消毒劑氯片20g廠家SWRO+MVR工藝處理凈水廠濃鹽水零排放工程設(shè)計(jì)

　　消毒劑氯片20g生產(chǎn)廠家SWRO+MVR工藝處理凈水廠濃鹽水零排放工程設(shè)計(jì)。內(nèi)蒙古某市能源礦產(chǎn)資源富集，形成了以煤炭、電力、化工、建材、冶金等能源重化工產(chǎn)業(yè)為主的支柱產(chǎn)業(yè)體系。其經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)配套的生活凈水廠總產(chǎn)水規(guī)模為14 000 m3/d，取水水源為某電廠地下水源井。

　　由于原水中總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、硬度和硫酸根離子含量高于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 57489— 2006)中的要求，因此該凈水廠除常規(guī)混凝、沉淀、過(guò)濾工藝外，采用了雙膜法(UF+RO)對(duì)原水進(jìn)行脫鹽處理，凈水廠反滲透產(chǎn)生的濃水及含泥水作為廢水排入市政污水系統(tǒng)。由于當(dāng)?shù)厮�資源匱乏、環(huán)境容量較小、生態(tài)相對(duì)脆弱，特別是近年來(lái)，隨著一批大型煤化工項(xiàng)目的開(kāi)工投產(chǎn)，用水量逐年增加，對(duì)環(huán)境和生態(tài)的壓力也逐漸顯現(xiàn)。因此在當(dāng)前嚴(yán)峻的形勢(shì)下，提高廢水的回用率，發(fā)展污水“零排放”十分必要。

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　　設(shè)計(jì)水量及進(jìn)出水水質(zhì)

　　目前該凈水廠反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水率為70%，濃水量約5 000 m3/d，原水濃縮倍數(shù)為3.33。凈水廠原水進(jìn)水水質(zhì)和“零排放”系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表 1。

　　表 1 凈水廠進(jìn)水及設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

　　“零排放”系統(tǒng)出水主要回用于經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)雜用水和工業(yè)用水，執(zhí)行《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標(biāo)準(zhǔn)，主要出水指標(biāo)見(jiàn)表 2。

　　表 2 工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

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　　工藝選擇

　　目前常用的“零排放”工藝為膜濃縮后進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。蒸發(fā)結(jié)晶常用工藝包括多效蒸發(fā)結(jié)晶和蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶等，此類(lèi)工藝造價(jià)投資遠(yuǎn)高于一般膜濃縮工藝，且運(yùn)行費(fèi)用高昂，噸水處理費(fèi)用高達(dá)數(shù)十元。

　　為了降低蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備的規(guī)模，本項(xiàng)目在前端增設(shè)濃鹽水濃縮工藝，利用膜裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)一步濃縮。

　　凈水廠“零排放”系統(tǒng)進(jìn)水TDS≤5 000 mg/L，參照以往相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可利用膜系統(tǒng)將原水濃縮10倍至TDS≤50 000 mg/L，后進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。

　　目前常見(jiàn)的用于濃縮的膜系統(tǒng)包括普通的苦咸水RO、海水淡化反滲透膜(SWRO)和碟管式高壓膜(DTRO)等，分別針對(duì)不同的TDS、原水污染物質(zhì)等可供選擇。本系統(tǒng)進(jìn)水TDS≤5 000 mg/L，可利用普通的苦咸水RO系統(tǒng)首先進(jìn)行濃水濃縮3.3倍后達(dá)到TDS≤ 16 700 mg/L，再利用SWRO系統(tǒng)將該部分濃鹽水濃縮3倍至TDS≤50 000 mg/L后，進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行最終的結(jié)晶處理。

　　因此本項(xiàng)目選用的工藝為“預(yù)處理+苦咸水RO+SWRO濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶”。2.1 “零排放”系統(tǒng)預(yù)處理

　　由于原水為凈水廠的反滲透濃水，主要污染物包含濁度及硬度，為降低后續(xù)膜處理系統(tǒng)的污染，預(yù)處理應(yīng)針對(duì)主要污染物進(jìn)行選擇。目前常見(jiàn)的硬度去除方法包括化學(xué)除硬、離子交換法等，本系統(tǒng)進(jìn)水硬度高達(dá)3 000 mg/L，不適宜直接采用離子交換法進(jìn)行除硬，故采用石灰、純堿軟化法降低來(lái)水的硬度至100 mg/L。原水經(jīng)澄清池加藥去除大部分硬度和濁度后，進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)一步降低水中濁度，使其 < 1 NTU，滿足后續(xù)工藝處理要求。

