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[摘 要]某化学工业公司PVC项目设有生化污水处理厂，生产污水经处理后可达氯碱行业一级排放标准，但每年还有可观的污染物排入黄河，为了降低污染物排放对黄河水水质的影响，减少新鲜水取用量，此公司拟建设再生水回用及零排放工程，本文对此工程的设计方案进行了论述。
[关键词]PVC项目 再生水回用 零排放 超滤膜 反渗透 化学清洗 蒸发器 晶种 干化塘
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0104-01
1.前言
某化学工业公司PVC项目地点位于内蒙古自治区西南部，黄河南岸。千百年来，黄河孕育了古老而伟大的中华文明，保护母亲河，保护生态环境，是落实科学发展观，构建社会主义和谐社会及实现中国的具体举措，是功在当代、利在千秋的大事。
虽然本PVC项目设有生化污水处理厂，经处理后可达氯碱行业一级排放标准，但每年还会有可观的污染物排入黄河，为了降低污染物排放对黄河水水质的影响，减少新鲜水取用量，此化学工业公司拟投资建设再生水回用及零排放工程，将污水处理厂的排水处理后回用于循环水补水及锅炉补水，从而达到PVC项目污水零排放的目的，这套装置建设后，将会成为我国氯碱行业发展的一个里程碑。
针对业主的招标需求，我院和某国际知名水处理公司合作组成联合体进行了投标，最终，技术方案及报价经过严格审查后被业主指定为本工程的EPC中标方，在项目开始执行后，联合体工程师在业主提供的来水水质及场地现状资料的基础上进行了施工图前的方案设计。
2.工程设计
2.1 设计水量及水质
2.1.1 设计来水量及水质
此化学工业公司PVC项目主要生产各类型号PVC树脂、烧碱，其现有排放污水具有含盐量高、氯离子含量高、腐蚀性强、结垢倾向严重等特点。
2.1.2 设计出水水质
本工程实施的目的使废水达到零排放，处理后的水作为循环水补水和锅炉补水。为了最终实现这个目标，根据污水水质及回用目的，必须将污水中的悬浮物、可溶物最大程度消减分离出来。
2.2 工艺流程简介
现在国内大多企业污水处理工艺设计为达标排放型，而本工程设计拟采用资源利用型治理工艺，将生化污水处理厂达到氯碱行业一级排放标准的污水、化学水站清洁排水及氯乙烯废水作为处理对象，经处理后，充分回收利用水资源，置换和满足生产所需各类用水，减少黄河水的取用和地下水开采，使污水达到零排放。
由于本工程要求污水不能外排，同时产水要回用于循环冷却水、锅炉系统的补水，在处理过程中不仅要对悬浮物、有机物和硬度进行消减，同时总盐分还需要要大幅度的去除，因此联合体采用“超滤（UF）+反渗透（RO）+零排放（ZLD）”工艺对此化学工业公司污水进行处理。
此工艺的优点是流程简洁、操作运行可以完全实现自动化、工程占地面积小。并且盐分可以从水中大部分去除，不会随着水的循环产生积累，因此不会造成严重的电化腐蚀。
根据本工艺的流程特点及装置分区，为了叙述方便，本文将“UF+RO”称为预处理工段，“ZLD”称为零排放工段。
2.3 主要处理单元方案设计
2.3.1 预处理工段（UF+RO）
1） 超滤装置（UF）
a.前处理
经二沉池固液分离后的污水及化学水站清净排水的混合水经提升泵房提升后，首先进入500μm的自清洗过滤器，自清洗过滤器的作用是用来防止损害膜寿命的大的、锋利的颗粒物进入膜池，从而保证系统可靠运行和延长寿命。
自清洗过滤器出水进入预混凝装置，包括快速搅拌池和混凝反应池，混凝反应池的水力停留时间约5min，同时投加NaClO进行杀菌，以减少对后续超滤膜系统的生物污堵。通过在原水中投加混凝剂，可将原水中的悬浮物、胶体、有机物等进行絮凝，使水中难以沉降的颗粒相互聚合增大从而形成粒径相对较大的矾花，以致能通过超滤装置有效去除。
