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        電廠反滲透濃水回用工程實例

        2022-03-23 06:32:28倪亭亭王云鐘吳永明梁培瑜
        工業(yè)水處理 2022年3期
        關鍵詞:濃水產水脫鹽

        倪亭亭,王云鐘,吳永明,鄧 覓,梁培瑜

        (1.青島海檢節(jié)能環(huán)保有限公司,山東青島266235;2.江西省科學院,江西南昌330096)

        反滲透技術廣泛應用于電力行業(yè)化水處理,其 在制取除鹽水的同時可對水中雜質進行高度濃縮,使之隨大量濃水排出〔1〕。反滲透濃水具有含鹽量高、易結垢、懸浮固體含量小(低于自來水中SS含量)、水溫高等特點,有較高的回收價值,若不予回收利用,不僅造成水資源極大浪費,更會對環(huán)境造成不利影響〔2〕。針對反滲透濃水處理,諸多學者開展了相關研究〔3-5〕。研究表明,對其回用處理技術的選取主要考慮的因素是脫鹽率和產水率。電驅動膜(Electrodialysis Reversal,EDR)工藝具有耗電量低、無環(huán)境污染、裝置設計靈活等優(yōu)點〔6〕,其脫鹽率和產水率分別為30%~99%和65%~90%,可通過膜組串聯增加脫鹽率,并聯增加產水率。此外,電驅動膜產水無需經過換熱器加熱升溫,可直接進入下一級反滲透裝置進行進一步脫鹽,從而節(jié)省大量蒸汽能,并為企業(yè)節(jié)省大量自來水??梢?,電驅動膜技術在反滲透濃水回用處理方面具有較好的應用前景。

        1 概況

        某熱電廠化水處理車間采用“反滲透+混合離子交換器”工藝制取除鹽水,工藝流程如圖1所示。

        圖1 化水處理工藝流程Fig.1 Chemical water treatment process flow diagram

        系統有3套75 m3/h的反滲透裝置,每年產生約30萬t反滲透濃水。在未建反滲透濃水回用工程之前,產生的反滲透濃水進入濃水箱后直排入廠內下水道,不僅造成水資源的浪費,同時也影響了下游污水處理廠的處理效率。為解決此問題,公司擬采用電驅動膜工藝處理該反滲透濃水,并新增1套36 m3/h的反滲透裝置以提高回用水的水質。其中,電驅動膜系統設計進水水量60 m3/h,進水電導率2 500~3 000 μS/cm,設計產水率80%,設計產水水量48 m3/h,產水電導率≤500μS/cm;反滲透系統設計產水率75%,設計產水水量36 m3/h,產水電導率≤15μS/cm。

        2 工藝流程

        在電廠原有工藝基礎上,針對反滲透濃水,通過采用電驅動膜處理實現對濃水的回收利用〔9〕,其工藝流程如圖2所示。

        圖2 反滲透濃水處理工藝流程Fig.2 ROconcentrated water treatment process flow diagram

        反滲透濃水由提升泵經保安過濾器泵入電驅動膜系統進行脫鹽處理,產生的淡水進入電膜產水箱,經高壓泵提升至新增反滲透裝置進行進一步脫鹽處理。反滲透產水進入原中間水箱,經混合離子交換器將水中殘留的離子進一步去除。

        新增反滲透產生的濃水進入電膜濃水箱作為電膜濃水。電膜濃水為開式循環(huán),可連續(xù)或間斷補排水,自動控制系統設置電膜濃水電導率達到12 000 μS/cm時自動外排至廠內下水道。該運行方式既可回收利用新增反滲透濃水,又可有效防止COD富集損壞電驅動膜系統。該工藝正常運行情況下,濃水量較改造前大大縮減,但仍會產生約12 m3/h濃水。在未違背當地環(huán)保要求的前提下,于配套濃水深度處理設施前,暫且將其隨廠區(qū)其他處理后的生產廢水和生活污水一同排入城市下水道,隨后在未對污水處理廠污水全鹽量造成不利沖擊情況下,匯入城鎮(zhèn)污水處理廠集中處理。建議后期條件成熟時,可繼續(xù)開展?jié)馑暮侠砘幹醚芯俊?/p>

        電驅動膜系統極水由NaCl(工業(yè)級)配制,其主要作用為導電和冷卻電極。將NaCl置于濃鹽水箱加入純水溶解配制完成后,經計量泵泵入電膜極水箱作為電膜系統極水。電膜極水為閉路循環(huán),為防止極水長時間循環(huán)及補水過程中電極結垢,極水運行1個月更換1次,更換的極水外排至廠內下水道。

        3 工藝單元設計

        3.1 電驅動膜系統

        電驅動膜系統設置1套,采用國際先進的自動倒極技術。每隔一定時間,電驅動膜正負電極極性相互倒換,同時濃水隔室和淡水隔室亦相應調換,可自動清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢,保證系統長期穩(wěn)定運行。該系統包括電驅動膜裝置和清洗裝置。

        (1)電驅動膜裝置。該裝置是在外加直流電場作用下,利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性使溶液中陰、陽離子發(fā)生離子遷移,分別通過陰、陽離子交換膜而達到除鹽目的〔6〕。

        設置特種電驅動膜設備6臺,分2組,每組3臺,每組設計產水能力為25 m3/h;設置電膜產水箱、濃水箱、極水箱各1只,容積20 m3,材質PE;設置濃鹽水箱1只,容積2 m3,材質PE;設置淡水泵、濃水泵各1臺,流量50 m3/h,功率11 kW;設置極水泵1臺,流量25 m3/h,功率5.5 k W;設置濃鹽水泵1臺,流量12.5 m3/h,功率2.2 kW;設置保安過濾器3臺,其中流量50 m3/h的2臺、30 m3/h的1臺,濾芯過濾孔徑均為5μm;設置在線電導率儀3臺,量程0~4 000μS/cm;設置超聲波液位計5臺,量程0~5 m;設置在線pH儀2臺。

