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    環境動態
    反滲透濃水資源化回收利用探討

    反滲透濃水資源化回收利用探討

      01

      基本情況

      廢水為一級反滲透除鹽裝置排水-濃鹽水。反滲透(RO)工藝制備純水的過程  中會產生濃水,其中含有各種有機和無機污染物,若直接排放可能會對土壤、地表水、海洋等產生污染;若排入市政污水處理系統,過高的總溶解性固體對活性污泥的生長也非常不利。被高度濃縮的RO濃水以及由清洗劑、阻垢劑引入的化學物質直接排入環境,也必然會產生不利影響。因此尋找經濟高效的RO濃水處理方法,對保護環境的意義重大。

      02

      技術路徑

      2.1、概述

      反滲透膜分離技術,由于它具有物料無相變、相對能耗低、除鹽效果好、處理工藝成熟可靠,設備簡單、自動化程度高,易于運行和管理等優點,近幾年來在許多行業得到廣泛的應用。但是,目前反滲透技術一般的設計產水率為75%,實際產水率更低,大約會產生30%的濃鹽水。若原水是水質非常差的地下苦咸水,或者海水,濃水產生量會更大,可能達到50%。當前很多反滲透工藝產生的濃水都不經處理直接排放,造成水資源和能源的浪費,同時對周圍的環境造成污染。

      針對反滲透濃水,當前的研究主要圍繞三個目的展開:減量化——優化反滲透工藝設計,減少濃水的產生量;無害化——針對反滲透濃水直接排放可能對環境造成危害這一狀況,探索經濟有效的處理手段,將危害減輕;資源化——探索反滲透濃水再利用的途徑,變廢為寶。

      事實上,反滲透濃水的回用需要考慮多種因素,這三個目的都不是孤立的,而是需要綜合考慮,互為補充。

      2.2、以排放為目的

      ※單獨處理排放

      反滲透濃水的主要問題是鈣鎂等離子含量高,硬度高。一般來說,經過簡單的軟化處理即可實現達標排放。軟化主要采用投加石灰、純堿等堿性物質的方法,利用它們同濃水中的鈣鎂等物質發生反應,生成碳酸鹽沉淀,而從水體中去除,降低濃水的硬度,減少其對環境的危害。

      以下是其化學反應方程式:

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    ※混入其他廢水共同處理

      對于絕大部分生產企業來說,除了制水車間產生的反滲透濃水以外,還會產生其他各種廢水。例如生產車間排放的生產廢水、廠區生活廢水等。對每種廢水分門別類,進行單獨處理往往并不經濟。因此大部分企業選擇在分流一些特殊廢水,將各類廢水混合后一起處理。

      反滲透濃水的水質狀況是硬度高、含鹽量高,而像濁度、COD等重要污染指標都很低。將反滲透濃水混入其他廢水中,可以起到一定的稀釋調節的作用,進而降低混合廢水處理系統的進水污染負荷。

      而有些企業生產廢水中含有大量的碳酸鈉、氫氧化鈉等堿性物質,可以同反滲透濃水中的鈣鎂反應,生成氫氧化物或碳酸鹽沉淀,降低水體硬度。

      例如,某鋁業的熱電廠對其反滲透濃水處理系統進行改造。將生產工藝中產生的廢堿水與反滲透濃水混合,去除鈣鎂硬度后實現濃水回用于生產,降低生產用水成本約176萬元/年。

      2.3、以減量化為目的

      減量化是針對反滲透系統的本身來說的,如果反滲透系統設計合理,并且企業的進水水質狀況穩定,系統濃水的產生量就能夠控制在一個最佳的比例。在反滲透系統設計時,有兩個方法可以提高系統的回收率,即減少濃水的產量。一個是增加水流經過反滲透膜組件的長度,另一個就是濃水回流。

      增加水流經過的反滲透膜組件的長度。

      水流在反滲透膜元件中流動的同時,淡水不斷地透過膜,實現濃水和淡水的分離。從理論上說,水流經的膜元件越長,則淡水的產量越大,回收率越高。而由于便利性、標準化等問題,市場上各類膜元件的長度規格已確定,但可以按照工藝要求串聯成膜組件。而由于流量和壓力的遞減,膜組件也不能過長,需要進行分段,即多個膜組件的串聯。

      因此,在保證出水質量和系統穩定的前提下,為了減少濃水的產生量,提高系統回收率,可以在反滲透設計時適當的增加段數。

      但相對的,膜系統的加長,需要增大膜的推動力,即泵的功率需要增大或者增加泵的數量。因此,系統的設備投入和運行的能耗成本會增加。

      濃水回流:

