循环水系统含盐量对污水回用的影响及现场应用

程建峰，韩 强，王 峥，张全民

(1.中国石油天然气股份有限公司华北石化分公司，河北 任丘 062552；2.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131)

人类社会为了满足生活及生产的需求，要从各种天然水体中取用大量的水，其数量是极为可观的[1]。一些缺水国家如美国、英国、日本等国均已成功将再生水(回用水)用于电力、冶炼、商业、空调等冷却系统[2]。我国工业循环冷却水中的应用也正在逐步推广和扩大，尤其是火力发电厂应用较多[3-4]。本文主要介绍炼油厂使用回用水所遇到的问题及处理措施。

1 背景及条件

某500万t/a燃料型炼油厂主体生产装置为常减压-催化-汽柴油加氢精制，辅助装置主要包括：四个循环水场、一个污水处理场。循环水场采用凉水塔进行循环水降温，污水处理场采用隔油-生化的传统路线处理全厂各装置产生的外排污水，污水满足城镇一级A标准后外排。正常生产时污水处理场平均流量约为300m3/h、电导率约3000μs/cm。为满足节能减排要求，降低新鲜水消耗量，现部分合格污水回用至循环水场作为补水，其余部分外排。

2 生产现状分析

2.1 根据现有理论及生产经验，设立前提条件

(1) 电导率与含盐量关系式取：1μs/cm=0.7mg/L。

(2) 炼油产生其余污水的参数条件：200 m3/h、电导率1200 μs/cm、含盐量168kg/h不变。

(3) 循环水场水质要求电导率低于6000μs/cm。

(4) 夏季循环水系统蒸发量为125 m3/h，污水回用量约为250 m3/h；冬季循环水系统蒸发量为75 m3/h，污水回用量约为150 m3/h。

2.2 生产现状

正常生产时污水处理场污水流量约为300m3/h、电导率约3000μs/cm，此时回用水至循环水系统仅浓缩2倍即达到电导率6000μs/cm的排水置换要求。虽然外排污水带出部分盐，但生产运行中发现装置换热器仍然出现腐蚀泄露，盐在系统内积累，循环水系统加速腐蚀，同时污水处理场生化系统正常菌种培养受到抑制，影响正常运行。

污水处理场能够承受的含盐量范围是多少？普通生化菌种耐盐极限值为4000mg/L，换算成电导率极限值约为5700μs/cm。根据污水处理场生产实际情况发现，在污水电导为3500μs/cm时，会出现影响生化反应的趋势，所以取正常运行时的污水平均流量300 m3/h、电导3000μs/cm、含盐量630kg/h为初始状态，夏季劣化运行的3500μs/cm、流量350 m3/h、含盐量857.5kg/h为极限状态，确定含盐量630～857.5kg/h为污水处理场可以正常运行的范围，低于这个范围视为较优工况，高于这个范围可视为较差工况，或者说此时需要采取应对措施。

利用含盐量数据，分析生产情况，计算循环水场外排污水量如表1。

表1 循环水场补水与外排污水量

循环水场排污量应为125m3/h，则此时污水处理场总处理量应为325 m3/h、含盐量为693kg/h、电导率为3046μs/cm，电导率较初始值有所提升，这表示，下一次同样250 m3/h的回用污水带盐进入循环水场，应为533kg/h，较初始条件的525kg/h，有所提升。

保持进循环水场质量和总盐平衡，经 表2计算，需要补充新鲜水2 m3/h，由于新鲜水使用量非常小，所以可以忽略新鲜水带入的含盐量，污水处理场总处理量为327 m3/h、总含盐量为701kg/h、电导率为3062.5μs/cm，同理推断，只要回用量不变，回用污水的含盐量逐步提高，污水处理场进水电导率继续增加。

表2 循环水场水量和总盐平衡表

待回用水含盐量提高到698kg/h，此时污水处理场总处理量量为350 m3/h、电导率为3534μs/cm，含盐量为866kg/h时，循环水场的排污量应是150 m3/h，蒸发量仍为125 m3/h，那么就需要25 m3/h新鲜水作为补充，则各循环水所补充的新鲜水的月耗量就是18000 m3。实际生产中新鲜水以某月的最高使用量20500m3计，上述新鲜水的计算值非常接近实际生产中新鲜水的月使用量。

新鲜水月耗量有指标控制，含盐量超出污水处理场正常可承受的处理范围，循环水场排污量逐渐增大，这些不利条件促使系统必须采取措施。即使新鲜水可以无限使用，为保证正常运行降低含盐量，循环水场仍需要不断增加排污量，排污水携带着大量药剂，也会对污水处理场造成大的冲击。

一旦循环水场排污水达到200m3/h，带入污水处理场的含盐量就达到840 kg/h，污水处理场是否能正常运行以及达标排放恐怕都是问题。所以新鲜水耗量、循环水排污量、污水处理场含盐量三者相互影响，是促使系统必须采取措施的条件。

