生物制藥廢水深度處理回用工程實例

韓志遠

（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司， 呼和浩特 010206）

制藥工業廢水是公認的難處理廢水之一， 廢水中含有的難生化降解物質會在相當長時間內存留于環境中， 將對環境造成極大危害。 某工業園區有多家生物制藥廠， 國家發改委批準在該工業園區新建2 臺660 MW 超超臨界直接空冷燃煤機組， 擬將制藥廢水進行處理后作為發電廠的補水， 而發電廠對冷卻水補水和鍋爐補水的水質要求都比較高。 因此， 在原有的污水處理工藝基礎上進行工藝升級改造， 該工業園區生物制藥廢水經深度處理后供給發電廠。 制藥廢水深度處理工程的實施既滿足了發電廠的補水要求， 實現了制藥廢水的回收再利用， 又具有顯著的社會效益和經濟效益［1-2］。 本文主要對該工程的深度處理工藝流程及運行效果進行了總結分析。

1 工程概況

該工業園區制藥廢水主要為發酵類制藥廢水，廢水中除了含有高濃度的難降解有機污染物外， 制藥廠排放廢水的硬度和堿度都較高， 分別超過550和450 mg／L（以CaCO3計）， 總溶解性固體質量濃度（含鹽量）最高可達6 000 mg／L， 屬于較難處理的制藥廢水［3］。 原污水處理廠設計規模為500 m3／h，處理工藝以生化處理為主， 但出水水質不能滿足發電廠冷卻水補水和鍋爐補水的水質要求， 必須繼續進行深度處理。

本次升級改造為了滿足660 MW 超超臨界機組用水水質要求并實現廢水資源綜合利用的目的， 按總體設計要求需要對原有處理工藝進行升級改造并增加深度除鹽工藝。 首先在原處理工藝末端增加納濾單元， 使出水水質達到原設計的GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B 排放標準； 納濾出水仍含有較高的硬度、 堿度和含鹽量， 需新建深度處理工程， 根據用水要求不同， 采用不同的深度處理工藝， 將納濾出水處理至分別符合發電廠的冷卻水補水和鍋爐補水的水質要求。

2 設計水量、 水質

新建深度處理工程以納濾出水作為來水水源，設計最大處理水量為400 m3／h， 分冷卻水補水處理和鍋爐補水處理， 這兩部分的設計規模分別為300和100 m3／h。 原有工藝的納濾出水經超濾、 反滲透膜處理達到冷卻水補水水質要求后， 再通過離子交換樹脂深度除鹽工藝處理， 使水質達到超超臨界機組鍋爐補水的水質標準， 冷卻水補水和鍋爐補水的水質分別執行GB／T 50050—2017《工業循環冷卻水處理設計規范》和GB／T 12145—2016《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》。 深度處理工程的設計進出水水質如表1 所示。

表1 深度處理工程設計進出水水質Tab. 1 Design influent and effluent water quality of advanced treatment project

3 廢水處理工藝

3.1 冷卻水補水處理工藝

工業園區現有污水處理廠出水含鹽量較高， 達4 500 ～6 000 mg／L， 必須進行除鹽處理才能滿足冷卻水補水的水質要求， 可以使用反滲透處理降低含鹽量。 同時水中總硬度和總堿度非常高， 分別為550 和450 mg／L， 如果直接進入反滲透處理系統會造成反滲透膜結垢， 因此必須采取相應的鈉離子和弱酸陽離子處理工藝將現有來水中剩余的鈣、鎂離子和碳酸氫根離子盡可能去除， 為后續反滲透處理系統的穩定運行做好準備， 并且可以通過該方法提高后續反滲透產水的回收率［4］， 因此冷卻水補水處理工藝主要采用超濾-鈉床-弱酸床-反滲透工藝。

3.2 鍋爐補水處理工藝

根據發電廠化學設計規范的要求， 除鹽系統的設計需根據進水水質、 除鹽水水質要求、 水量及對外供水工況等因素確定。 進水含鹽質量濃度高于400 mg／L 時宜采用反滲透預脫鹽工藝， 除鹽工藝的出水應保證機組的相應壓力等級水汽品質要求，出水水質應符合現行GB／T 12145—2016 的要求。根據已達到的冷卻水補水的水質特點， 深度除鹽工藝采用盤式自清洗過濾-超濾-反滲透-陽床-陰床-混床的工藝。 離子交換除鹽工藝成熟且出水水質穩定， 能夠滿足超超臨界機組鍋爐補水水質的要求。經過反滲透膜的初步除鹽處理再進行離子交換除鹽， 使離子交換樹脂的運行周期得到較大程度的延長， 再生樹脂產生的廢水量較少可以作為機組脫硫工藝用水。

升級改造后的深度處理工藝流程見圖1。

4 主要構筑物及設備參數

4.1 冷卻水補水處理系統

（1） 調節池。 1 座， 半地上鋼混結構， 尺寸為16.0 m × 10.0 m × 5.0 m， 超高500 mm， 有效池容為800 m3。 配套提升泵2 臺， 1 用1 備， Q ＝390 m3／h， H ＝150 kPa， N ＝45 kW。

圖1 深度處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater advanced treatment

（2） 機械加速澄清池。 1 座， 鋼混結構， 直徑為17 m， 高度為6.5 m， Q ＝400 m3／h。 配套攪拌機和刮泥機各1 臺。

（3） 變孔隙濾池。 2 座， 單座Q ＝200 m3／h，過濾區尺寸為5.0 m×4.0 m， 上升流速為10 m／h。

（4） 超濾。 2 套， 單套Q ＝172 m3／h， 膜型號為SMT600－P50， 64 支， 膜殼64 支， 材質為PVC。配套還原劑加藥泵2 臺， Q ＝20 L／h， H ＝0.7 MPa；阻垢劑加藥泵4 臺， Q ＝10 L／h， H ＝0.7 MPa； 保安過濾器3 座， 材質為SUS304。

