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    高鹽廢水零排放工藝流程

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    針對高鹽廢水水質復雜,含鹽量高的特點,某光伏園區廠配套功能中心項目設計采用預處理 - 鈉床 - 超濾 - 濃水反滲透 - STRO 的處理工藝。該工藝中反滲透濃水經預處理 - 再濃縮工藝后,采用 STRO - 蒸發工藝對二次濃水進行零排放處理。出水達到回用水質要求,回用水至補給水系統。著重闡述了預處理、STRO 系統工藝流程、設計參數,為該工藝在高鹽廢水處理工藝提供參考。 


    關鍵詞:高鹽廢水; 反滲透; 鈉床; STRO; 零排放


    隨著我國經濟的發展與技術的進步,高鹽廢水已成為石油、化工等行業常見的廢水。高鹽廢水具有水量大、含鹽量高、有機物含量高等特點[1 - 2],如果直接排放會造成土地鹽堿化,并對生態環境造成嚴重的破壞。高鹽廢水的處理工藝已經成為廢水處理中的研究熱點。


    零排放技術是通過清潔生產、生態產業等對自然資源循環利用,以達到污染物零排放、資源化的生產目標,零排放始于上世紀 70 年代,并逐步得到推廣與發展[3 - 4]。本文采用預處理 -鈉床 - 超濾 - 濃水反滲透 - STRO - 蒸發的一整套工藝對高鹽廢水進行處理,并詳細闡述各個工藝的流程、設計參數,最終實現對高鹽廢水的零排放處理。


    1 工程概況


    該項目位于新疆某光伏園區內,建有鍋爐補給水系統、高鹽廢水零排放系統等,高鹽廢水進水為鍋爐補給水處理系統反滲透濃水、凝液混床再生廢水等高含鹽廢水,根據鍋爐補給水處理系統排放廢水的種類和水量,對其進行分質分類處理,實現各級廢水在本工程內的的合理、最大化回收利用。采用以膜法為主體的處理工藝,最終出水達到回用,濃水蒸發結晶。系統設計水量 190 m3 /h,設 計 要 求 STRO 濃水含鹽量不低于90000 mg /L,提濃處理后,保證系統總產水率不低于 90% 。 


    2 設計進、出水水質


    零排放系統進水為本工程鍋爐補給水處理系統反滲透濃水、凝液混床再生廢水等高含鹽廢水。原水為地表水經反滲透濃縮 4 倍后進入零排放系統一級濃水反滲透,一級濃水反滲透濃水進入調節池與凝液混床再生廢水混合,經預處理軟化后再進入后續膜濃縮系統; 該廢水具有高含鹽、高硬度、硅和磷含量較高、氯離子含量較高等特點,具體水質詳見表 1,控制一級反滲透回收率、避免膜結垢、提高膜系統的清洗周期、氯離子含量較高設備材質選型是本工程的處理難點。STRO 濃水至少能滿足進入蒸發結晶系統的最低水質要求 ( 要求含鹽量不低于90000 mg /L) 。


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    3 工藝流程 


    鍋爐補給水系統中的反滲透濃水進入反滲透濃水箱,在反滲透濃水箱內的停留時間約為半小時,此時前面所加的阻垢劑 還未失效,也沒有絮狀物產生。經過水泵提升至一級濃水反滲 透進行濃縮,一級濃水反滲透采用 65% 回收率。為防止離子結 垢,一級濃水反滲透進水預留了阻垢劑接口。一級濃水反滲透產生的濃水和鍋爐補給水系統的再生廢水均進入調節池均質。 


    調節池內廢水經泵提升進入高效反應澄清池,高效反應澄清池主體為鋼砼結構,集化學反應、混凝、泥水分離和儲水于一體。根據來水水質條件,投加軟化劑、氧化鎂、絮凝劑及助凝劑 等藥劑,將廢水中鈣離子、鎂離子、硅酸根離子態轉化為固體顆粒態,經絮凝反應形成較大顆粒物,在沉淀區經重力分離去除。


