01项目概况
千阳海螺水泥厂区建有日产5000吨新型干法水泥熟料生产线及9000kw/h纯低温余热发电配套工程，位于甘肃省宝鸡市千阳县。系统总运行时间7600h/a，余电循环水浓缩倍数3倍以上，日循环冷却排污量约459m³/d，原排至厂区雨水沟至厂外，现需进行有效处理，根据厂区圆堆消耗浓水量，系统回收率需达到95%及以上。回用水水质需符合国标《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T50050-2017）中再生水水质要求。同时符合：《工业循环水冷却设计规范》GB/T50102-2014、《水泥工厂余热发电设计标准》GB50588-2017、《城市污水再生利用 工业用水水质》 GB/T 19923-2005。
项目总进出水质要求如下：
02水质分析与工艺选择
通过进出水质的对比可知，废水的电导率、溶解性固体、总碱度和总硬度均超标。为使出水回用达标并满足系统回收率，设计总体思路分为“化学软化+预过滤+深度减量处理”三段：①“化学软化”段采用“软化+澄清”工艺来降低水中硬度、碱度，并调整系统的pH值；②“预过滤”段采用“多介质+活性炭+超滤（UF）+钠床”工艺对废水进行过滤处理，去除水中的浊度并降低SDI值，使出水满足“深度净化”段的进水条件；③“深度减量处理”段采用“反渗透（RO）+电渗析(ED)”工艺对废水进行深度除盐、降钙、镁等污染物，使出水达到回用是水质标准且保证系统回收率能达到95%及以上。其中“深度减量处理”段是整个系统的重点和难点。
“深度减量处理”由“反渗透+电渗析”组合减量化工艺，反渗透（RO）技术属于一种膜分离技术，利用选择性半透膜装置，通过压力为推力进行膜分离除盐，同时可以去除水中的细菌、有机物热源、病毒等。反渗透的产水率可达到75%-85%。反渗透装置是一种常用的脱盐降氯处理工艺，应用比较广泛，具有能耗低、建设周期短、易于自动控制等优点。电渗析（ED）技术也属于膜分离技术，其工作原理是：在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液淡化的目的。电渗析可适用于含盐量小于20g/L的苦咸水淡化，广泛应用于废水减量化及零排放中使用。
将电渗析技术用作反渗透设备后的浓水二次除盐设备，则既可以促进浓盐水的水资源化利用，节约水资源，也可以减少浓盐水的产量，便于处理消耗。“反渗透+电渗析”处理工艺是一种全新的减量化组合工艺，是水泥厂余电排污水“零排放”处理目标的新方向。
03设计工艺流程介绍
水泥厂区余电循环排污水首先收集至新建调节池，调蓄系统排放的不均匀的废水量，并均衡废水水质。随后泵入软化处理单元，在此单元中，主要通过加药降低硬度，并调整系统的PH值，使其满足系统的运行工况。此单元加药为全自动加药，能自动按水处理技术要求自动准确、定量投加水处理药剂。
本系统配置钢衬胶过滤器和超滤作为预过滤装置。过滤器内装配不同级配的优质石英砂、优质的活性炭、优质无烟煤等填料，能有效吸附去除原水的有机物和悬浮物。超滤采用外压式超滤，过滤精度不小于50μm，超滤出水SDI 指数≦3，满足反渗透的进水要求。
由于项目回收率要求高，所以对反渗透的进水要求比较严格。在传统工艺“介质过滤+超滤”的基础上增加钠离子软化器，对废水进行进一步的软化处理。软化器采用阳离子树脂将原水中的钙、镁离子置换出去，经该设备流出的水而为硬度极低的软化水。其化学反应为：2RNa+Ca2+(Mg2+)=R2Ca(Mg)+2Na+。当树脂吸附到一定量的钙、镁离子后必须进行再生-用饱和盐水浸泡树脂把树脂里的钙、镁离子等硬度置换出来，恢复树脂的软化交换能力，并将废液排出。其化学反应为：R2Ca=2RNa+Ca2+。整个再生过程包括：反洗-松动树脂层，吸盐慢洗-发生交换反应，冲洗（正洗）-将化学反应交换下来的钙、镁离子冲净，注水-为了下次再生。产生的废水设计上考虑进入最终的废水回收箱，不得进入系统内循环。
经过钠床处理后的水进入反渗透进行脱盐降氯处理，反渗透产水直接进入淡水池，浓水则排至浓水池，由电渗析再对其进行处理。电渗析回收率能达到85%以上，经过电渗析处理后的浓水只占系统的5%不到，淡水则回至前端调节池。通过以上工艺设计，本项目系统回收率能达到95%以上，剩下5%的浓用于厂内原料堆棚喷淋消耗，最终，系统达到“零排放”处理要求。
系统产生的污泥经则板框压滤机脱水后，形成含水率低于70%的泥饼，按生产原材料回用。
采用“软化澄清+多介质+活性炭+UF+纳床+RO+ED”构成的新工艺，应用于水泥行业余电循环排污水处理，具有自动化程度高、系统回收率高、处理效果好等特点，为水泥行业余电循环排污水“零排放”做出更大的贡献，具有广阔的应用前景。
04运行成本和效益分析
系统运行费用包含吨水电耗和吨水药耗。系统运行中的药剂主要包含杀菌剂、聚铁、纯碱、石灰、氢氧化钠、盐酸、还原剂、阻垢剂等。各运行费用详见下表：
水泥厂每年可节约用水167535m³，每年可节省取水费用约71万元。在投入使用此系统后，循环水的水质改善，有利于延长余热发电换热设备和管线的使用寿命，从而能减少设备的维护成本，同时还有很多社会效益和环保效益。
① 缓解水资源匮乏，保护生态环境：水泥厂生产循环排污水利用“零排放”技术回收利用，避免了水资源外排造成的浪费，同时还能减少外界供水的水量；且由于水泥生产废水具有碱度高、硬度高、含盐量高、电导率高等特点，若是随意排放，会对地表水带来污染，阻碍植物生长，甚至会影响人体健康。废水“零排放”可避免污水外流，保护生态环境，节省了工业用水量。
② 推动节约型社会的建设，提高水资源利用率：近年来，国家越来越重视对环境的保护，先后出台了多个关于水泥行业用水标准及环境污染防治相关的规定。废水“零排放”技术成为建设节约型社会的必要环节。
③ 实现厂区降本增效的目的，促进其长久稳定的发展：水泥行业要维持更加长久稳定的发展，就需要与时俱进，积极响应国家“节能减排”的号召。随着环保产业的发展，具有资金优势、技术优势的大型企业可以利用自身优势，采用“零排放”技术，为厂区实现降本增效的提供了保障。
综上，采用“零排放”处理工艺能，避免水泥企业的环保风险，也能给企业带来长久的经济和社会效益。
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