        (2)系統參數設定。每組電驅動膜設備的電流初始設置分別為第1臺40 A、第2臺35 A、第3臺20 A,電壓均為130 V。系統使用一段時間后,膜性能有所改變,可適當調整電壓,但電壓最高不超過300 V,3臺設備的電流分別不高于65、55、40 A。

        設置電驅動膜系統連續(xù)工作60 min倒極1次,實際倒極時間可根據運行狀況調整;設置產水電導率達到500μS/cm時進入電膜產水箱,濃水電導率達到12 000μS/cm時外排;系統產水、濃水、極水各路壓強最高設置為0.32 MPa,最低設置為0.06 MPa。

        (3)清洗裝置。電驅動膜系統運行一段時間后,在膜上會積累膠體、細菌、有機物等物質,造成膜污染,脫鹽率下降,須及時進行化學清洗〔7〕。

        設置清洗箱1只,容積5 m3,材質PE。設置加藥箱1只,容積200 L,材質PE;設置15 L/h和7.6 L/h計量泵各1臺,壓強均為0.6 MPa;設置管道混合器50 m3/h和30 m3/h各1只,材質均為UPVC;設置化工清洗泵1臺,流量50 m3/h,功率11 k W;設置保安過濾器1臺,流量50 m3/h,濾芯過濾孔徑5μm。

        3.2 新增反滲透系統

        新增反滲透系統1套,產水能力36 m3/h,包括反滲透裝置、阻垢劑加藥裝置。

        (1)反滲透裝置。利用反滲透膜的特性去除水中絕大部分可溶性鹽類、膠體及有機物〔8〕。設置反滲透膜48支,型號為陶氏BW30-365IG,單支膜脫鹽率≥99.5%,反滲透膜組件8支,膜殼材質為玻璃鋼;設置保安過濾器1臺,流量50 m3/h,濾芯過濾孔徑5μm;設置高壓泵1臺,流量50 m3/h,功率30 kW;設置在線電導率儀2臺,量程0~4 000μS/cm;設置超聲波液位計1臺,量程0~5 m。

        (2)阻垢劑加藥裝置。設置阻垢劑加藥系統,防止RO濃水端,特別是壓力容器最后一根膜元件的濃 水 側 出 現 難 溶 性 鹽 類〔Mg(OH)2、CaCO3、CaSO4等〕結晶析出。濃水朗格里爾指數LSI>1.8,在膜表面會形成垢層,從而損壞膜元件的性能。設置清洗泵1臺,流量50 m3/h,功率11 kW;設置阻垢劑加藥泵1臺,流量7.6 L/h,壓強0.35 MPa;設置清洗保安過濾器1臺,流量50 m3/h,濾芯過濾孔徑5μm。

        4 處理效果及運行費用

        4.1 處理效果

        反滲透濃水處理系統調試完畢后連續(xù)運行半年期間,每隔2 h記錄電驅動膜系統運行數據,主要記錄淡水壓強、濃水壓強、極水壓強、濃水pH、極水pH、原水電導率、濃水電導率、產水電導率以及6臺膜組器的電壓電流值。結果表明,電驅動膜系統運行穩(wěn)定,平均進水量為58.8 m3/h,產水量為51.8 m3/h,產水率達88%;出水水質優(yōu)于設計出水水質要求,并優(yōu)于自來水水質,產水電導率為260~370μS/cm,脫鹽率達85%。反滲透系統產水電導率低于15μS/cm。

        4.2 經濟分析

        該工程總投資240萬元,其中電驅動膜系統為192萬元,新增反滲透系統為48萬元。該反滲透濃水回用系統穩(wěn)定運行期(20 h/d,300 d/a)統計,電驅動膜系統用電設備運行功率為58 kW,電費以0.8元/(kW·h)計,運 行 電 耗 為1.12元/m3,則 年 電 費29.62萬元;清洗藥劑為30%鹽酸和固體堿,單價分別為680元/t和2 000元/t,清洗頻次1次/月,則處理藥劑費0.39元/m3;不含人工費用,綜合電費和藥劑費為1.51元/m3。

        結合反滲透濃水回用系統穩(wěn)定運行期統計數據計算得出,年節(jié)約自來水量264 420 m3,年節(jié)約自來水費138.82萬元(自來水單價按5.25元/m3);化水處理系統利用蒸汽加熱自來水至25℃,使反滲透裝置達到最佳產水量,而反滲透濃水水溫約25℃,直接進入回用系統,可節(jié)約蒸汽能11 105 GJ/a(年平均水溫按15℃計,水溫由15℃升溫至25℃),年節(jié)約蒸汽費77.42萬元(按照該電廠所在地工業(yè)熱價69.72元/GJ計算)。

        5 結論

        針對電廠反滲透濃水具有水量大、含鹽量高、水溫較高的特點,采用電驅動膜工藝對其進行處理,并結合新增反滲透有效預防COD富集。運行結果表明,該處理工藝運行穩(wěn)定,產水率高達88%,脫鹽效果好,動力耗電較低;其電驅動膜產水電導率為260~370μS/cm,脫鹽率達85%,年節(jié)約自來水量264 420 m3,年節(jié)約蒸汽能11 105 GJ。運行費用方面,不計人工費用,電費和藥劑費合計為1.51元/m3。

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