高效膜浓缩技术在废水零排放系统中的应用_武华平.pdf

2023 年 第 6 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 488 期 119 高效膜浓缩技术在废水零排放系统中的应用高效膜浓缩技术在废水零排放系统中的应用 武华平1，韩艳辉2，杨仁俊2(1广州汉泰环境技术有限公司，广东 广州 510620；2华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045008)摘 要通过采用高效膜浓缩专利技术，对阳煤集团和顺化工的生化废水及化学水浓水进行处理，最大程度对废水进行回收后，采用多效降膜蒸发结晶系统对浓水进行蒸发结晶最终实现零排放，系统出水水质优于工业循环冷却水处理设计规范(GB/T50050-2017)的标准，实现废水全部回用，减少了一次水的用量，结晶盐固体单独处置，最终获得经济效益和环境效益。关键词高效膜浓缩；零排放；反渗透；污水处理；降膜蒸发器 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)06-0119-03 Application of Efficient Membrane Concentration Technology in ZLD System Wu Huaping1,Han Yanhui2,Yang Renjun2(1.Guangzhou Hemtec Environmental Technology Ltd.,Guangzhou 510620；2.Huayang New Material Technology Group,Jiuquan 045008,China)Abstract:The efficient membrane concentration technology is applied to reclaim water reuse system inYanmei Hesun Chemical plant,after maximum amount reclaim waste water by membrane,multi-effect evaporation system was applied to treat concentrated waster water to reach ZLD.The effluent water quality is better than the standard of“Code for design of industrial recirculating cooling water treatment”(GB/T50050-2017),and the circulating cooling water is reused.Reduce the amount of primary water,and finally obtain economic and environmental benefits.Keywords:efficient membrane concentration；zero emission；reverse osmosis；wastewater treatment；falling film evaporator 阳煤集团和顺化工有限公司现有水系统包括原水处理、化学水脱盐系统、化学水脱盐系统浓水提浓系统、污水处理。现阶段中水回用系统无法正常投运，导致循环排污水只能进入生化系统，生化系统的产水再次返回循环水系统，形成闭路循环，循环水系统的水质严重超标，氯离子高达 30005000 mg/L，可能对主机设备造成腐蚀问题。另外，现在化学水系统的浓水通过反渗透减量后，由于浓缩倍率达不到设计要求，仍有 6吨/小时浓盐水暂时作为降尘使用，水量过大，无法实现零排放。根据分析整个水处理系统的现状，对原有生化系统进行改造，并对生化的产水和化学水系统的浓水通过采用高效膜浓缩技术1(专利号 ZL201310082599.3)和专有三效蒸发技术解决了循环冷却水盐分累积过高的问题，实现循环冷却水系统的的正常运行，改善整个水处理系统的运行情况，实现了整个厂区的零排放。1 工程设计工程设计 1.1 高效膜浓缩技术介绍 针对和顺化工的中水，为了减少后续零排放的投资规模，一般都需要采用膜浓缩进行减量化，就目前的常规工艺而言，此类废水技术回收率较低。采用高效膜浓缩工艺，可有效应对废水中各种化学组分的变化，在高回收率条件下稳定运行，高效膜浓缩工艺可显著减少送入液体零排放系统的进水量，从而大大减少设备的投资和运行费用。高效膜浓缩技术工艺，在多年运行常规双膜回用工艺和HERO(高效反渗透)的基础之上，进行了多项技术的改进和发展。高效膜浓缩工艺包括：软化澄清+过滤+离子交换+脱气+超滤+反渗透系统。该工艺特点如下：(1)反渗透装置在弱碱性条件下运行，大幅降低碱的消耗量，而氨氮也能得到一定的去除；(2)反渗透装置通过定期采用高pH值的冲洗水来进行清洗，可轻松去除有机物或硅形成的污堵，可有效控制有机物及微生物的污染，不会产生无机盐和有机物混合垢层；(3)可允许一定量的硬度进入反渗透系统，运行条件非常宽松，运行人员可轻松进行操作。长期运行 COD 经浓缩后可造成膜污堵，实际上有机物、生物对膜的污染是需要一定时间积累的，在膜浓缩装置连续运行一段时间后(约 48 h)，膜的表面会有少量的有机物污染，此时在进水中投加强碱，将进水的 pH 值升至 10.511.8，采用大流量、高 pH 值的进水对膜表面冲洗十几分钟，可将膜表面累积的有机物、胶体等去除。冲洗完成后，停止加碱，将进水压力提升，膜浓缩装置重新投入运行。这种运行方式既可克服常规反渗透的生物污染、有机物污染、无机物结垢和胶体污堵，又可克服在碱性条件下运行反渗透产生的消耗大量碱、而氨氮无法去除的缺点。在系统实际运行过程中，如果进水 COD 较低，可适当的降低加碱的频率。高效膜浓缩系统即使在 90%的回收率条件下，其化学清洗的周期也将达到 36 个月。因为这种系统在设定条件下，反渗透系统运行相当稳定、可靠，从工艺上根本解决了反渗透装置污染与结垢问题。