内蒙古某煤化工企业的中水回用水站原设计回收率91%，浓盐水排放量34 m³/h，但实际运行中总回收率为80%，浓盐水实际排放量为75 m³/h。超量反渗透浓水排至厂外废水应急池，导致池内液位上升较快，需新建浓盐水浓缩系统，降低外排浓盐水量。此外，随着我国环保要求的提高及水资源日渐缺乏，企业期望实现废水零排放。目前零排放主要终端工艺为蒸发结晶^〔1〕，建设成本高昂且运行费用不菲，这要求企业尽可能进行浓盐水浓缩，以减少后续零排放的建设与运行费用。

根据企业进水水质和浓缩要求，笔者采用高效反渗透工艺（SWRO）对回用水站的浓盐水进行膜浓缩减量化，不仅可缓解企业现存应急水池溢流困境，还可作为后期设置蒸发结晶零排放装置的前处理设施。高效反渗透产水还可用作循环水补水，具有良好的环境、社会和经济效益^〔2〕，同时为其他浓盐水浓缩工程提供参考方案。

该项目为某煤化工企业1.6×10⁸ m³/d煤制天然气项目，一期投产规模为4×10⁸ m³/d。现浓盐水浓缩车间按总规模一次性建设调试运行。根据一期浓盐水排放量（75 m³/h），确定浓盐水浓缩系统总处理规模为300 m³/h。

对现有回用水车间浓盐水多次取样分析，并考虑一定设计余量，确定浓盐水浓缩系统设计进水水质如表 1所示。系统出水主要作为企业循环冷却水补水回用，执行《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T 19923—2005）标准。

浓盐水浓缩系统进水为回用水站反渗透浓水，TDS在10 000 mg/L左右。综合考虑经济性和技术成熟性，一般采用海水淡化膜进行膜浓缩^〔3〕。高效反渗透工艺结合离子交换系统可在降低膜污染的前提下尽可能提高回收率，减少浓水浓缩的排污量。

该项目进水具有有机物含量高、高硬度、高硅、高TDS等特点，浓缩过程中有机物污染、硬度结垢以及硅阻塞化学污染等是提高回收率的关键限制因素^〔4〕。高效反渗透工艺流程的核心是采用预处理最大程度降低原水的硬度和硅含量，增加离子交换设备（钠床）彻底去除硬度，辅以脱碳塔去除碱度，使高效反渗透装置在高pH条件下稳定运行^〔5〕。高pH条件下硅以离子形式存在，不会污堵反渗透膜，并可被反渗透膜选择性去除^〔6〕；原水中的有机物在高pH下可发生皂化或弱电离，不会造成膜的有机物污染和生物污染。此外，膜的Zeta电位变为很强的负电性，而大部分天然颗粒带负电，不易黏附。有研究表明，高pH条件下浓水通道的水力条件发生变化，膜表面的层流边界层变薄，颗粒易被膜表面的湍流层冲走。

综上，该项目采用高效反渗透工艺，反渗透浓水经化学加药初步去除硬度、钠床彻底去除硬度、除碳器去除碱度后，进入高效反渗透设备进行浓缩，工艺流程如图 1所示。

中水回用水站浓盐水进入调节池后调节水量和水质，由于浓盐水进入回用水车间前已有足量的调节余量，浓盐水浓缩系统进水流量较稳定。考虑经济因素，设置调节池水力停留时间为1 h。

调节池出水进入机械澄清池进行化学预除硬。投加石灰、纯碱降低硬度，镁剂去除硅，PAC和PAM作为混凝剂和絮凝剂降低出水浊度。设置2座澄清池，单池处理流量150 m³/h，有效水深4.5 m，上升流速2.4 m/h，直径9.8 m。根据进水硬度和碱度设计加药量分别为混凝剂PAC 20 mg/L、絮凝剂PAM 2 mg/L、纯碱1 000 mg/L、石灰400 mg/L，设计出水硬度≤100 mg/L（CaCO₃），出水浊度≤5 NTU。

