高含鹽量有機廢水的有機物根據(jù)生產(chǎn)過程不同，所含有機物的種類及化學(xué)性質(zhì)差異較大，但均含有大量的無機鹽，其對微生物的生長帶來抑制作用，進而提高生物處理的難度;另外這些無機鹽的排放，對土壤、水體等都將帶來不可逆轉(zhuǎn)的影響。
1、項目的概述
1.1 項目研究背景
1.1.1 高含鹽廢水的特點
高含鹽廢水是工業(yè)廢水中較常見的一種，它是指總含鹽量(以NaCI含量計)至少為1%的廢水，屬于難處理的廢水之一。其含鹽成分復(fù)雜，特別是當(dāng)結(jié)垢離子Ca2+，Mg2+、硅等含量較多時可能會導(dǎo)致設(shè)備較嚴重結(jié)垢;Cl含量較多則會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕;有機物含量較高且難降解。
1.1.2 高含鹽廢水處理技術(shù)
高含鹽廢水是廢水處理中歷史性的技術(shù)難題之一，常規(guī)的物理、化學(xué)、物化以及生化技術(shù)對含鹽廢水的處理能力有限，脫鹽效果不理想。根據(jù)國內(nèi)外的研究報道，處理高含鹽廢水的技術(shù)主要有生物法、膜法、蒸發(fā)法和離子交換法。
(1)生物法
生物處理技術(shù)適用于處理含鹽量小于1%的含鹽廢水，高濃度無機鹽及鹽度變化對微生物有抑制作用，主要表現(xiàn)：鹽濃度高、滲透壓高、微生物細胞脫水引起細胞原生質(zhì)分離;鹽濃度高，活性污泥易上浮流失，從而嚴重影響生物處理系統(tǒng)的凈化效果;鹽析作用使脫氫酶活性降低;氯離子高對細菌有毒害作用。
(2)蒸發(fā)法
蒸發(fā)是指將溶液中的溶劑通過升溫的方式讓溶劑脫離溶質(zhì)的過程。目前應(yīng)用比較廣泛的加熱蒸發(fā)技術(shù)有多級閃蒸技術(shù)、低溫多效蒸餾技術(shù)和機械式蒸汽再壓縮(MechanicalVaporRecompression，簡稱MVR)技術(shù)，其中多效蒸餾技術(shù)和MVR技術(shù)常用于處理高含鹽廢水，其中又以MVR技術(shù)最為節(jié)能省耗。
(3)電處理法
電化學(xué)法適用于處理COD為0.01~1g/L的低含量有機廢水，雖然在高鹽的條件下有利于降低能耗，但金屬極板易損耗，更換頻繁。含氯化鈉的廢水電解，無論是離子膜法還是隔膜法，都因為含有有機物的問題而無法滿足電解要求，存在級板選擇、安全、后續(xù)處理等問題。
(4)膜法
膜技術(shù)同傳統(tǒng)的水處理方法相比，具有處理效果好、可實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用及回收有用成分等優(yōu)點，是廢水資源化的有效技術(shù)。將微濾、超濾、反滲透(RO)和電去離子(EDI)等各種膜分離技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于工業(yè)水處理，達到去除污染物和脫鹽的目的。
1.2 目前此類研究存在問題
對于中水回用和污水深度處理，目前常用的技術(shù)均是以常規(guī)卷式反滲透為核心的“UF+RO”工藝，但回收率一般在60%~80%，還有20%~40%的濃水需要處理。部分濃水除少數(shù)進入污水站循環(huán)處理外，目前基本都是經(jīng)熱濃縮后，結(jié)晶或固化填埋處理，熱濃縮能耗高，運行費用大。對高鹽廢水進行預(yù)分鹽及高效濃縮處理，可大幅減少蒸發(fā)量和蒸發(fā)器投資，同時大幅降低了結(jié)晶分鹽的難度。
在實際的工程應(yīng)用中，由于水質(zhì)復(fù)雜且波動大，膜分離組合集成工藝的穩(wěn)定運行面臨的巨大的挑戰(zhàn)。針對高COD高含鹽的化工廢水，運行中，面臨兩大挑戰(zhàn)：有機污染和結(jié)垢污染。綜合目前的工程應(yīng)用，高鹽廢水資源化零排放工藝的選擇必須從廢水的水質(zhì)特性入手，通過膜分離和膜濃縮組合集成工藝技術(shù)，優(yōu)化預(yù)處理工藝運行模式和后段高鹽水的濃縮工藝。
1.3 項目的意義
目前，化工生產(chǎn)單位產(chǎn)品廢水排放量居高不下，生產(chǎn)技術(shù)亟待革新;傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)成本太高，廢水排放標準提高，廢水處理制約行業(yè)發(fā)展。本項目對傳統(tǒng)零排放污水處理工藝進行升級改進，解決膜集成工藝穩(wěn)定運行過程中的技術(shù)瓶頸。
2、研究內(nèi)容與研究結(jié)果
2.1 工藝路線
本項目的高效化工廢水零排放膜技術(shù)集成應(yīng)用新工藝，以“超濾+反滲透”為核心處理工藝，輔以合適的預(yù)處理措施，應(yīng)用于工業(yè)廢水處理領(lǐng)域，實現(xiàn)高鹽、高硬度廢水零排放目的。