    固態雜質從淡鹽水中分離出來后采用脫水機脫水處理,形成泥餅外運,壓濾液仍返回到調節池。


    高效反應澄清池產水進入產水池,經泵提升至雙介質過濾 器和濃水超濾裝置進一步去除水中的懸浮物和雜質[5]。濃水超濾產水進入二級濃水反滲透進行濃縮,回收率為 65% 。二級濃水反滲透采用循環回流及段間增壓的方式一方面增加濃水流速,另一方面減少濃差極化,降低膜的污染。二級濃水反滲透產生的濃水進入 STRO,本項目采用了 90 bar 的 STRO 膜,可 以使濃水的 TDS 達到 90000 mg /L 以上,大大減少了濃水量。 詳細工藝流程見圖 1。


    2.jpg


    4 工程設計 


    4.1 濃水反滲透系統( RO) 


    濃水反滲透系統包括濃水反滲透膜組件、濃水反滲透高壓 泵( 每套濃水反滲透裝置的高壓泵進、出口都裝有低壓保護開 關和高壓保護開關) 、濃水反滲透分段清洗裝置,反滲透出水口關斷門、止回門、防爆膜片等。濃水反滲透裝置設計 2 個系列, 每個系列的凈產水量≥61 m3 /h,每個系列組裝一個組合架,每 列都能單獨運行,也可同時運行。采用一級二段布置的抗污染膜元件,濃水反滲透膜平均通量不大于 18 L/( ㎡ ·h) ,系統回 收率為 65% ; 一段與二段膜數量按 2 ∶ 1 布 置,系統脫鹽率 ≥98% 。 


    4.2  預處理系統 


    濃水反滲透濃水、鈉床再生水及凝液混床再生水等混合水 的含鹽量高,TDS 質量濃度高達 16800 mg /L,其水質參見表 2。 本工程對濃水反滲透濃水先采用軟化與過濾預處理后,再采用二級反滲透及 STRO 進行提濃。


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    4.2.1 調節池 


    濃水反滲透濃水進入廢水調節池,廢水調節池為混凝土結構,調節池設計 1 座,容積約為 150 m3。停留時間大于 2 h; 廢水進入調節池進行均質后進入高效反應澄清池。 


    4.2.2 高效反應澄清池 


    高效反應澄清池主體為鋼砼結構,集化學反應、混凝、泥水分離和儲水于一體。設計處理能力為 100 m3 /h,停留時間大于 0. 5 h; 高效反應澄清池設計 1 座。 


    濃水經提升泵送到高效澄清池絮凝反應池,分別投加NaOH、MgO、Na2CO3 及其他藥劑,使水中 Ca2+ 與剩余的 Mg2+ 形 成 CaCO3 沉淀和 Mg( OH)2 沉淀,同時在 MgO 共沉作用下強化去除硅。 


    為保證軟化反應迅速徹底,反應槽設置 4 格專用藥劑混合 反應區,反應區通過機械攪拌在混合藥劑與來水的同時,強化化學反應效果,最大限度保證化學反應徹底完成。經過化學反應后的淡鹽水進入澄清區,在澄清區中化學沉淀物沉降分離出 來后送至污泥脫水系統處理。 水經過軟化后總硬度可達到 0. 5 mmol /LCaCO3 以下。并且Ca2+ 、Mg2+ 在后續系統中不發生結垢,即便后續濃縮設備需要酸洗,也使清洗速度加快、過程縮短,減少后續濃縮系統停運 次數和停運間隔時間。 


    4.2.3 清水池 


    高效反應沉淀池出水進入清水池,清水池為混凝土結構, 設計 1 座,容積約為 100m3。緩沖時間大于 1.5 h; 清水池出水 經泵提升后進入雙介質過濾器。 


    4.2.4 雙介質過濾器 


    雙介質過濾器系統包括 2 臺 DN3200 雙介質過濾器( 一用 一備) ,反洗羅茨風機、反洗水泵等; 雙介質過濾器每臺處理量按 80 m3 /h 設計,為鋼制設備,內裝填料上層為無煙煤、下層為石英砂,高度分別為 400、800 mm, 出水濁度可達 3 度以下,采用氣水聯合反洗,配備反洗水泵及反洗風機。反洗周期根據實際運行情況調整。反洗水自流進 入調節池。 


    4.2.5 超濾裝置( UF) 