　　由于本系統(tǒng)濃縮倍數(shù)較高，為了避免有機(jī)物和SiO2對(duì)后續(xù)RO膜和SWRO膜造成污堵，擬在預(yù)處理階段徹底去除水中硬度，以實(shí)現(xiàn)后段膜處理可以在堿性條件下運(yùn)行，因此工藝水在經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器裝置過(guò)濾后進(jìn)入鈉床處理以徹底除硬。2.2 “零排放”系統(tǒng)苦咸水反滲透

　　苦咸水反滲透系統(tǒng)作為目前一種常用的脫鹽工藝，一般會(huì)在其裝置前增設(shè)超濾裝置，去除膠體污染物。超濾膜作為反滲透系統(tǒng)的重要預(yù)處理裝置，其優(yōu)異的出水水質(zhì)、極低的SDI可明顯降低反滲透膜污染，延長(zhǎng)反滲透膜使用壽命。

　　由于自來(lái)水濃水為潔凈廢水，無(wú)特殊絮狀物等污堵物質(zhì)，因此采用普通外壓式PVDF優(yōu)質(zhì)超濾膜工藝，保證超濾出水SDI < 3后，再進(jìn)入反滲透裝置進(jìn)行除鹽。

　　本項(xiàng)目原水中TDS為5 000 mg/L，考慮到膜的壓力耐受能力，RO系統(tǒng)回收率采用70%，RO濃水TDS設(shè)計(jì)值為16 000 mg/L，進(jìn)入后續(xù)膜濃縮裝置進(jìn)一步濃縮。2.3 SWRO膜濃縮

　　本項(xiàng)目在預(yù)處理階段已基本去除硬度，因此可在SWRO階段采用高pH運(yùn)行模式。

　　由于膜的Zeta電位變?yōu)楹軓?qiáng)的負(fù)電，而大部分天然顆粒帶負(fù)電，負(fù)電相斥，所以顆粒很難附著在膜的表面。在高pH條件下濃水通道的水力條件已變化，膜表面的層流邊界層變薄，顆粒置于膜表面的湍流層而被沖走。

　　此外，在高pH條件下，大多數(shù)生物“溶解”或遭破壞，可有效避免有機(jī)污染;同時(shí)有機(jī)硅溶解度提高，可最大程度降低有機(jī)硅的污染性。

　　因此，通過(guò)前期預(yù)處理完全除硬后，可實(shí)現(xiàn)膜濃縮階段在高pH條件下運(yùn)行，避免了有機(jī)污染。本項(xiàng)目膜濃縮段采用SWRO對(duì)苦咸水階段的濃水進(jìn)一步濃縮，濃縮倍數(shù)為3，SWRO濃水TDS為48 000 mg/L。2.4 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)

　　蒸發(fā)結(jié)晶的高含鹽廢水主要來(lái)自膜濃縮單元產(chǎn)生的濃鹽水，這部分廢水含鹽量高，不能利用。因此蒸發(fā)結(jié)晶是實(shí)現(xiàn)濃水“零排放”的最終途徑。

　　目前，常用的結(jié)晶工藝有多效蒸發(fā)(MEE)和機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR，也稱高效蒸發(fā)結(jié)晶)，兩類(lèi)工藝各有利弊。

　　MEE的特點(diǎn)是幾個(gè)蒸發(fā)器連接起來(lái)，前一級(jí)蒸發(fā)器所產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一級(jí)蒸發(fā)器的加熱熱源，包括并流、平流、逆流和錯(cuò)流幾種類(lèi)型。多效蒸發(fā)分離效果好，操作可靠，主要?jiǎng)恿υ礊檎羝?

　　MVR采用離心式蒸汽壓縮機(jī)對(duì)二次蒸汽進(jìn)行壓縮，使二次蒸汽溫度提高10~18 ℃以上，用作系統(tǒng)蒸發(fā)熱源。在裝置啟動(dòng)過(guò)程中需供給生蒸汽，正常運(yùn)行后不再需要生蒸汽供給，以電能為主要?jiǎng)恿ΑＥcMEE相比，設(shè)備價(jià)格較高，占地面積少，能耗低，運(yùn)行成本少。

　　根據(jù)所處理物料規(guī)模、操作方式及經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮，本項(xiàng)目處理工藝選擇MVR工藝，將母液最終干化為混鹽后外運(yùn)處置。

