隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，高鹽廢水已成為石油、化工等行業(yè)常見的廢水。高鹽廢水具有水量大、含鹽量高、有機(jī)物含量高等特點(diǎn)，如果直接排放會造成土地鹽堿化，并對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。高鹽廢水的處理工藝已經(jīng)成為廢水處理中的研究熱點(diǎn)。
零排放技術(shù)是通過清潔生產(chǎn)、生態(tài)產(chǎn)業(yè)等對自然資源循環(huán)利用，以達(dá)到污染物零排放、資源化的生產(chǎn)目標(biāo)，零排放始于上世紀(jì)70年代，并逐步得到推廣與發(fā)展。本文采用預(yù)處理-鈉床-超濾-濃水反滲透-STRO-蒸發(fā)的一整套工藝對高鹽廢水進(jìn)行處理，并詳細(xì)闡述各個工藝的流程、設(shè)計(jì)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對高鹽廢水的零排放處理。
1、工程概況
該項(xiàng)目位于新疆某光伏園區(qū)內(nèi)，建有鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、高鹽廢水零排放系統(tǒng)等，高鹽廢水進(jìn)水為鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)反滲透濃水、凝液混床再生廢水等高含鹽廢水，根據(jù)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)排放廢水的種類和水量，對其進(jìn)行分質(zhì)分類處理，實(shí)現(xiàn)各級廢水在本工程內(nèi)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(dá)到回用，濃水蒸發(fā)結(jié)晶。系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量190m3/h，設(shè)計(jì)要求STRO濃水含鹽量不低于90000mg/L，提濃處理后，保證系統(tǒng)總產(chǎn)水率不低于90%。
2、設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)
零排放系統(tǒng)進(jìn)水為本工程鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)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(jīng)反滲透濃縮4倍后進(jìn)入零排放系統(tǒng)一級濃水反滲透，一級濃水反滲透濃水進(jìn)入調(diào)節(jié)池與凝液混床再生廢水混合，經(jīng)預(yù)處理軟化后再進(jìn)入后續(xù)膜濃縮系統(tǒng);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(diǎn)，具體水質(zhì)詳見表1，控制一級反滲透回收率、避免膜結(jié)垢、提高膜系統(tǒng)的清洗周期、氯離子含量較高設(shè)備材質(zhì)選型是本工程的處理難點(diǎn)。STRO濃水至少能滿足進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的最低水質(zhì)要求(要求含鹽量不低于90000mg/L)。
3、工藝流程
鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)中的反滲透濃水進(jìn)入反滲透濃水箱，在反滲透濃水箱內(nèi)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(chǎn)生。經(jīng)過水泵提升至一級濃水反滲透進(jìn)行濃縮，一級濃水反滲透采用65%回收率。為防止離子結(jié)垢，一級濃水反滲透進(jìn)水預(yù)留了阻垢劑接口。一級濃水反滲透產(chǎn)生的濃水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的再生廢水均進(jìn)入調(diào)節(jié)池均質(zhì)。
調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水經(jīng)泵提升進(jìn)入高效反應(yīng)澄清池，高效反應(yīng)澄清池主體為鋼砼結(jié)構(gòu)，集化學(xué)反應(yīng)、混凝、泥水分離和儲水于一體。根據(jù)來水水質(zhì)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(tài)轉(zhuǎn)化為固體顆粒態(tài)，經(jīng)絮凝反應(yīng)形成較大顆粒物，在沉淀區(qū)經(jīng)重力分離去除。
固態(tài)雜質(zhì)從淡鹽水中分離出來后采用脫水機(jī)脫水處理，形成泥餅外運(yùn)，壓濾液仍返回到調(diào)節(jié)池。
