煤制油作为石油替代品，对于确保国家能源安全具有战略意义。然而，煤制油过程中高耗水和高污染问题一直备受争议，每生产一吨油品需消耗约10吨新鲜水。此外，我国煤炭资源丰富的地区普遍面临水资源短缺，低于全国平均水平，水资源短缺已成为制约煤化工产业发展的关键因素。因此，采用先进的节水减排技术是解决水资源问题的关键途径之一。

煤直接液化技术是将煤炭在催化剂作用下直接加氢，实现煤炭直接转化为柴油、石脑油等油品的过程。在该过程中，大量冷却水和除盐水被消耗，其中循环冷却水和除盐水制备用水量占总用水量的90%以上，且循环冷却排污水和除盐水制备过程中产生的离子交换再生废水占全厂废水总量的约50%。因此，对含盐废水进行有效处理和回收利用，不仅能够显著减少水资源的浪费，而且能够避免含盐废水直接排放对土壤、地表水和地下水造成的严重污染，从而保护生态环境。

本研究针对某煤制油项目，采用溶气气浮-微滤-反渗透-蒸发器组合工艺处理煤制油含盐废水并实现回用。本文详细阐述了该项目含盐废水处理回用工艺的设计方案，并对生产运行期间的数据进行了总结和分析。

一、工程设计

1.1、废水水量设计

含盐废水总水量平均为286m³/h，主要由循环冷却水排污水、化工区凝结水站中和废水、热电中心除盐水站排水三部分组成。循环冷却水排污水源自厂区三座循环水装置的旁滤器反洗水和强制排污水，水量约为202m³/h；凝结水站中和废水源自过滤器反洗水和混床再生废水，水量约为10m³/h；除盐水站排水源自过滤器反洗水和离子交换再生废水，经站内酸碱中和废水池中和预处理后排出，水量为74m³/h。

循环冷却水排污水与凝结水站中和废水混合后进入含盐废水膜处理系统，通过反渗透技术回收约157m³/h的优质再生水，反渗透产生的浓水55m³/h与除盐水站排水混合后进入蒸发器进行处理，回收115m³/h的蒸馏水，并排出约11.3m³/h的浓水送至蒸发塘自然蒸发，占总水量约1%~2%的废水通过脱气塔排出。

1.2、进水水质设计

循环冷却水排污水与凝结水处理站的中和废水在均质罐中混合均质，为后续水处理过程提供一个相对稳定的水质。设计水质基于来水的水质和水量，通过加权平均计算得出，均质罐设计出水水质见下表：

均质罐出水进入含盐废水膜处理系统，采用气浮-微滤预处理工艺，以去除水中的悬浮物和硅，出水进入反渗透脱盐系统，反渗透的渗透液作为优质再生水回收，反渗透的浓水与除盐水站再生废水混合后送至废水澄清池，将废水中所含的悬浮固体絮凝后从溶液中沉淀出来，从澄清池溢流出来的清水(（浊度小于5 NTU）送至蒸发器系统。蒸发器设计进水水质指标如下表所示：

1.3、出水水质设计处理后回收的产品水分为两部分，一部分是反渗透的产水，另一部分是来自蒸发器的蒸馏水，设计预测出水水质如下表3、表4所示：

1.4、废水处理工艺流程

1.4.1、废水处理工艺的选择

当前，工业上处理含盐废水的主流技术主要包括离子交换法、膜分离法以及蒸馏法等。在选择技术时，本研究遵循了成熟性、可靠性和高效性的原则，最终确定了以反渗透技术和蒸发器为核心的复合工艺。鉴于反渗透技术对进水水质的高洁净度要求，合理的预处理设计成为反渗透成功实施的关键因素。双膜法在处理循环冷却水排污水方面已得到广泛应用，但若预处理措施不当，将难以保证系统的长期稳定运行。因此，针对特定的废水水质特征，预处理措施的有效性显得尤为关键。反渗透过程中产生的浓排水因浓缩了污水，其有效处理成为一项挑战。在实现废水“零排放”的要求下，蒸发成为不可或缺的步骤。为此，本研究引入了“晶种法”降膜式循环蒸发技术，该技术有效解决了蒸发器换热管结垢的问题。考虑到工厂存在可利用的低压蒸汽废热，原设计方案中采用的压缩机电力驱动被调整为低压蒸汽驱动，以降低工程的初始投资成本。