（5） 鈉離子交換器。 2 座， 尺寸為φ 3.0 m ×4.6 m， 材質為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為001×7。

（6） 弱酸陽離子交換器。 2 座， 尺寸為φ 3.0 m×4.6 m， 材質為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為D113。

（7） 反滲透。 2 套， 單套Q ＝172 m3／h， 回收率為72%。 膜型號為W30XFR－400／34i， 266 支，膜殼38 支， 型號為8 in（約20 cm）， 材質為FRP。

（8） 濃水反滲透。 1 套， Q ＝44 m3／h， 回收率為28%。 膜型號為SW30XLE－400iB， 77 支， 膜殼11 支， 型號為8 in（約20 cm）， 材質為FRP。

4.2 鍋爐補水處理系統

（1） 調節水箱。 1 座， 鋼制， 有效容積為300 m3， 超高為500 mm。 配套提升泵2 臺， 1 用1 備，Q ＝160 m3／h， H ＝360 kPa， N ＝22 kW。

（2） 盤式自清洗過濾器。 1 套， Q ≤180 m3／h， 粗濾網采用強化尼龍， 細濾網采用不銹鋼316及塑料骨架。

（3） 超 濾。 1 套， Q ＝144 m3／h， 膜 型 號 為UOF－6a， 46 支， 膜殼46 支， 材質為PVC。 配套還原劑加藥泵1 臺， Q ＝25 L／h， H ＝1.0 MPa； 阻垢劑加藥泵1 臺， Q ＝25 L／h， H ＝1.0 MPa； 保安過濾器1 臺， 材質為SUS304。

（4） 反滲透。 1 套， Q ＝108 m3／h， 回收率為75%。 膜型號為BW30FR－400／34i， 126 支， 膜殼21 支， 型號為8 in（約20 cm）， 6 支裝， 材質為FRP。

（5） 陽離子交換器。 1 座， 尺寸為φ 2.5 m ×4.6 m， 材質為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為001×7。

（6） 陰離子交換器。 1 座， 尺寸為φ 2.5 m ×4.6 m， 材質為碳鋼＋襯膠， 樹脂型號為201×7。

（7） 混合離子交換器。 1 座， 尺寸為φ 2.5 m×5.2 m， 材質為碳鋼＋襯膠， 陽樹脂型號為MB001×7， 陰樹脂型號為MB201×7。

5 運行效果

該生物制藥廢水深度處理回用工程自2016 年年底正式投入運行至今， 各處理工藝運行良好， 每天回用至發電廠的水量約為4 000 m3， 水質完全可以達到超超臨界機組冷卻水補水和鍋爐補水的水質要求。 冷卻水補水處理系統的反滲透回收率達到了75% 以上， 濃水排至工業園區廢水蒸發塘處理，鍋爐補水處理系統的反滲透回收率達到了78% 以上， 濃水和離子交換樹脂再生廢水在火電廠內部用于脫硫系統工藝水， 該工程沒有外排水。

該工程冷卻水補水處理系統2017 年出水水質見表2， 鍋爐補水處理系統2017 年出水水質見表3。

表2 冷卻水補水處理系統2017 年出水水質Tab. 2 Effluent quality of cooling water make-up water treatment system in 2017

表3 鍋爐補水處理系統2017 年出水水質Tab. 3 Effluent quality of bioler make-up water treatment system in 2017

由表2 和表3 可知， 升級改造后的深度處理工程的出水水質達到冷卻水補水的水質要求， 且混合離子交換器出水電導率≤0.15 μS／cm、 ρ（SiO2） ≤9.4 μg／L， 滿足GB／T 12145—2016 中超超臨界機組鍋爐補水的水質要求。

6 技術經濟分析

該工程總投資約為3 800 萬元， 其中冷卻水補水處理系統投資3 200 萬元， 鍋爐補水處理系統投資600 萬元。 廢水處理達到冷卻水補水水質要求的運行成本約為4.5 元／m3， 達到除鹽水水質要求的運行成本約為9.0 元／m3。 其中冷卻水補水處理系統的運行成本包括： 電費1.7 元／m3， 人工費1.0元／m3， 藥 劑 費1.6 元／m3， 其 他 費 用0.20 元／m3。按一年運行365 d 計， 每年可回收利用制藥廢水約145 萬m3， 其中冷卻水補水回收利用119.5 萬m3，鍋爐補水回收利用25.5 萬m3， 具有顯著的環境效益和社會效益［5-6］。

7 結語

（1） 采用“生化處理＋膜法處理＋離子交換樹脂深度除鹽”的三級組合工藝處理生物制藥廢水， 實際運行工況表明： 處理后出水水質達到了超超臨界機組鍋爐補水的水質標準， 順利實現了生物制藥廢水到二級除鹽水的轉化， 最終的除鹽水出水電導率≤0.15 μS／cm、 ρ（SiO2） ≤9.4 μg／L， 滿足GB／T 12145—2016 中超超臨界機組鍋爐補水的水質要求。 工程運行以來出水水質穩定， 達到了工程預期的設計目標。

（2） 該工程的成功實施既解決了工業園區生物制藥廢水的回收利用問題， 避免了環境污染， 又為園區新建火力發電廠提供了充足可靠的補水水源，每年回收利用制藥廢水約145 萬m3， 具有很好的經濟和社會效益。