3 方案分析

为实现进一步节能减排，保证循环水系统长期稳定运行，最大限度降低新鲜水耗量，提高污水回用率，满足高标准生产对标要求，根据公司条件，进行方案比选。

本厂临近所在城市污水处理场，城市污水量充足，电导率为2500μs/cm，经对市政污水处理场设计条件、出水水质化验比对，形成以下备选方案：

3.1 采用城市外排污水作为循环水场的补充水

冬季循环水场补水量为150m3/h，则城市污水厂外排水带入循环水场盐量为262.5kg/h，需要有262.5kg/h的盐被带出循环水场，冬季循环水场排污量应为62.5m3/h计，则有262.5kg/h盐带到污水处理场；污水处理场总进水为262.5m3/h，电导率为2342.9μs/cm，含盐量为430.5kg/h，即污水处理场排出盐430.5kg/h，见表3。

表3 采用城市外排污水作为循环水场的补充水的平衡表

分析：进入盐262.5kg/h，排出盐430.5kg/h，循环水场水质会有所提高。

夏季循环水场补水量为250m3/h，则有437.5kg/h盐回到了循环水场，同样的需要有437.5kg/h的盐被带出循环水场，夏季循环水场排污量应为104m3/h计，则有437.5kg/h盐排到新污水处理场；污水处理场总进水达到304m3/h，电导率2845μs/cm，总含盐量为605.5kg/h，即污水处理场排出盐605.5kg/h。分析：进入盐437.5kg/h，排出盐605.5kg/h，循环水场水质会有所提高。

3.2 投用闲置的300 m3/h污水回用装置，将所产淡水50m3/h混合城市外排污水100m3/h作为循环水场的补充水

冬季循环水场补水量为150m3/h，其中污水回用装置所产淡水50m3/h与城市污水厂外排水100m3/h混合后含盐量为175.3kg/h，电导率为1669.6μs/cm，则带入循环水场盐量为175.3kg/h，同样的需要有175.3kg/h的盐被带出循环水场。冬季循环水场排污量应为41.7m3/h，则有175.3kg/h盐排到污水处理场；污水处理场总进水为241.7m3/h，电导率为2030μs/cm，总含盐量为343.3kg/h，即污水处理场排出盐343.3kg/h。

分析：进入盐175.3kg/h，排出盐343.3kg/h，循环水场水质会有明显好转。

夏季循环水场补水量为250 m3/h，其中污水回用装置所产淡水50m3/h与城市污水厂外排水100m3/h混合后含盐量为263.2kg/h、电导率为1504μs/cm，则带入循环水场盐量为263.2kg/h，同样的需要有263.2kg/h的盐被带出循环水场。夏季循环水场排污量按62.7 m3/h计，则有263.2kg/h盐到污水处理场；污水处理场总进水达到262.7 m3/h，电导率2344.9μs/cm，总含盐量为431.2kg/h，即污水处理场排出盐431.2kg/h。

分析：进入盐263.2kg/h，排出盐431.2kg/h，循环水场水质会有明显好转。3.3投用闲置的300 m3/h污水回用装置，将所产淡水补充入循环水系统冬季循环水场补水量即其蒸发量为75m3/h，淡水电导率为25μs/cm，则带入循环水场含盐量可忽略不计，冬季循环水场排污量按10m3/h计，则有42kg/h盐排到新污水处理场；污水处理场总进水为210m3/h，电导率为1428.7μs/cm，总含盐量为210kg/h，即污水处理场排出盐210kg/h。

分析：进入盐0kg/h，排出盐210kg/h，循环水场水质极好，化工料损耗急速下降，污水处理场进水品质将达到设计值。此时的外排水已达到全部回收的条件。

夏季循环水场补水量即其蒸发量为125m3/h，淡水电导率为25μs/cm，则带入循环水场含盐量可忽略不计。夏季循环水场排污量按15m3/h计，则有63kg/h盐排到新污水处理场；污水处理场总进水达到215m3/h，电导率1534μs/cm，总含盐量为231kg/h，即污水处理场排出盐231kg/h。

分析：进入盐0kg/h，排出盐231kg/h，循环水场水质极好，化工料损耗急速下降，污水处理场进水品质将达到设计值。此时的外排水已达到全部回收的条件。

综合以上几套方案，从系统稳定运行角度出发，且该项目获得厂里资金投入支持所以采用方案三进行改进。

4 经济效益

经过几年的优化运行，污水回用装置所产的浓水作深度处理，使之单独达标排放，尽量全部将合格污水回收，合格污水按300m3/h四倍浓缩，得到淡水225m3/h，其中100m3/h去除盐水站，每小时可节约新鲜水120m3，每天全厂消耗量9000m3新鲜水，较之前节水约32%。另外125m3/h作为循环水场补充水，可使每月的新鲜水消耗指标全部节省下来，巨大的化工料损耗将不复存在，代之以较小的化工料成本、高品质循环水系统长周期运行，年换热器检修成本也大幅削减。