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        高鹽廢水零排放工藝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2019-04-27 07:39:46史宇濤
        山東化工 2019年7期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        史宇濤,張 偉,陳 超

        (中電環(huán)保股份有限公司,江蘇 南京 211102)

        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)[1-2],如果直接排放會(huì)造成土地鹽堿化,并對(duì)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(duì)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[3-4]。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(duì)高鹽廢水進(jìn)行處理,并詳細(xì)闡述各個(gè)工藝的流程、設(shè)計(jì)參數(shù),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)其進(jìn)行分質(zhì)分類處理,實(shí)現(xiàn)各級(jí)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190 m3/h,設(shè)計(jì)要求STRO濃水含鹽量不低于90000 mg/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(jí)濃水反滲透,一級(jí)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(jí)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90000 mg/L)。

        表1 系統(tǒng)進(jìn)、出水水質(zhì)

        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(shí)間約為半小時(shí),此時(shí)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(jí)濃水反滲透進(jìn)行濃縮,一級(jí)濃水反滲透采用65%回收率。為防止離子結(jié)垢,一級(jí)濃水反滲透進(jìn)水預(yù)留了阻垢劑接口。一級(jí)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(chǔ)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)[5]。濃水超濾產(chǎn)水進(jìn)入二級(jí)濃水反滲透進(jìn)行濃縮,回收率為65%。二級(jí)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(jí)濃水反滲透產(chǎn)生的濃水進(jìn)入STRO,本項(xiàng)目采用了90 bar的STRO膜,可以使?jié)馑腡DS達(dá)到90000 mg/L以上,大大減少了濃水量。

        詳細(xì)工藝流程見圖1。

        圖1 工藝流程

        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(gè)系列,每個(gè)系列的凈產(chǎn)水量≥61 m3/h,每個(gè)系列組裝一個(gè)組合架,每列都能單獨(dú)運(yùn)行,也可同時(shí)運(yùn)行。采用一級(jí)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/(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)16800 mg/L,其水質(zhì)參見表2。本工程對(duì)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(jí)反滲透及STRO進(jìn)行提濃。

        表2 混合水水質(zhì)

        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150 m3。停留時(shí)間大于2 h;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(chǔ)水于一體。設(shè)計(jì)處理能力為100 m3/h,停留時(shí)間大于0.5 h;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(shí)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(shí),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0.5 mmol/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(shí)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100 m3。緩沖時(shí)間大于1.5 h;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(tái)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(tái)處理量按80 m3/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、800 mm,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)、100 μm反洗過濾器、反洗加藥裝置等。超濾裝置設(shè)計(jì)2個(gè)系列,每個(gè)系列凈產(chǎn)水量 ≥37 m3/h,都能單獨(dú)運(yùn)行或反洗,也可同時(shí)運(yùn)行。選用GE ZeeWeed1500超濾膜元件,膜材質(zhì)為PVDF,單支膜面積51.1 m2,設(shè)計(jì)通量小于50 L/(m2·h),每個(gè)系列安裝15支膜。超濾裝置采取全量過濾和錯(cuò)流過濾相結(jié)合的過濾方式,在進(jìn)水水質(zhì)較好時(shí),采用全量過濾;水質(zhì)差時(shí),可切換為錯(cuò)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(tái)DN2000鈉床(一用一備),再生設(shè)備等;鈉床每臺(tái)處理量按80 m3/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1800 mm,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(jí)濃水反滲透裝置

        N B的組網(wǎng)架構(gòu)涉及終端、無線、核心網(wǎng)、專網(wǎng)、平臺(tái)及應(yīng)用服務(wù)器等,而大量終端仍然沿用2G終端的業(yè)務(wù)模型, NB-IoT終端側(cè)的問題較為突出。

        濃水反滲透濃水經(jīng)軟化除硬過濾后進(jìn)入二級(jí)濃水反滲透裝置。二級(jí)濃水反滲透裝置設(shè)計(jì)為2套,每套設(shè)計(jì)出力為24 m3/h,平均通量不大于14 L/(m2·h),每套按一級(jí)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37 m2。

        4.3.2 STRO裝置

        二級(jí)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(duì)二級(jí)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13 m3/h,每套產(chǎn)生濃水量小于6.2 m3/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 m2,將單套STRO分成兩個(gè)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(gè)組塊單獨(dú)設(shè)置一臺(tái)錯(cuò)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(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(duì)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(duì)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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