高效反應(yīng)澄清池產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)水池，經(jīng)泵提升至雙介質(zhì)過濾器和濃水超濾裝置進(jìn)一步去除水中的懸浮物和雜質(zhì)。濃水超濾產(chǎn)水進(jìn)入二級濃水反滲透進(jìn)行濃縮，回收率為65%。二級濃水反滲透采用循環(huán)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(chǎn)生的濃水進(jìn)入STRO，本項(xiàng)目采用了90bar的STRO膜，可以使?jié)馑腡DS達(dá)到90000mg/L以上，大大減少了濃水量。
詳細(xì)工藝流程見圖1。
4、工程設(shè)計(jì)
4.1 濃水反滲透系統(tǒng)(RO)
濃水反滲透系統(tǒng)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(jìn)、出口都裝有低壓保護(hù)開關(guān)和高壓保護(hù)開關(guān))、濃水反滲透分段清洗裝置，反滲透出水口關(guān)斷門、止回門、防爆膜片等。濃水反滲透裝置設(shè)計(jì)2個系列，每個系列的凈產(chǎn)水量≥61m3/h，每個系列組裝一個組合架，每列都能單獨(dú)運(yùn)行，也可同時運(yùn)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18L/(m2·h)，系統(tǒng)回收率為65%;一段與二段膜數(shù)量按2∶1布置，系統(tǒng)脫鹽率≥98%。
4.2 預(yù)處理系統(tǒng)
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(zhì)量濃度高達(dá)16800mg/L，其水質(zhì)參見表2。本工程對濃水反滲透濃水先采用軟化與過濾預(yù)處理后，再采用二級反滲透及STRO進(jìn)行提濃。
4.2.1 調(diào)節(jié)池
濃水反滲透濃水進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池，廢水調(diào)節(jié)池為混凝土結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)1座，容積約為150m3。停留時間大于2h;廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)后進(jìn)入高效反應(yīng)澄清池。
4.2.2 高效反應(yīng)澄清池
高效反應(yīng)澄清池主體為鋼砼結(jié)構(gòu)，集化學(xué)反應(yīng)、混凝、泥水分離和儲水于一體。設(shè)計(jì)處理能力為100m3/h，停留時間大于0.5h;高效反應(yīng)澄清池設(shè)計(jì)1座。
濃水經(jīng)提升泵送到高效澄清池絮凝反應(yīng)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(qiáng)化去除硅。
為保證軟化反應(yīng)迅速徹底，反應(yīng)槽設(shè)置4格專用藥劑混合反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)通過機(jī)械攪拌在混合藥劑與來水的同時，強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)效果，最大限度保證化學(xué)反應(yīng)徹底完成。經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后的淡鹽水進(jìn)入澄清區(qū)，在澄清區(qū)中化學(xué)沉淀物沉降分離出來后送至污泥脫水系統(tǒng)處理。
水經(jīng)過軟化后總硬度可達(dá)到0.5mmol/LCaCO3以下。并且Ca2+、Mg2+在后續(xù)系統(tǒng)中不發(fā)生結(jié)垢，即便后續(xù)濃縮設(shè)備需要酸洗，也使清洗速度加快、過程縮短，減少后續(xù)濃縮系統(tǒng)停運(yùn)次數(shù)和停運(yùn)間隔時間。
4.2.3 清水池
高效反應(yīng)沉淀池出水進(jìn)入清水池，清水池為混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)1座，容積約為100m3。緩沖時間大于1.5h;清水池出水經(jīng)泵提升后進(jìn)入雙介質(zhì)過濾器。
4.2.4 雙介質(zhì)過濾器
雙介質(zhì)過濾器系統(tǒng)包括2臺DN3200雙介質(zhì)過濾器(一用一備)，反洗羅茨風(fēng)機(jī)、反洗水泵等;
雙介質(zhì)過濾器每臺處理量按80m3/h設(shè)計(jì)，為鋼制設(shè)備，內(nèi)裝填料上層為無煙煤、下層為石英砂，高度分別為400、800mm，出水濁度可達(dá)3度以下，采用氣水聯(lián)合反洗，配備反洗水泵及反洗風(fēng)機(jī)。反洗周期根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整。反洗水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池。
