Sum-Up of Implementation of Project of Ultra Low Effluent and Emission for Chemical Fertilizer Production
Abstract：
Based on investigation and analysis of water resource utilization situation, the project of ultra low effluent and emission for chemical fertilizer production is implemented. After carrying out and completion of the first stage of the project, water conservation effect is significant, the water resource comprehensive utilization effect is improved greatly, average effluent volume per ton of ammonia is only 2.5 m3, attaining the desired effect.
目前，我国面临的水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。继国务院颁布《关于实行最严格水资源管理制度的意见》后，河南省于2013年12月陆续出台了《河南省人民政府关于实行最严格水资源管理制度的实施意见》和《河南省水资源制度考核办法》。氮肥行业属于高能耗、高污染行业，氮肥生产既是用水大户，又是排污大户。面对国家不断加大的节能减排工作力度，如何采用新技术、新工艺使吨氨煤耗、电耗、水耗等指标不断下降，污染物排放量得到有效控制，实现企业环保与国家宏观政策保持一致，是每个企业需要迫切解决的问题。
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项目背景
河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心公司)现有河南新乡、新疆两大生产基地，占地面积超过5 000亩，拥有1 200 kt/a合成氨、300 kt/a甲醇、2 100 kt/a尿素、1 000 kt/a复合肥的生产能力，建有3条固定层气化工艺尿素生产线、1条水煤浆气化工艺尿素生产线、6条转鼓造粒工艺复合肥生产线、1条高塔造粒工艺复合肥生产线和1条滴灌水溶肥生产线，新疆基地的水煤浆气化工艺尿素生产线及三聚氰胺生产线正在建设中。
自2007年起，心连心公司所有环保指标坚持符合国家标准和地方标准的要求，实行严格的企业内控指标与红线预警考核机制，对污染物含量和总量指标每月实行“双控考核”。2013年10月，心连心公司提出了吨氨外排污水≤2.5 m3的目标。
2
水资源利用分析
为了解心连心公司水资源利用情况，对化工园区二、三和四厂水资源利用情况进行了详细调查与分析。二、三和四厂补、排水情况见表 1。
表 1
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项目 |
吨氨排耗/t |
Cl-/(mg·L-1) |
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二厂 |
耗新水 |
8.84 |
136 |
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排污水 |
3.88 |
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|
三厂 |
耗新水 |
8.45 |
142 |
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排污水 |
3.07 |
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四厂 |
耗新水 |
14.18 |
110 |
|
排污水 |
6.80 |
|