　　2.5 工藝流程

　　綜上，“零排放”系統(tǒng)水量平衡圖見(jiàn)圖 1。

　　圖 1 “零排放”系統(tǒng)水量平衡圖

　　凈水廠反滲透濃水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)過(guò)水質(zhì)水量調(diào)節(jié)后自流進(jìn)入機(jī)械澄清池，向澄清池中投加純堿及石灰，對(duì)水中的硬度進(jìn)行軟化去除。

　　澄清池的上清液自流進(jìn)入中間水池，經(jīng)提升進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器，去除水中的濁度，使之達(dá)到 < 1 NTU。多介質(zhì)過(guò)濾器出水進(jìn)入鈉床，利用離子交換原理徹底清除水中硬度。

　　鈉床出水流入超濾原水池，經(jīng)提升泵提升，首先經(jīng)過(guò)自清洗過(guò)濾器，對(duì)水中可能殘留的顆粒、懸浮物進(jìn)行截留，起到保安作用。經(jīng)自清洗過(guò)濾器后進(jìn)入超濾裝置，去除廢水中的生物污染物、顆粒物、膠體、濁度、細(xì)菌等，滿足反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)。超濾裝置的產(chǎn)水率為90%，定時(shí)清水反洗和加藥反洗，每隔3~6月對(duì)膜進(jìn)行1次化學(xué)清洗，清除膜表面污堵。

　　超濾裝置的產(chǎn)水進(jìn)入超濾產(chǎn)水池，經(jīng)超濾水提升泵提升，提升泵出口設(shè)置管道混合器，向其投加還原劑和阻垢劑，避免其傷害反滲透膜;加藥后的水經(jīng)過(guò)保安過(guò)濾器和高壓泵后進(jìn)入反滲透膜堆，反滲透膜堆產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)品水池，濃水進(jìn)入RO濃水池。反滲透水回收率為70%，脫鹽率大于95%。

　　RO濃水池的水經(jīng)濃水提升泵提升后投加阻垢劑，避免水中濃縮后的鹽在膜表面結(jié)垢，再經(jīng)過(guò)濃水保安過(guò)濾器和高壓泵后進(jìn)入濃水反滲透膜堆，產(chǎn)水進(jìn)入產(chǎn)品水池。濃水反滲透水回收率為40%，脫鹽率大于95%。

　　產(chǎn)品水池的水經(jīng)回用水泵提升送至界區(qū)外，最終送至各用水點(diǎn)。濃水反滲透產(chǎn)生的濃水則經(jīng)泵提升至濃鹽水蒸發(fā)及結(jié)晶裝置進(jìn)行進(jìn)一步處理。

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　　主要裝置及設(shè)計(jì)參數(shù)

　　(1)調(diào)節(jié)池。1座，調(diào)節(jié)來(lái)水的水質(zhì)水量。有效容積為150 m3，HRT為0.7 h。設(shè)置提升泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為230 m3/h，揚(yáng)程為20 m。

　　(2)機(jī)械澄清池。2座，通過(guò)向澄清池中投加燒堿及石灰，對(duì)水中的硬度進(jìn)行軟化去除。單座池體處理水量為120 m3/h，直徑為7.5 m，有效水深為4.85 m。澄清池總停留時(shí)間為1.5 h，清水分離室清水上升流速為1 mm/s。每座池子設(shè)置JJ-120型澄清池?cái)嚢铏C(jī)1臺(tái)，葉輪直徑為1.5 m，葉輪高度為800 mm，功率為1.5 kW。

　　(3)鈉床成套裝置。3臺(tái)，2用1備。單臺(tái)處理水量為115 m3/h，直徑為2.5 m，表面流速為22 m/h。樹(shù)脂類(lèi)型為弱酸型，型號(hào)Purolite C 104，單臺(tái)反應(yīng)器樹(shù)脂填充體積為5.39 m3，再生藥劑為HCl和NaOH。

　　(4)外壓式UF裝置。2臺(tái)，單臺(tái)產(chǎn)水量為105 m3/h。選用進(jìn)口PVDF材質(zhì)外壓式膜，膜通量 < 50 L/(m2·h)，產(chǎn)水率 > 90%。設(shè)置反沖洗水泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為180 m3/h，揚(yáng)程為20 m。

　　(5)UF產(chǎn)水池。1座，有效容積為150 m3，HRT為0.7 h。設(shè)置RO提升泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為210 m3/h，揚(yáng)程為30 m。