4.2.5 超濾裝置(UF)
超濾系統(tǒng)包括了超濾膜組件、超濾反洗水泵、反洗風(fēng)機(jī)、100μm反洗過濾器、反洗加藥裝置等。超濾裝置設(shè)計(jì)2個系列，每個系列凈產(chǎn)水量≥37m3/h，都能單獨(dú)運(yùn)行或反洗，也可同時運(yùn)行。選用GEZeeWeed1500超濾膜元件，膜材質(zhì)為PVDF，單支膜面積51.1m2，設(shè)計(jì)通量小于50L/(m2·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(jié)合的過濾方式，在進(jìn)水水質(zhì)較好時，采用全量過濾;水質(zhì)差時，可切換為錯流過濾，以增加操作彈性、節(jié)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(xù)處理系統(tǒng)中氟化鈣結(jié)垢。在超濾后面增加了鈉床系統(tǒng)，鈉床系統(tǒng)包括2臺DN2000鈉床(一用一備)，再生設(shè)備等;鈉床每臺處理量按80m3/h設(shè)計(jì)，為鋼制設(shè)備，內(nèi)裝填料強(qiáng)酸陽樹脂，填充高度為1800mm，運(yùn)行周期為1天以上。再生水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池。
4.3 提濃處理系統(tǒng)
4.3.1 二級濃水反滲透裝置
濃水反滲透濃水經(jīng)軟化除硬過濾后進(jìn)入二級濃水反滲透裝置。二級濃水反滲透裝置設(shè)計(jì)為2套，每套設(shè)計(jì)出力為24m3/h，平均通量不大于14L/(m2·h)，每套按一級兩段(5∶3)排列，回收率為65%，段間設(shè)置增壓泵。膜元件采用陶氏專用于高難度水處理系統(tǒng)的富耐CR100，膜材質(zhì)為芳香族聚酰胺復(fù)合膜，單支膜面積37m2。
4.3.2 STRO裝置
二級濃水反滲透濃水的成分復(fù)雜，含無機(jī)鹽、有機(jī)物，也有預(yù)處理、脫鹽等過程使用的少量化學(xué)品，如阻垢劑和其他反應(yīng)產(chǎn)物。濃鹽水的處理是高含鹽廢水“零排放”的關(guān)鍵技術(shù)[6]。本工程對二級濃水反滲透濃水采用STRO裝置進(jìn)一步提濃，最后進(jìn)入蒸發(fā)裝置進(jìn)行固化處理，最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放。
STRO(網(wǎng)管式高壓反滲透膜)裝置采用RECHEM公司的STRO膜產(chǎn)品，脫鹽率在95%以上。
本工程設(shè)計(jì)2套STRO裝置，每套STRO裝置進(jìn)水量13m3/h，每套產(chǎn)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26.5m2，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(lián)排列，第二組3串，每串6支膜組件串聯(lián)排列，共24支膜組件，串與串并聯(lián)排列。第二個組塊單獨(dú)設(shè)置一臺錯流循環(huán)泵，以保證每一串膜的進(jìn)膜水量，以及補(bǔ)充過膜后的壓力損失。
STRO濃水保證TDS≥90000，其中Na+濃度為32000mg/L，Cl-濃度為25000mg/L，SO42-濃度為36400mg/L。確保STRO濃水高含鹽量，可以有效減少蒸發(fā)環(huán)節(jié)的蒸發(fā)量，減少蒸發(fā)裝置的規(guī)模，維持蒸發(fā)的性能穩(wěn)定。
5、結(jié)語
(1)反滲透濃水、再生廢水混合后產(chǎn)生的混合水水質(zhì)復(fù)雜，含鹽量高，必須采用完善的預(yù)處理工藝進(jìn)行處理，為后續(xù)膜法的穩(wěn)定運(yùn)行提供保證。
(2)采用先進(jìn)的膜技術(shù)，大大降低了酸、堿等藥劑的使用量，最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。
(3)STRO具有開放式的通道結(jié)構(gòu)，對進(jìn)水水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，膜結(jié)垢少，不易污堵，易清洗，使用壽命長，濃縮倍率高，產(chǎn)水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，對高鹽廢水的濃縮處理具有非常顯著的效果。
(4)用STRO進(jìn)行濃縮，可以減少進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶裝置中濃鹽水的量，從而減少蒸發(fā)量及蒸發(fā)裝置的規(guī)模，減少零排放項(xiàng)目的投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用。( >
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