由表 1可知：项目实施前，采用传统固定层气化工艺的二厂和三厂吨氨耗新鲜水分别为8.84 m3和8.45 m3，污水排放量分别为3.88 m3(包括生活区、澡堂等)和3.07 m3；采用新型水煤浆气化工艺的四厂吨氨耗新鲜水14.18 m3，污水排放量约为6.80 m3。
经分析，化工园区外排水主要包括清水和污水两大部分，清水指不经终端处理可直接达标排放的水，主要为循环水置换排污和反渗透浓水；污水指终端处理后外排水。二、三和四厂外排水情况见表 2。
表 2
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项目 |
循环水排污/(m3·h-1) |
反渗透浓水/(m3·h-1) |
终端处理污水/(m3·h-1) |
|
生活污水(冲厕) |
解吸废液 |
中和池 |
导淋及生活水 |
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二厂 |
47 |
75 |
20 |
11 |
15 |
5 |
|
三厂 |
45 |
110 |
15 |
25 |
10 |
10 |
|
四厂 |
140 |
100 |
200 |
考虑到取水成本的提高、国家对企业污水外排政策愈加严格及外排水具有较大回收价值，心连心公司自2014年3月开始对外排污水进行回收利用。
3
项目实施及效果
3.1
反渗透浓水再利用
由于化工园区一次水水质差，在实际运行中，浓水反渗透装置经常出现膜堵塞的情况，运行效果较差，处于停运状态。根据不同分厂的特点，选用2种方案对浓水进行回收利用。
(1) 在原反渗透装置基础上再增加1段反渗透，目前浓水回收膜运行状况良好，反渗透各段运行压力和水量稳定，产水电导率＜500 μS/cm，回收率＞55%，脱盐率平均为90%。但由于原水中COD含量较高，导致浓水反渗透装置浓水中的COD含量较高，需处理后才能达标排放。
(2) 浓水经预处理后进浓水反渗透回收装置。反渗透浓水经预处理后，水质达到预期目标，浓水RO膜进水污染指数(SDI)稳定在3以下，浓水RO膜的运行压差较之前明显降低，浓水回收率达到50%，回收水量约为50 m3/h。预处理浓水进、出水水质见表 3。
表 3
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项目 |
进水 |
出水 |
|
电导率/(μS·cm-1) |
4 099 |
4 960 |
|
pH |
7.99 |
7.59 |
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浊度/NTU |
1.30 |
11.76 |
|
SiO2/(μg·L-1) |
38 344 |
24 465 |
|
Cl-/(mg·L-1) |
231.73 |
521.64 |
|
碱度/(mg·L-1) |
1 450 |
900 |
|
硬度/(mg·L-1) |
1 250 |
866 |
|
Ca2+/(mg·L-1) |
255.94 |
86.17 |
由表 3可看出，预处理对电导率和Cl-没有去除效果，而对浊度、硬度、钙离子、SiO2的去除效果明显，保证了反渗透膜长周期稳定运行。
3.2
中水回用
中水回用的预处理采用“三法净水”一体化工艺，总处理水量400 m3/h；后处理采用超滤加反渗透的膜法水处理工艺，总处理水量350 m3/h，制水能力240 m3/h。该项目主要对整个化工园区循环水装置排污置换水进行处理回收利用，同时根据中水回用负荷，对终端外排口合格污水进行部分回收利用，作为化工园区各循环水补水。
由于二、三厂部分循环水中添加的药剂含有季铵盐类物质，故仅对四厂循环水进行回收利用，运行负荷相对较低。从运行情况看，中水回用“三法净水”预处理与反渗透浓水预处理效果相同，即对电导率和Cl-没有去除效果，而对SiO2、浊度、硬度、钙离子、铁离子的去除效果明显，因此，“三法净水”预处理装置的长周期稳定运行保证了中水回用膜的长周期稳定运行。
3.3
循环水高浓缩倍数运行
