才能實現“水系統近零排放”,達到保證水質、水量,保證順利生產,保證設備長周期穩定運行的最終目的。必須做到三步走,具體如下:

            首先對企業進行水平衡測試,利用“兩平衡”水質平衡、水量平衡的理念,從系統設計、整體優化用水系統。

            采用新技術、新工藝:源頭減排:“非自然pH水質穩定運行技術”,“大禹141”節水運行工藝;串級利用:“水平衡”水質平衡和水量平衡;中水回用:大禹特色技術之含苯酚廢水深度處理復合氧化技術,大禹特色技術之礦井水、焦化廢水深度處理成套工藝技術。

            專業化運營管理:與專業化水處理服務公司聯合,做到精細化管理。

            源頭減排、串級利用、中水回用,實現“水系統近零排放”,節約水資源,提高水資源利用率,減少污染物排放,既可以響應國家號召,符合國家政策與導向,節能環保,亦可以降低產品耗水量,降低產品生產成本,凸顯經濟效益(若不進行中水回用,需要開采一次水資源,噸水成本最低1.5元、污水處理,噸水處理成本最低1.5元,排污亦需要付費,噸水成本約1-2元,中水回用噸水成本約4-4.5元,含所有運行費用和折舊費用),提高產品市場競爭力。

            公司業績
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