　　(6)反滲透裝置。1套，選用進(jìn)口卷式平板膜，產(chǎn)水率為70%。設(shè)置保安過(guò)濾器2臺(tái)，單臺(tái)流量為105 m3/h;高壓泵2臺(tái)，單臺(tái)流量為105 m3/h，揚(yáng)程為180 m。RO沖洗泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為100 m3/h，揚(yáng)程為30 m。

　　(7)產(chǎn)品水池。1座，有效容積為420 m3，HRT為2 h。設(shè)置回用水提升泵3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)流量為105 m3/h，揚(yáng)程為30 m。

　　(8)濃水池。1座，將反滲透裝置排出的濃水進(jìn)行收集。有效容積為150 m3，HRT為1 h。設(shè)置SWRO提升泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為60 m3/h，揚(yáng)程為30 m。

　　(9)SWRO膜濃縮系統(tǒng)。1套，選用卷式平板膜，產(chǎn)水率為70%，型號(hào)SW30XLE-400。設(shè)置保安過(guò)濾器1臺(tái)，單臺(tái)流量為55 m3/h;高壓泵1臺(tái)，單臺(tái)流量為55 m3/h，揚(yáng)程為350 m;段間增壓泵1臺(tái)，單臺(tái)流量為25 m3/h，揚(yáng)程為200 m;SWRO沖洗泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為50 m3/h，揚(yáng)程為30 m。

　　(10)MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。1套，對(duì)膜濃縮單元產(chǎn)生的濃水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理。系統(tǒng)處理量為20 m3/h，進(jìn)料含鹽質(zhì)量濃度為46 000 mg/L。其中降膜加熱器2臺(tái)，規(guī)格為700 m2，材質(zhì)管程為T(mén)A2，殼程為304不銹鋼;降膜蒸發(fā)室2臺(tái)，規(guī)格為20 m3，材質(zhì)為2205雙相不銹鋼;升膜加熱器2臺(tái)，規(guī)格為144 m2，材質(zhì)管程為T(mén)A2，殼程為304不銹鋼;蒸發(fā)結(jié)晶室1臺(tái)，規(guī)格為12 m3，材質(zhì)為2205雙相不銹鋼。蒸發(fā)結(jié)晶最終產(chǎn)生的固體雜鹽量為25 t/d，作為危廢委外處置。

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　　工程投資及運(yùn)行費(fèi)用

　　本項(xiàng)目直接工程費(fèi)用為3 420萬(wàn)元，其中土建費(fèi)用1 000萬(wàn)元(不含地基處理)，設(shè)備購(gòu)置及安裝費(fèi)用2 420萬(wàn)元。主要運(yùn)行費(fèi)用包括藥劑費(fèi)(2.18萬(wàn)元/d)、膜更換維修費(fèi)(0.68萬(wàn)元/d)、電費(fèi)(2.81萬(wàn)元/d)、固體雜鹽委外費(fèi)(11.50萬(wàn)元/d)處置等直接費(fèi)用約17.18萬(wàn)元/d，折合噸水成本為34.36元。

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　　運(yùn)行效果

　　目前濃鹽水零排放系統(tǒng)進(jìn)水水量為4 600 m3/d，進(jìn)水TDS為4 250 mg/L。本工程預(yù)處理系統(tǒng)和苦咸水RO系統(tǒng)已調(diào)試運(yùn)行投產(chǎn)使用，SWRO膜濃縮系統(tǒng)和MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)暫未完成調(diào)試運(yùn)行。

　　現(xiàn)系統(tǒng)回用水產(chǎn)水量為3 350 m3/d，系統(tǒng)脫鹽率大于98%，回用水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標(biāo)準(zhǔn)。苦咸水反滲透工段回收率為72%，反滲透濃水量為1 675 m3/d，TDS為15 180 mg/L。

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　　結(jié) 語(yǔ)

　　(1)采用SWRO+MVR組合工藝處理生活凈水 廠反滲透濃水，處理出水能達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標(biāo)準(zhǔn)。且整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有廢水外排，廢棄物以混鹽晶體的形式外運(yùn)處置，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　(2)采用反滲透在高pH條件下運(yùn)行的模式，可有效避免有機(jī)物和硅污染。為了避免高pH條件下的結(jié)垢影響，預(yù)處理階段采用機(jī)械混凝沉淀+鈉床工藝以徹底去除硬度。

　　(3)針對(duì)高鹽廢水的膜濃縮方式，在高pH運(yùn)行條件下，采用SWRO系統(tǒng)可有效避免膜污染，提高濃縮倍數(shù)，降低工程投資。

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