2022年石化行业废水排放量占全国工业废水总排放量的14.9%，石化企业生产中循环冷却水系统补水耗水量占总量的60%，制备纯水耗水量约占30%，剩余工艺用水不足10%，提高企业循环冷却水系统浓缩倍数和脱盐水系统回收率是企业节水减排的有效措施。通常使用膜系统作为循环水补水和排污水脱盐处理工艺，膜处理会产生大量含有Na+、Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+、HCO3-等多种离子的浓水，随着国家环保要求不断提升，膜浓水的处理及零排放成为石化企业水处理领域的研究热点。膜浓水一般由预处理、一级处理以及深度处理3个工艺段组成，其中预处理目前常采用化学药剂沉淀法、离子交换法以及电化学法等去除水中硬度、碱度以及浊度等污染物质。
江苏某石化企业使用机械澄清池工艺对膜浓水进行预处理，通过碱性药剂和混凝药剂的作用达到软化除浊目的。该工艺实际运行稳定，但存在药剂投加量大、药剂投加操作复杂、水质水量适应性差以及产生的废物难以处理等问题。造粒流化床工艺近年来被广泛用于工业废水处理、市政饮用水处理、热电厂循环排污水处理等诸多领域并取得了良好的处理效果。常用的造粒流化床工艺主要包括用于去除水中硬度、氟以及其他无机离子的化学结晶循环造粒流化床设备和用于去除水中悬浮物、有机物等物质的循环结团造粒固液分离流化床设备。化学结晶循环造粒流化床是一种以诱导结晶为机理，通过流化床反应器进行水质软化和去除其他无机离子的水处理设备。循环结团造粒固液分离流化床设备以结团絮凝机理为理论基础，通过流化床装置对结团絮凝的水力学、化学条件等因素进行控制，使絮凝颗粒之间有序结合形成具有良好沉降性能的絮凝颗粒，从而获得良好的固液分离效果。
使用造粒流化床工艺替代机械澄清池，对膜浓缩废水进行预处理并对该工艺的处理效果进行研究验证，形成膜浓缩废水预处理工程案例。
1、工艺设计
1.1 设计规模及水质指标
该企业进厂原水脱盐水生产工艺中膜系统运行时产生的膜浓缩废水量为350m³/h，因此造粒流化床系统设计处理规模确定为400m3/h。膜浓缩废水水质典型值见表1。
1.2 工艺流程及主要构筑物设计
采用化学结晶循环造粒床设备与循环结团造粒固液分离流化床设备联用工艺对膜浓缩废水进行处理，水量平衡及工艺流程如图1所示。
膜浓水由提升泵送至化学结晶循环造粒流化床进行软化除硬处理，再进入循环结团造粒固液分离流化床进行除浊处理，最终在系统出水管道上加酸调节出水pH。主要构筑物设计参数见表2。
造粒流化床处理工艺主要构筑物包括化学结晶循环造粒流化床设备和循环结团造粒固液分离流化床设备，均为碳钢材质立式柱形容器。将2台化学结晶循环造粒流化床反应器串联运行，4台固液分离流化床反应器并联运行（3用1备）。
2、系统运行效果及技术对比分析
2.1 系统运行效果
对处理系统稳定运行1个月的进、出水进行取样测定，硬度变化如图2所示。
系统进水总硬度为1818~2000mg/L，连续稳定运行工况下，出水硬度可稳定控制在200mg/L以下，平均去除率约92.8%，出水Ca2+稳定在40mg/L以下，出水浊度可持续稳定在3NTU以下。系统进水总碱度为787~1101mg/L，出水总碱度为344~744mg/L。各项水质指标均满足接管水质要求，系统对水质及水量变化具有良好的适应性和稳定性。
2.2 技术对比分析
改造前机械澄清池稳定运行时进、出水硬度和碱度变化如图3所示。系统进水总硬度平均值为1802mg/L，出水总硬度平均值为600mg/L；进水总碱度平均值为679mg/L，出水总碱度平均值为400mg/L；出水浊度稳定在3NTU以下。
综合改造前后处理工艺的运行情况，对比分析结果如表3所示。
3、结论
①以化学结晶循环造粒流化床和循环结团造粒固液分离流化床为主要处理装置的造粒流化床系统在石化行业中膜浓缩废水的软化和除浊处理中应用效果良好。该系统具有良好的水质、水量适应能力，硬度去除率可稳定保持在90%以上，出水浊度可稳定在3NTU以下。
②工业企业膜浓缩废水预处理案例中，造粒流化床系统处理负荷可达到60~100m3（/m2·h），直径为2400mm的单体设备处理水量最大可达到452m3/h，系统自动化程度高，适合推广使用。（来源：江苏方洋水务有限公司）