      濃水回流,就是將反滲透系統產生的一部分濃水回流到高壓泵前,同進水混合后再次進入膜組件,進行反滲透處理。這也是一種提高反滲透系統回收率的有效手段。尤其是對于系統產水量不大,水流無法流經12m長的膜組件時,十分合適。

      但是由于濃水回流,進水處的污染物濃度會提高,反滲透系統結垢的風險也進一步增大,因此,必須加強反滲透系統的運行控制和管理。如果生產企業使用的反滲透系統進水水質穩定,并且優于設計值,系統的處理能力尚有余力,也可考慮用該方法對系統進行改造。

      例如,某化工公司的反滲透系統的進水TDS比設計值小了約40%。為提高回收率,對其進行改造,使部分反滲透濃水回流,與原水按比例混合后再進行反滲透處理。實際運行中通過嚴格控制進水含鹽量,系統回收率,運行溫度等參數,在保證穩定運行的同時,大大減少了濃水的排放。

      也有部分工廠反滲透濃水含鹽量較低,可以進行部分回流,部分回用于過濾器的反沖洗的改造,能夠大大減少了濃水的排放量,降低生產成本。

      2.4、以回用為目的

      根據反滲透的原理和國內外眾多實際運行案例,即使反滲透系統設計合理,使得回收率達到最佳,系統產生的濃水比例也得至少占到進水量的25%左右。對于鋼鐵、化工等行業的用水大戶來說,每小時產生的濃水量可以達到上百噸。若作為廢水處理后排放,會浪費大量的能源和水資源。所以找到合適的濃水回用途徑,實現廢水替代部分新水具有重要的現實意義和環境綜合效益。

      從國內外一些工程案例來看,反滲透濃水的回用的方式有很多。大多都需要根據企業自身的生產特點。濃水可以回用于企業內其他合適的車間。也可以代替原先使用的自來水,用作廠區如沖洗、清掃等。

      近幾年,為響應國家節能減排,構建循環經濟社會的號召,反滲透濃水回用項目在國內遍地開花,有大量的工程實例可供借鑒。

      某工廠利用反滲透濃水的壓力將其置于高位水箱中儲存,再按照需要將水用于冷凝沖車、沖地、酒桶外壁清洗和車間打掃衛生等。三個月就實現節約水費2.5萬元,節約煤費5.8萬元,不到一年就能收回投資成本。

      某鋼廠用反滲透技術將鋼鐵生產過程中的冷卻水、生活廢水等處理成脫鹽水,并考慮將濃水用來反沖洗反滲透預處理系統中的多介質過濾器。企業一次投資5萬元,每年可節約50萬m3用水,經濟效益顯著。

      某熱電站將反滲透濃水用于鍋爐沖灰,使灰渣得到了更好的沉淀效果,并且使循環水補水量減少了110t/h,加藥量降低了10%。

      某啤酒廠,將原本需要處理后排放的反滲透濃水作為鍋爐的水膜除塵器用水,可以實現年節約用水9萬噸,節省水費和排污費共20萬元/年。

      國內某集團公司,將純水生產中反滲透和前級超濾設備排放的濃水回收利用,作為工藝廠房排氣洗滌塔的稀釋噴淋水補水。經過改造后,系統節水25m3/h,每年可節約21萬噸自來水,半年即可收回投資,節能減排效益非??捎^。

      總之,大量的工程實例告訴我們,充分考慮企業自身狀況,使反滲透濃水在企業內部進行消化,是一種有效處理反滲透濃水,合理利用水資源的手段。

      03

      工藝流程的確定

      水處理工藝的選擇是水處理處理工程成敗的關鍵,處理工藝是否合理直接關系到水處理設施的處理效果、運轉的穩定性、投資、運行成本和管理水平等。因此水處理工藝的選擇首先應結合工廠的實際情況,綜合考慮廠內各種作用因素,慎重選擇適合本廠的水處理工藝,以達到水處理設施的最佳處理效果及最好的經濟、社會和環境效益。

      04

      工藝選擇的思路

      根據工廠的實際情況,選擇工藝流程應滿足處理要求的同時適應工廠的實際需要,目前工廠內排放廢水為一級濃水,一級濃水屬于結垢型水質;由于4倍濃縮的緣故,其含鹽量高、硬度高、水質穩定、基本不發生pH的顯著波動,屬于高礦化度咸水。根據現有RO工藝的運行管理經驗,確定一級RO濃水回收工藝仍為RO工藝,即濃水反滲透工藝處理一級反滲透排放濃水方案。

      本項目原水水溫隨季節性波動較大,為保證濃水處理反滲透裝置長期穩定運行,反滲透裝置前設置原水加熱系統—板式換熱器。熱源:低壓蒸汽。

      主體工藝采用濃水一級反滲透+濃水反滲透+三效蒸發工藝(單獨設計)。


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