1.2 设计基础 1.2.1 设计进水水量水质 表表 1 设计进水水量水质表设计进水水量水质表 Tab.1 Design inlet water quantity and quality table 水量/(m3/h)TDS/(mg/L)钙硬度/(mg/L)镁硬度/(mg/L)碱度/(mg/L)COD/(mg/L)氨氮/(mg/L)二氧化硅/(mg/L)66 30005000 300500 200400 100500 200 15 50 1.2.2 设计出水水量水质 表表 2 设计出水水量水质表设计出水水量水质表 Tab.2 Design outlet water quantity and quality table 水量/(m3/h)TDS/(mg/L)pH(无量纲)COD/(mg/L)氯离子/(mg/L)氨氮/(mg/L)总硬度/(mg/L)二氧化硅/(mg/L)66 500 69 30 100 5 5 5 环境保护 环境保护 收稿日期 2022-12-08 作者简介 武华平(1979-)，男，湖北京山人，硕士，高级工程师，主要研究方向为废水零排放技术。广东化工2023年 第6期第50卷 总第488期1.3工艺流程图图1零排放系统工艺流程图零排放系统工艺流程图Fig.1The process flow diagram of reclaimed water reuse system系统工艺流程描述如下：(1)前端的生化出水、化学水系统浓水与本系统反洗废水、再生废水、污泥脱水滤液等混合后首先进入高密池，通过投加烧碱和碳酸钠除硬除碱的目的，达到总硬度小于100 mg/L，二氧化硅小于15 mg/L。(2)经软化澄清后的出水送入多介质过滤器进行过滤，保证其出水浊度小于2 NTU。(3)经过多介质过滤器过滤后，采用弱酸阳离子树脂能够去除水中所有的硬度，达到出水总硬度小于1 mg/L，在弱酸阳离子交换器后加酸调节pH，通过采用鼓风脱碳器脱除水中的碱度，可将CO2含量降至5 mg/L以下。(4)经过脱碳器脱除水中的碱度后，出水进入超滤系统，作为反渗透的前处理，保证其出水SDI小于3。(5)经超滤装置后的出水送入高效膜浓缩系统，在膜浓缩装置连续运行一段时间后(约48 h)，此时在进水中投加强碱，将进水的pH值升至10.310.8，采用大流量、高pH值的进水对膜表面冲洗十几分钟，冲洗后的水返回至膜浓缩装置的进水箱中，冲洗完成后，停止加碱，将进水压力提升，膜浓缩装置重新投入运行。(6)经过前段浓缩后，采用热法蒸发结晶可以将高盐废水实现零排放，本项目采用三效蒸发结晶，其中一、二效蒸发器采用降膜蒸发器，三效采用强制循环结晶器。当浓缩倍数达到后，三效结晶器的部分料液通过脱水机给料泵加压，经稠厚器提浓后进入离心脱水机中，从脱水机出来的滤液返回至三效结晶器中，脱水后的结晶盐由业主统一处理。(7)三效结晶器产生的二次蒸汽经过除雾器后，进入到蒸汽冷凝器冷凝，蒸汽冷凝器的冷凝水与二效结晶、三效结晶的冷凝液一并送入蒸馏水箱中，经换热降温后回用或进一步处理。1.4系统设计1.4.1高密池装置高密度沉淀池一种结合污泥混凝、循环、斜管分离及浓缩等的工艺，通过合理的水力和结构设计，集泥水分离与污泥浓缩功能于一体的新一代沉淀工艺，由反应区和澄清区两部分组成，反应区包括混合反应区和推流反应区；澄清区包括入口预沉区、斜管沉淀区及浓缩区。主要设备参数：数量：1套，处理量：80 m3/h，除硬度反应池：20 m3，混凝池：3 m3，絮凝池：12 m3，沉淀池：斜管区上升流速1015 m/h，中和池：1.5 m3。1.4.2多介质过滤器多介质过滤器是利用一种无烟煤和石英石作为过滤介质，有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，用于超滤预处理，出水浊度可达2NTU以下。主要设备参数：数量：2台，处理量：80 m3/h，罐体直径：2400mm，装填量：无烟煤4 m3石英沙8 m3，反洗周期：24 h，气洗强度：1 m3/m2min，风机风量：5 m3/min，水反洗强度：10 L/m2s产水浊度2 NTU。1.4.3弱酸阳床采用弱酸阳离子树脂能够去除水中所有的硬度，弱酸性阳树脂有交换容量大容易再生等优点，树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团恢复原来状态，以供再次使用。弱酸阳离子树脂的再生采用两步再生法，即第一步采用酸再生，将弱酸树脂再生成氢型，然后采用碱再生，将氢型树脂转为钠型。主要设备参数：处理量：80 m3/h，罐体直径：2200mm，装填量：7.2 m3，流过速率：20 m/h，再生周期：72 h，树脂类型：大孔型弱酸阳树脂1.4.4超滤装置超滤系统作为反渗透的前处理，采用DOW聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜丝具，采用截污量更高的外压式结构，具有更大的过滤面积。主要设备参数：处理量：80 m3/h，超滤型号及数量：20支SFP2880，设计通量：50LMH，超滤回收率：90%1.4.5高效反渗透装置由于来水COD及其他杂质限制，无法采用传统的UF/RO系统实现高的回收率，采用了高效膜浓缩技术，与其他膜浓缩系统相比，进行了诸多的改进与改良，更为先进，实现90%回收率。主要设备参数：处理量：60 m3/h，反渗透型号及数量：90支BW30-FR-400，芯数及排列方式：2段6芯，105，设计通量：16 LMH，反渗透回收率：90%，运行pH值：10.310.8。1.4.6蒸发结晶零排放系统本项目设计一、二效采用立式降膜蒸发，立式降膜蒸发器是在垂直管束管道内部的一层膜上蒸发盐水的。盐水被分散在管道内部的薄膜上，从管道外部蒸汽吸收热量，实际的热传导过程是热量由蒸汽经过管道壁再经过薄膜到达盐水。盐水从容器顶部向下流进管道并在管道内壁均匀平滑的形成一层薄膜。由于循环频率比蒸发率高出很多倍，盐液流经管道的过程中浓度只会有很小变化。循环速率高才能保证热交换表面很好的润湿而不会有附着的固体；降膜设计使蒸发器的传热系数高、节能。稳定的温差和传热面积，形成稳