    超濾系統包括了超濾膜組件、超濾反洗水泵、反洗風機、 100 μm 反洗過濾器、反洗加藥裝置等。超濾裝置設計 2 個系列,每個系列凈產水量 ≥37 m3 /h,都能單獨運行或反洗,也可同時運行。選 用 GE ZeeWeed1500 超濾膜元件,膜材質為PVDF,單支膜面積 51.1 ㎡,設計通量小于 50 L/( ㎡·h) ,每個系列安裝 15 支膜。超濾裝置采取全量過濾和錯流過濾相結合的過濾方式,在進水水質較好時,采用全量過濾; 水質差時,可切換為錯流過濾,以增加操作彈性、節約用水。每套超濾裝置反洗排水安裝流量控制裝置,以控制水的回收率。 


    4.2.6 鈉床


    為了防止后續處理系統中氟化鈣結垢。在超濾后面增加了鈉床系統,鈉床系統包括 2 臺 DN2000 鈉床( 一用一備) ,再生設備等; 鈉床每臺處理量按 80 m3 /h 設計,為鋼制設備,內裝填料強酸陽樹脂,填充高度為 1800 mm,運行周期為 1 天以上。再生水自流進入調節池。


    4.3 提濃處理系統


    4.3.1 二級濃水反滲透裝置


    濃水反滲透濃水經軟化除硬過濾后進入二級濃水反滲透裝置。二級濃水反滲透裝置設計為 2 套,每套設計出力為 24 m3 /h,平均通量不大于 14 L/( ㎡ ·h) ,每套按一級兩段( 5∶ 3)排列,回收率為 65% ,段間設置增壓泵。膜元件采用陶氏專用于高難度水處理系統的富耐 CR100,膜材質為芳香族聚酰胺復合膜,單支膜面積 37 ㎡。 


    4.3.2 STRO 裝置


    二級濃水反滲透濃水的成分復雜,含無機鹽、有機物,也有預處理、脫鹽等過程使用的少量化學品,如阻垢劑和其他反應產物。濃鹽水的處理是高含鹽廢水“零排放”的關鍵技術[6]。


    本工程對二級濃水反滲透濃水采用 STRO 裝置進一步提濃,最后進入蒸發裝置進行固化處理,最終實現廢水零排放。 STRO( 網管式高壓反滲透膜) 裝置采用 RECHEM 公司的STRO 膜產品,脫鹽率在 95% 以上。


    本工程設計 2 套 STRO 裝置,每套 STRO 裝置進水量 13 m3/ h,每套產生濃水量小于6.2m3 /h,回收率大于 50% ,每套選用 24 支 90bar 的 STRO 膜柱,單支膜柱面積 26.5 ㎡,將單套STRO 分成兩個組塊,第一組塊 1 串,每串 6 支膜組件串聯排列,第二組 3 串,每串 6 支膜組件串聯排列,共 24 支膜組件,串與串并聯排列。第二個組塊單獨設置一臺錯流循環泵,以保證每一串膜的進膜水量,以及補充過膜后的壓力損失。 STRO 濃水保證 TDS≥90000,其中 Na+ 濃度為 32000 mg /L,Cl- 濃度為 25000 mg /L,SO42- 濃 度 為 36400 mg /L。確保STRO 濃水高含鹽量,可以有效減少蒸發環節的蒸發量,減少蒸發裝置的規模,維持蒸發的性能穩定。 


    5 結語


    ( 1) 反滲透濃水、再生廢水混合后產生的混合水水質復雜,含鹽量高,必須采用完善的預處理工藝進行處理,為后續膜法的穩定運行提供保證。


    ( 2) 采用先進的膜技術,大大降低了酸、堿等藥劑的使用量,最終實現廢水的零排放。


    ( 3) STRO 具有開放式的通道結構,對進水水質適應性強,膜結垢少,不易污堵,易清洗,使用壽命長,濃縮倍率高,產水水質好等優點,對高鹽廢水的濃縮處理具有非常顯著的效果。


    ( 4) 用 STRO 進行濃縮,可以減少進入蒸發結晶裝置中濃鹽水的量,從而減少蒸發量及蒸發裝置的規模,減少零排放項目的投資費用及運行費用。


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