其處理工藝流程：生產(chǎn)廢水生化排水→兼氧池→好氧池→MBR池→低壓反滲透→高壓反滲透→軟化→超濾→超高壓反滲透→蒸發(fā)/結(jié)晶。
2.2 水處理技術(shù)方案
水質(zhì)特性分析：
COD有波動，前期的實驗數(shù)據(jù)表明，COD高時達到300mg/L以上;總硬度及硫酸根比較高，有一定的結(jié)垢傾向;含鹽量高。
因此，設(shè)計的核心是在控制系統(tǒng)污堵和結(jié)垢的前提下脫鹽軟化并最大程度地濃縮原水。
進出水水質(zhì)情況見表1。
2.3 工藝流程及技術(shù)要點
2.3.1 大流量錯流循環(huán)超濾系統(tǒng)工藝
(1)工藝技術(shù)要點及實施方案
對于高鹽高COD的化工廢水，廢水經(jīng)過生化處理后其COD較高，甚至可高達600ppm以上。傳統(tǒng)的超濾采用死端過濾模式，其工藝會造成污染嚴重，清洗頻繁，產(chǎn)水量不足，膜芯壽命減短等一系列問題。
本技術(shù)方案中外壓式超濾組件采用錯流循環(huán)過濾模式，其系統(tǒng)包括：自清洗過濾單元、錯流循環(huán)超濾單元、控制單元。其中，自清洗過濾單元連通其上游的砂濾裝置;錯流循環(huán)超濾單元包括：循環(huán)泵、外壓式超濾膜組件(超濾進水口、超濾產(chǎn)水出口、濃水出口);超濾產(chǎn)水罐(包括產(chǎn)水進口);反洗組件：用以加入化學(xué)藥劑的反洗加藥泵、連通超濾產(chǎn)水罐的超濾反洗泵。
(2)工藝優(yōu)勢
錯流循環(huán)超濾系統(tǒng)通過內(nèi)循環(huán)泵的設(shè)計實現(xiàn)2~3倍的循環(huán)流量，從而提高膜表面流速，減少有機物的污染，使得系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在進水COD高達600ppm的情況下，其中的超濾膜組件依然可穩(wěn)定運行3個月以上。
2.3.2 正反向流自動切換反滲透系統(tǒng)工藝
(1)工藝技術(shù)要點及實施方案
鹽的高倍濃縮一直是應(yīng)用難點。采用反滲透進行逐級濃縮，通過壓力的遞增，設(shè)計上的優(yōu)化，最大限度地濃縮原水，將最終濃縮液濃度控制在較高的水平，減輕了后續(xù)MVR蒸發(fā)裝置的運行成本。常規(guī)傳統(tǒng)的卷式膜系統(tǒng)為均為正向流系統(tǒng)，系統(tǒng)中的污染不均衡，不能夠充分發(fā)揮反滲透膜的性能，造成了資源的嚴重浪費。通過自動閥門的分配設(shè)計，實現(xiàn)正向進水與反向進水的自動切換，即正向流狀態(tài)中的第二段，在切換到反向流狀態(tài)中轉(zhuǎn)換為第一段。
(2)工藝優(yōu)勢
系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正向進料與反向進料的自動切換，讓污染更加均衡，膜性能的發(fā)揮更加充分，在實際運行能夠顯著增大產(chǎn)料量、提高回收率，同時延長膜芯的壽命。
正反向流與傳統(tǒng)正向流運行數(shù)據(jù)對比如表2所示。
2.3.3 超高壓反滲透系統(tǒng)
(1)工藝技術(shù)要點及實施方案
生化廢水達標排放水在經(jīng)過常壓反滲透系統(tǒng)、高壓反滲透系統(tǒng)濃縮后，濃縮液的含鹽量及可造成污染、結(jié)垢的組成均達到了較高的水平，進一步濃縮將面臨更大的技術(shù)考驗。
超高壓反滲透系統(tǒng)包括通過管路相連的進水泵、保安過濾器、高壓泵、一超高壓反滲透膜組件、產(chǎn)水池、濃水罐和控制單元。其中，高壓泵的出水端與超高壓反滲透膜組件的進水端之間的管路以及超高壓反滲透膜組件的濃水端與濃水罐之間的管路均為耐壓強度為10~13MPa且管徑為45~60mm的耐壓管路。
(2)工藝優(yōu)勢
對生化廢水經(jīng)過常壓反滲透系統(tǒng)和高壓反滲透系統(tǒng)濃縮后的濃縮液進行有效的再濃縮，大幅降低濃鹽水處理的投資成本和運行成本。超高壓反滲透系統(tǒng)設(shè)計壓力高達120bar，系統(tǒng)配備特殊構(gòu)造、特別制作的核心反滲透膜組件，對濃水進行再濃縮。該系統(tǒng)總回收率為94%，分離出6%的濃縮液富集了原水中的大部分鹽分等，進入蒸發(fā)單元，實現(xiàn)零排放。
3、結(jié)束語
本項目通過自主創(chuàng)新取得的關(guān)鍵技術(shù)，使得在惡劣的進水條件下，都能達到高回收率及低運行成本。此設(shè)計為水處理行業(yè)創(chuàng)新型設(shè)計，使水處理技術(shù)邁向一個新臺階。
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