因一次水中Cl-含量较高，与碱度、硬度等指标不匹配，在碱度、硬度等指标偏低的情况下，Cl-含量已接近指标上限。为了防止设备腐蚀，将Cl-质量分数控制在400×10-6，该指标设定偏低，与新国标(GB 50050—2007)中的要求(Cl-质量分数700×10-6)有较大差距，Cl-含量成为影响循环水排污的主要瓶颈。为了减少排污、保证循环水处理效果，通过引入国际知名公司的先进循环水管理经验，采用新型水处理药剂，在保证处理效果的前提下，使循环水排污量大大降低。以12 000 m3/h合成循环水为例，采用先进管理方法和新型药剂后，腐蚀率、黏泥沉积量、垢黏附速率、污垢热阻等优于GB 50050—2007中的要求，Cl-质量分数从400×10-6升至800×10-6，循环水排污量由25 m3/h降至5 m3/h，节水效果显著。
3.4
气化灰水系统优化
气化灰水系统补水主要有尿素解吸废液、变换冷凝液、脱盐水、泵密封水及液位计冲洗水，总补水量约90 m3/h。泵密封水和液位计冲洗水为脱盐水，用量约30 m3/h，直接补入灰水系统。由于灰水系统中COD、氨氮等指标设定值较低以及泵密封水补入的影响，造成灰水液位、水质不稳定，波动较大。
通过对密封水和冲洗水改造、优化灰水排放指标和灰水补充水的梯级利用，煤气化废水外排量大幅减少。通过优化，灰水系统外排水量由100 m3/h减少至75 m3/h，同时也保证了灰水系统水质的稳定。
3.5
尿素解吸废液回收利用
尿素解吸废液回收利用分两期实施，一期已投运，处理能力为40 m3/h。处理后的尿素解吸废液水质：COD 30 mg/L，氨氮30 mg/L左右，尿素质量分数＜2×10-6。尿素解吸废液(约90 ℃)先经换热器换热降温至50 ℃以下，然后经螯合树脂床处理，氨氮质量浓度降至2 mg/L以下，树脂的洗脱率达90%以上，产水pH在3~4，可用作循环水补水，有利于提高循环水的浓缩倍数，并减少浓硫酸用量。
3.6
管理方面
建立分厂生产用水定额考核制度，对各分厂的用水量进行定额限制，用水量直接与全体员工的工资相关联，提高了全员节水意识。
改变传统循环水处理观念，引入“水保姆”的概念，由国际知名水处理公司进行循环水水质管理，双方定期对处理效果进行诊断分析，保证处理效果，减少污水排放量。
生活区全部改装节水型水龙头，并对餐厅、澡堂及生活区各用水点安装水表进行计量统计，建立生活用水定额管理考核制度，将污水终端处理达标水作为厕所冲洗水进行回用，节水效果显著。
3.7
项目实施效果
项目第1阶段实施完成后，节水效果明显。水煤浆气化生产线合成氨废水排放量已由开车时的吨氨7.5 m3降至3.5 m3(包括尿素系统和生活排污水)，固定层气化生产线合成氨废水排放量由同期的吨氨3.0 m3降至1.9 m3，全公司平均吨氨废水排放量为2.5 m3。
4
计划实施项目
(1) 引用黄河水。心连心公司现一次水采用地下井水，随着用水量的增大，地下水位逐年下降，水质变差，导致循环水、脱盐水等系统整体排污量增大。目前，引用黄河水管道已铺设完毕，计划购买厂区附近的贾太湖作为沉淀池。
(2) 污水处理终端优化整合。目前，化工园区外排污水分别由二厂和四厂污水终端处理合格后达标排放。根据国家政策及公司发展规划，超低排放项目实施后，随着二厂和四厂污水处理终端负荷的降低，逐步将二厂的污水处理终端进水送至四厂污水处理终端集中处理，最终实现化工园区污水处理终端整合。根据国家政策的调整，将公司所有污水送至距厂区8 km左右的市政污水处理厂统一处理，以降低公司运行成本；将污水处理厂的排水作为中水回用，供应本公司及周边的企业。
(3) 高浓度有机废水处理。借鉴浙江丰登化工股份有限公司的废水处理经验，利用水煤浆气化炉对变换冷凝液、精醇残液及热电废油水等高浓度有机废水进行资源化利用；同时回收利用周边造纸厂、制药厂的高浓度有机废水。
(4) 高浓度盐水再利用。反渗透浓水再利用和中水回用实施后，大量高浓度盐水因无法处理而外排，造成水资源的浪费。目前，虽然多效蒸发及零排放技术相对比较成熟，但投资和运行成本相对较高，影响了该项目的大范围推广。煤化工企业每年有大量的低品位热源，下一步拟将低品位热源的开发利用与高浓度盐水的回收利用有机结合，以降低项目运行成本，实现变废为宝，提高资源利用率。
5
结语
超低排放项目的节水效果显著，各类污水按照“源头控制、污污分流、清清分流、分级利用”的原则，通过整合化工园区各类水资源，大大提高了水资源综合利用效率，使吨氨排水量大大降低，但与吨氨排水量＜1.5 m3的目标仍有较大差距。
沪公网安备 31010702007066号