通过综合技术经济分析，本研究最终确定了溶气气浮-微滤-反渗透-蒸发器的复合工艺流程。

1.4.2 工艺流程概述

工艺流程如下图所示。气浮和澄清池产生的泥渣被收集至污泥池中，随后送入污泥处理系统进行进一步处理。

5、主要装置与设计参数

1.5.1、溶气气浮系统（DAF）

针对本项目循环冷却水系统排污水的水质特点，即微生物、有机物、硅酸盐、钙镁离子等浓度较高，本研究通过投加FeCl3、MgSO4、助凝剂及NaOH等多种药剂，在控制DAF出水pH值为11.1~11.3的同时，实现镁剂脱硅以及水中油、胶体颗粒及大部分悬浮物的去除，并部分去除暂时硬度。溶气气浮工艺的部分气浮池出水加压至0.6MPa，形成饱和溶气水后循环回到气浮单元，在进水段与进水混合。溶气水通过减压阀释放，水中溶解的气体形成微气泡浮出水面，将水中颗粒物及油滴带出，通过刮沫机排出；过重的沉淀污泥通过池底刮泥耙收集经池底中心排泥管排出；清水从气浮池的中部导出引至集水槽。气浮系统设计进水悬浮物的质量浓度约1000 mg/L，预期澄清水的悬浮物质量浓度小于2 mg/L，浊度小于2NTU。

1.5.2、微滤系统（MF）

气浮出水调节pH值小于10（保持在9.6~9.9）后送入MF，MF采用中空纤维膜系统。MF膜系统采用两组平行的膜组件整体撬装，每个MF单元的设计产水量为106.5 m³/h，MF的水回收率在90%~98%，出水SDI小于3。MF单元的进料首先通过自清洗过滤器，以去除大于400 μm的固体颗粒。在正常运行模式下，当过滤器入口和出口的压差较高时，旋转筛过滤器可以自动反洗，或手动启动过滤器的反洗。MF按正常产水、反洗、膜通量维护等步骤自动运行，并配有膜完整性检测系统。大约每隔20分钟，MF单元将自动对膜进行少于2分钟的冲洗维护；每日进行一次自动的化学加强洗，持续时间为45~60分钟；定期手动进行在线清洗，以清理膜上不能被冲洗或化学加强洗循环清除的沉淀物。

1.5.3、反渗透系统（RO）

RO系统设计能力为2×78.5 m³/h，水回收率为75%。微滤出水进入中间水箱，提升后通过5μm滤芯保安过滤器后进入2套RO系统进行处理。当保安过滤器的压差高于100kPa时，必须更换滤芯。在保安过滤器和RO膜组件之前，投加还原剂、阻垢剂和硫酸，亚硫酸氢钠作为还原剂被添加到RO进水中，用于去除RO进水中的残余氯，防止氯氧化RO复合膜；硫酸被添加到RO进水中，用于将pH值降低到大约6.5，以确保RO系统中不会形成水垢；阻垢剂被添加到RO进水中，用于控制RO薄膜上形成硫酸钙和二氧化硅水垢。膜组件不要求反洗，但需要定期就地清洗。经RO系统进一步去除水中污染物，产生的透过液进入储罐，经泵提升进入反渗透产品水罐，可供回用。排出浓水与热电中心废水调节罐出水在浓盐水罐混合后，提升进入后续澄清池单元。

1.5.4、澄清池

澄清池采用固体接触式澄清池技术。该澄清池设计使用一种叶轮提升装置和一个导流筒，在固体接触区，固体颗粒再循环以强化絮凝反应，促进絮体的增长，增大的絮体经过污泥床时，进一步被截留，从而达到更好的澄清效果。在进水中投加聚丙烯酰胺和硫酸铝以帮助絮凝，澄清池中的循环也可以促进这些化学药品的分散，以便更好地发挥其效果。通过固体接触澄清池中的固液分离，废水中所含的悬浮固体以及絮凝产生的氢氧化铝都会从溶液中沉淀出来，从澄清池出水槽溢流出来的清水浊度小于5NTU，输送到清水罐，再由泵送至蒸发器进料缓冲罐。澄清池沉淀的泥渣通过池底刮泥机收集到导流筒入口和污泥坑处，浓缩污泥将被清除并且运送到污泥罐中。