b.浸没式超滤系统
针对PVC项目生化污水处理厂出水不稳定，水质波动大的特点，本设计拟选用浸没式超滤作为反渗透系统的前处理系统，与通常的压力式超滤膜相比，浸没式超滤膜具有如下优点：
从预处理要求和抗污染能力的角度看，浸没式超滤膜单根膜组件装填密度中等，过流通道宽，要求简单的预处理，抗无毒能力强。减少化学清洗，适于水质差、波动大的来水。这种模最初是专门为污水处理回用而开发的，通常用来直接处理含固量高达20000mg/l 的市政和工业污水。
浸没式超滤膜系统采用虹吸或低压真空抽吸（0.02-0.03MPa），运行能耗低；②浸没式超滤膜系统的装填密度高，占地面小。③浸没式超滤膜只需要安装在土建或金属钢池中，需要少量的连接件及阀门，安装方式简单，浸没式超滤膜系统的出水可以直接作为后续工段RO系统的进水。
经过混凝反应池的水流通过膜池配水渠直接进入膜池，膜池配水渠的作用是为了保证进水可以在几个膜池间均匀的分布。
原水由外向内通过膜表面上的微孔，即从膜外面进入膜内部，颗粒固体包括胶状物则被截留在膜池内，最后被排出系统，产品水由每列的透过液产水泵送至中间水箱。
为了保持膜的设计通量，膜系统可进行全自动的周期性地进行反洗，其过程包括透过液反向通过膜同时空气擦洗膜丝的外表面，最后排空膜池以去除积累在膜丝周围的固体物质，在反洗过程中不使用化学药品。
在运行过程中，进水中固体物质会逐渐积累在膜地表面，从而增加透膜压差（TMP）值。反洗过程可以有效地去除膜表面的固体物质，从而使TMP恢复到一个产水周期中正常的TMP值，多数反洗是每天进行的，有助于保持TMP且延长清洗周期，降低平均能耗。 2.3.2 零排放工段（ZLD）
进入零排放装置的废水首先经调节水箱和蒸发器给水水箱调节水量、水质和pH值，再经过换热器加热至临近沸点的状态后进入脱气塔，在脱气塔中将二氧化碳和另外一些不凝气体除去，防止不凝气体进入蒸发器，覆盖在传热表面上导致蒸发能力下降。经脱气塔脱气后，废水进入蒸发器，在蒸发器中蒸发浓缩得到可回用的蒸发冷凝水和浓盐水。
此装置的核心设备是能够使废水中的硫酸钙盐和硅结晶的蒸发器，蒸发器的关键技术是能够防止传热表面结垢的种盐技术。
3.各工段水处理预期效果
根据来水类别及水质情况，本工程拟将污水处理厂排水和生产装置区清洁排水混合后进入“预处理工段（UF+RO）”进行处理，产品水输送至循环水系统作为补水的水源。UF单元处理过程中产生的废水回流至PVC项目污水处理厂，RO排放的浓盐水和氯乙烯高盐份废水进行均质均量调节后送至“零排放（ZLD）工段”进行固液分离，ZLD产出的蒸馏水回用于锅炉补水，分离出的盐泥水外运至干化塘自然蒸发。
4.结论
此化学工业公司再生水回用和零排放工程可以解决企业污水排放污染问题。通过本工程的建设，可大大减少污染物的排放量，其中CODcr削减量为518t/a，环境效益十分显著。
本工程竣工投运后，PVC项目不会向周围水体排放任何生活、生产污水，达到了污水的零排放，并且回收利用的污水置换了大量新鲜水的用量，创造了可观的经济效益。本项目的建设，扩大了当地的环境容量，企业可以扩大再生产，因此，是保持此化学工业公司经济和社会可持续发展的需要，并且再生水回用和零排放工程的建设有巨大的间接经济效益。
参考文献
[1] 国家标准化管理委员会，《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T19923-2005），中国标准出版社，2005年9月。
[2] 国家标准化管理委员会，《烧碱、聚氯乙烯工业水污染物排放标准》（GB15581-95）中国标准出版社。
[3] 华东建筑设计研究院有限公司，《给水排水设计手册 （第二版）（第4册） 工业给水处理》，中国建筑工业出版社，2002年4月1日。