为保护后续钠床和膜处理设施，澄清池出水进入多介质过滤器进一步降低浊度。设置5台多介质过滤器，4用1备，单台设计流量75 m³/h。设备直径3.2 m，无烟煤和石英砂填充高度分别为0.6、0.3 m，设计流速8 m/h，设计出水浊度 < 1 NTU。

经多介质过滤器降低浊度后，出水进入离子交换系统（钠床）去除剩余硬度^〔5〕，避免后续反渗透设备在高pH运行工况下出现无机污染。设置3台钠床，2用1备，单台处理水量150 m³/h，直径2.8 m，设计流速25 m/h。树脂类型为弱酸型，型号PuroliteC104，单台反应器树脂填充体积6.78 m³。再生药剂为HCl和NaOH，总质量496 kg。酸、碱再生废水进入再生废水循环池，调节pH为中性后泵提至前端调节池。为避免破碎树脂泄漏，钠床出水设置树脂捕捉器。设计出水总硬度 < 0.2 mg/L（CaCO₃）。

为保证高pH条件下系统稳定运行，采用除碳塔脱除CO₂降低碱度^〔7〕。钠床出水加酸调节pH，将HCO₃^-和CO₃^2-碱度全部转化为CO₂，并用风机强制鼓入空气，促进水中CO₂逸出，降低碱度。设置3台脱碳塔，单塔设计流量90 m³/h，塔内设计流速50 m/h，塔直径1.8 m，填料高度2 m，塔内空气流量2 800 m³/h，空气流速1 080 m/h。

高效反渗透装置为浓盐水浓缩核心工艺，采用海水淡化膜（SWRO）进行浓盐水浓缩分离。由于该项目前端已彻底去除硬度，因此高效反渗透工艺可在高pH条件下运行。系统为三段，单段回收率设计为50%。设计最大回收率为87.5%。

高效反渗透系统包括保安过滤器、动力装置和膜装置3部分。保安过滤器与高效反渗透系统采用一对一并列设置方式，作为保护预警装置。保安过滤器精度为5 μm，聚丙烯（PP）材质，单支设计通量为30 m³/h。高效反渗透装置3套，单套设计进水流量为76 m³/h，采用三段式，各段膜壳数分别为6:4:2，每支膜壳内填装膜芯7支，膜元件型号SW30XLE-400。膜装置前设置一段高压提升泵，提升扬程为386 m。一段与二段之间设置段间增压泵，提升扬程为160 m。二段与三段之间设置涡轮增压装置以提高能量利用率^〔8〕，进水流量17 m³/h，二段浓水进入增压装置，吸入侧压力为5.2 MPa，经涡轮增压后膜进水侧压力6.6 MPa，三段浓水压力为6.4 MPa，三段浓水经涡轮增压回收后泄压。由于该系统TDS高，为防止倒吸，在撬装设备顶部设置回吸水箱，根据总膜管容量计算，回吸水箱所需体积为2.85 m³，实际设置水箱有效容积3.5 m³。

浓盐水浓缩装置于2015年11月完成开车和168 h连续运行试验，至今稳定运行。目前浓盐水浓缩系统进水流量为72 m³/h，系统内各设备装置运行稳定，系统产水水质满足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工业用水水质》中循环冷却水补水要求（产水pH由用水方根据需要调节），高效反渗透装置回收率稳定在80%左右，各项指标达到设计要求。各工段进出水水质见表 2。

浓盐水浓缩装置运行费用主要包括电费、药剂费、人工费、设备维修费（含膜设备更换费用）。其中，吨水运行电费为1.95元，药剂费3.43元，人工费为0.11元，设备维修费为1.95元，总吨水处理费用为7.44元。药剂费用见表 3。

（1）在煤化工领域内采用高效反渗透工艺可有效再浓缩回用水站浓盐水，减少浓盐水排放量，产水可用作循环冷却水补水。

（2）高效反渗透工艺的关键是在反渗透前段控制硬度、碱度，反渗透装置能够在高pH条件下稳定运行。

（3）在高pH条件下，高效反渗透工艺对有机物的耐受性强，反渗透前可不设置超滤装置，降低了建设运营成本。

（4）该工程未设置超滤装置，与普通工艺相比，反渗透撬装设备的化学清洗较为频繁，后续类似工程可综合评估后决定是否设置超滤装置。