1.5.5、蒸发器系统

为了进一步提高水回收率，实现“零排放”的目标，采用蒸发器对浓水进行蒸发回收。“晶种法”降膜式循环蒸发器在使用晶种法技术运行时，也成为盐水浓缩器。“晶种法”技术解决了蒸发器换热管的结垢问题，成功应用于各种含盐工业废水处理。

蒸发器设计处理能力为129 m³/h，进料水首先通过调节pH值至约5.5~6.0，使水中碳酸盐碱度转换成二氧化碳，然后将调节的进料水通过泵送入热交换器；加热后的盐水被送入除氧器，该除氧器是一个汽提塔，主要去除二氧化碳、氧气和不溶性气体等；经调节、加热和除氧的盐水进入蒸发器底部，并与浓缩器内部循环的盐水进行混合，利用盐种循环系统保持盐水中适当浓度的盐种，使得在蒸发器传热表面不结垢的情况下浓缩盐水成为可能。含盐浓水分别经加酸、预热和脱气处理后，进入盐水浓缩器，使用外部提供的低压蒸汽将管壳内部的浓水蒸发，一次蒸汽冷凝液送全厂凝结水站回收利用，蒸发器排出的二次蒸汽通过空冷器冷却为凝结水后用泵送入蒸发器产品水罐。蒸发工艺将进料浓缩大约11倍，设计水的回收率大约91%，产品为高品质的蒸馏水。经蒸发器浓缩处理后排放少量的盐卤水，固溶物的质量浓度可高达300,000 mg/L，送至厂外渣场的蒸发塘进行自然蒸发。

二、运行结果与分析

2.1、含盐废水膜处理系统

自投入运行以来，该膜处理系统实现了长期稳定运行，并成功回收了循环水排污水。尽管实际水质部分指标超出了设计水质，但反渗透出水稳定达到回用水水质要求，满足了再生水回用作工业用水水源的水质标准。系统性能考核期间的进、出水水质平均运行数据如下表所示：

通过上表的数据分析，可以观察到DAF对硅、钙、镁等离子的去除效率并不理想，主要原因是溶气气浮的停留时间过短，导致沉淀物无法及时沉淀。为解决此问题，进行了系统改造，通过增建沉淀池有效改善了去除效率。含盐废水蒸发器自投入运行以来，工艺运行整体稳定，对高含盐废水处理减量，实现“零排放”目标发挥了重要作用。成套蒸发器设备经过长期运行实践证明，设备在线率较高，检修时未发现结垢问题。系统性能考核期间的进、出水水质测试数据如下表6所示。从下表数据可见，产水含盐量较低，可作为优质再生水进行回用。然而，蒸发器产品水中的CODM偶有残留，这主要是由于进入蒸发器系统中的废水中存在挥发性有机物所致。

2.3、废水处理后回用情况

含盐废水处理流程中膜分离工艺单元处理后产生的再生水量平均为157 m³/h，水中含少量盐分，可以直接用泵提升送至除盐水处理系统作原水使用；蒸发器产生的蒸馏水量平均为115 m³/h，水中有一定量的CODM，盐分很低，正常情况下可送至除盐水站做原水使用。含盐废水回用量达到272m³/h，回用率高达95%以上，每年可回收水量200多万t，节约了大量新鲜水。配合其它节水措施，煤制油项目实际吨油水耗可降至6t以下。

三、结语

目前，含盐废水的处理与回用在国内尚处于起步阶段。尽管双膜法在循环水排污水回用方面应用较为普遍，但常常因为预处理措施不当，难以保证系统长周期稳定运行；而反渗透排出的浓水由于对污水进行了浓缩，如不处理将会形成新的污染源。因此，如何有效处置反渗透的浓水是水处理业内面临的一个难题。

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