[5] 北京市市政工程设计研究总院，《给水排水设计手册 （第二版）（第5册） 城镇排水》，中国建筑工业出版社，2002年4月1日。
[关键词]PVC项目 再生水回用 零排放 超滤膜 反渗透 化学清洗 蒸发器 晶种 干化塘
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0104-01
1.前言
某化学工业公司PVC项目地点位于内蒙古自治区西南部，黄河南岸。千百年来，黄河孕育了古老而伟大的中华文明，保护母亲河，保护生态环境，是落实科学发展观，构建社会主义和谐社会及实现中国的具体举措，是功在当代、利在千秋的大事。
虽然本PVC项目设有生化污水处理厂，经处理后可达氯碱行业一级排放标准，但每年还会有可观的污染物排入黄河，为了降低污染物排放对黄河水水质的影响，减少新鲜水取用量，此化学工业公司拟投资建设再生水回用及零排放工程，将污水处理厂的排水处理后回用于循环水补水及锅炉补水，从而达到PVC项目污水零排放的目的，这套装置建设后，将会成为我国氯碱行业发展的一个里程碑。
针对业主的招标需求，我院和某国际知名水处理公司合作组成联合体进行了投标，最终，技术方案及报价经过严格审查后被业主指定为本工程的EPC中标方，在项目开始执行后，联合体工程师在业主提供的来水水质及场地现状资料的基础上进行了施工图前的方案设计。
2.工程设计
2.1 设计水量及水质
2.1.1 设计来水量及水质
此化学工业公司PVC项目主要生产各类型号PVC树脂、烧碱，其现有排放污水具有含盐量高、氯离子含量高、腐蚀性强、结垢倾向严重等特点。
2.1.2 设计出水水质
本工程实施的目的使废水达到零排放，处理后的水作为循环水补水和锅炉补水。为了最终实现这个目标，根据污水水质及回用目的，必须将污水中的悬浮物、可溶物最大程度消减分离出来。
2.2 工艺流程简介
现在国内大多企业污水处理工艺设计为达标排放型，而本工程设计拟采用资源利用型治理工艺，将生化污水处理厂达到氯碱行业一级排放标准的污水、化学水站清洁排水及氯乙烯废水作为处理对象，经处理后，充分回收利用水资源，置换和满足生产所需各类用水，减少黄河水的取用和地下水开采，使污水达到零排放。
由于本工程要求污水不能外排，同时产水要回用于循环冷却水、锅炉系统的补水，在处理过程中不仅要对悬浮物、有机物和硬度进行消减，同时总盐分还需要要大幅度的去除，因此联合体采用“超滤（UF）+反渗透（RO）+零排放（ZLD）”工艺对此化学工业公司污水进行处理。
此工艺的优点是流程简洁、操作运行可以完全实现自动化、工程占地面积小。并且盐分可以从水中大部分去除，不会随着水的循环产生积累，因此不会造成严重的电化腐蚀。
根据本工艺的流程特点及装置分区，为了叙述方便，本文将“UF+RO”称为预处理工段，“ZLD”称为零排放工段。
2.3 主要处理单元方案设计
2.3.1 预处理工段（UF+RO）
1） 超滤装置（UF）
a.前处理
经二沉池固液分离后的污水及化学水站清净排水的混合水经提升泵房提升后，首先进入500μm的自清洗过滤器，自清洗过滤器的作用是用来防止损害膜寿命的大的、锋利的颗粒物进入膜池，从而保证系统可靠运行和延长寿命。
自清洗过滤器出水进入预混凝装置，包括快速搅拌池和混凝反应池，混凝反应池的水力停留时间约5min，同时投加NaClO进行杀菌，以减少对后续超滤膜系统的生物污堵。通过在原水中投加混凝剂，可将原水中的悬浮物、胶体、有机物等进行絮凝，使水中难以沉降的颗粒相互聚合增大从而形成粒径相对较大的矾花，以致能通过超滤装置有效去除。
b.浸没式超滤系统
针对PVC项目生化污水处理厂出水不稳定，水质波动大的特点，本设计拟选用浸没式超滤作为反渗透系统的前处理系统，与通常的压力式超滤膜相比，浸没式超滤膜具有如下优点：
从预处理要求和抗污染能力的角度看，浸没式超滤膜单根膜组件装填密度中等，过流通道宽，要求简单的预处理，抗无毒能力强。减少化学清洗，适于水质差、波动大的来水。这种模最初是专门为污水处理回用而开发的，通常用来直接处理含固量高达20000mg/l 的市政和工业污水。
浸没式超滤膜系统采用虹吸或低压真空抽吸（0.02-0.03MPa），运行能耗低；②浸没式超滤膜系统的装填密度高，占地面小。③浸没式超滤膜只需要安装在土建或金属钢池中，需要少量的连接件及阀门，安装方式简单，浸没式超滤膜系统的出水可以直接作为后续工段RO系统的进水。
经过混凝反应池的水流通过膜池配水渠直接进入膜池，膜池配水渠的作用是为了保证进水可以在几个膜池间均匀的分布。
原水由外向内通过膜表面上的微孔，即从膜外面进入膜内部，颗粒固体包括胶状物则被截留在膜池内，最后被排出系统，产品水由每列的透过液产水泵送至中间水箱。
为了保持膜的设计通量，膜系统可进行全自动的周期性地进行反洗，其过程包括透过液反向通过膜同时空气擦洗膜丝的外表面，最后排空膜池以去除积累在膜丝周围的固体物质，在反洗过程中不使用化学药品。
在运行过程中，进水中固体物质会逐渐积累在膜地表面，从而增加透膜压差（TMP）值。反洗过程可以有效地去除膜表面的固体物质，从而使TMP恢复到一个产水周期中正常的TMP值，多数反洗是每天进行的，有助于保持TMP且延长清洗周期，降低平均能耗。 2.3.2 零排放工段（ZLD）
进入零排放装置的废水首先经调节水箱和蒸发器给水水箱调节水量、水质和pH值，再经过换热器加热至临近沸点的状态后进入脱气塔，在脱气塔中将二氧化碳和另外一些不凝气体除去，防止不凝气体进入蒸发器，覆盖在传热表面上导致蒸发能力下降。经脱气塔脱气后，废水进入蒸发器，在蒸发器中蒸发浓缩得到可回用的蒸发冷凝水和浓盐水。
此装置的核心设备是能够使废水中的硫酸钙盐和硅结晶的蒸发器，蒸发器的关键技术是能够防止传热表面结垢的种盐技术。
3.各工段水处理预期效果
根据来水类别及水质情况，本工程拟将污水处理厂排水和生产装置区清洁排水混合后进入“预处理工段（UF+RO）”进行处理，产品水输送至循环水系统作为补水的水源。UF单元处理过程中产生的废水回流至PVC项目污水处理厂，RO排放的浓盐水和氯乙烯高盐份废水进行均质均量调节后送至“零排放（ZLD）工段”进行固液分离，ZLD产出的蒸馏水回用于锅炉补水，分离出的盐泥水外运至干化塘自然蒸发。
4.结论
此化学工业公司再生水回用和零排放工程可以解决企业污水排放污染问题。通过本工程的建设，可大大减少污染物的排放量，其中CODcr削减量为518t/a，环境效益十分显著。
本工程竣工投运后，PVC项目不会向周围水体排放任何生活、生产污水，达到了污水的零排放，并且回收利用的污水置换了大量新鲜水的用量，创造了可观的经济效益。本项目的建设，扩大了当地的环境容量，企业可以扩大再生产，因此，是保持此化学工业公司经济和社会可持续发展的需要，并且再生水回用和零排放工程的建设有巨大的间接经济效益。
参考文献
[1] 国家标准化管理委员会，《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T19923-2005），中国标准出版社，2005年9月。
[2] 国家标准化管理委员会，《烧碱、聚氯乙烯工业水污染物排放标准》（GB15581-95）中国标准出版社。
[3] 华东建筑设计研究院有限公司，《给水排水设计手册 （第二版）（第4册） 工业给水处理》，中国建筑工业出版社，2002年4月1日。
[5] 北京市市政工程设计研究总院，《给水排水设计手册 （第二版）（第5册） 城镇排水》，中国建筑工业出版社，2002年4月1日。