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反渗透浓水资源化回收利用探讨

2022-01-19 11:49:13   阅读次数:298

反渗透浓水资源化回收利用探讨

1、基本情况

废水为一级反渗透除盐装置排水-浓盐水。反渗透(RO)工艺制备纯水的过程  中会产生浓水,其中含有各种有机和无机污染物,若直接排放可能会对土壤、地表水、海洋等产生污染;若排入市政污水处理系统,过高的总溶解性固体对活性污泥的生长也非常不利。被高度浓缩的RO浓水以及由清洗剂、阻垢剂引入的化学物质直接排入环境,也必然会产生不利影响。因此寻找经济高效的RO浓水处理方法,对保护环境的意义重大。

2、技术路径

2.1、概述

反渗透膜分离技术,由于它具有物料无相变、相对能耗低、除盐效果好、处理工艺成熟可靠,设备简单、自动化程度高,易于运行和管理等优点,近几年来在许多行业得到广泛的应用。但是,目前反渗透技术一般的设计产水率为75%,实际产水率更低,大约会产生30%的浓盐水。若原水是水质非常差的地下苦咸水,或者海水,浓水产生量会更大,可能达到50%。当前很多反渗透工艺产生的浓水都不经处理直接排放,造成水资源和能源的浪费,同时对周围的环境造成污染。

针对反渗透浓水,当前的研究主要围绕三个目的展开:减量化——优化反渗透工艺设计,减少浓水的产生量;无害化——针对反渗透浓水直接排放可能对环境造成危害这一状况,探索经济有效的处理手段,将危害减轻;资源化——探索反渗透浓水再利用的途径,变废为宝。

事实上,反渗透浓水的回用需要考虑多种因素,这三个目的都不是孤立的,而是需要综合考虑,互为补充。

2.2、以排放为目的

※单独处理排放

      反渗透浓水的主要问题是钙镁等离子含量高,硬度高。一般来说,经过简单的软化处理即可实现达标排放。软化主要采用投加石灰、纯碱等碱性物质的方法,利用它们同浓水中的钙镁等物质发生反应,生成碳酸盐沉淀,而从水体中去除,降低浓水的硬度,减少其对环境的危害。

以下是其化学反应方程式:

※混入其他废水共同处理

对于绝大部分生产企业来说,除了制水车间产生的反渗透浓水以外,还会产生其他各种废水。例如生产车间排放的生产废水、厂区生活废水等。对每种废水分门别类,进行单独处理往往并不经济。因此大部分企业选择在分流一些特殊废水,将各类废水混合后一起处理。

反渗透浓水的水质状况是硬度高、含盐量高,而像浊度、COD等重要污染指标都很低。将反渗透浓水混入其他废水中,可以起到一定的稀释调节的作用,进而降低混合废水处理系统的进水污染负荷。

而有些企业生产废水中含有大量的碳酸钠、氢氧化钠等碱性物质,可以同反渗透浓水中的钙镁反应,生成氢氧化物或碳酸盐沉淀,降低水体硬度。

例如,某铝业的热电厂对其反渗透浓水处理系统进行改造。将生产工艺中产生的废碱水与反渗透浓水混合,去除钙镁硬度后实现浓水回用于生产,降低生产用水成本约176万元/年。

2.3、以减量化为目的

减量化是针对反渗透系统的本身来说的,如果反渗透系统设计合理,并且企业的进水水质状况稳定,系统浓水的产生量就能够控制在一个最佳的比例。在反渗透系统设计时,有两个方法可以提高系统的回收率,即减少浓水的产量。一个是增加水流经过反渗透膜组件的长度,另一个就是浓水回流。

增加水流经过的反渗透膜组件的长度。

水流在反渗透膜元件中流动的同时,淡水不断地透过膜,实现浓水和淡水的分离。从理论上说,水流经的膜元件越长,则淡水的产量越大,回收率越高。而由于便利性、标准化等问题,市场上各类膜元件的长度规格已确定,但可以按照工艺要求串联成膜组件。而由于流量和压力的递减,膜组件也不能过长,需要进行分段,即多个膜组件的串联。

因此,在保证出水质量和系统稳定的前提下,为了减少浓水的产生量,提高系统回收率,可以在反渗透设计时适当的增加段数。

但相对的,膜系统的加长,需要增大膜的推动力,即泵的功率需要增大或者增加泵的数量。因此,系统的设备投入和运行的能耗成本会增加。

浓水回流:

浓水回流,就是将反渗透系统产生的一部分浓水回流到高压泵前,同进水混合后再次进入膜组件,进行反渗透处理。这也是一种提高反渗透系统回收率的有效手段。尤其是对于系统产水量不大,水流无法流经12m长的膜组件时,十分合适。

但是由于浓水回流,进水处的污染物浓度会提高,反渗透系统结垢的风险也进一步增大,因此,必须加强反渗透系统的运行控制和管理。如果生产企业使用的反渗透系统进水水质稳定,并且优于设计值,系统的处理能力尚有余力,也可考虑用该方法对系统进行改造。

例如,某化工公司的反渗透系统的进水TDS比设计值小了约40%。为提高回收率,对其进行改造,使部分反渗透浓水回流,与原水按比例混合后再进行反渗透处理。实际运行中通过严格控制进水含盐量,系统回收率,运行温度等参数,在保证稳定运行的同时,大大减少了浓水的排放。

也有部分工厂反渗透浓水含盐量较低,可以进行部分回流,部分回用于过滤器的反冲洗的改造,能够大大减少了浓水的排放量,降低生产成本。

2.4、以回用为目的

根据反渗透的原理和国内外众多实际运行案例,即使反渗透系统设计合理,使得回收率达到最佳,系统产生的浓水比例也得至少占到进水量的25%左右。对于钢铁、化工等行业的用水大户来说,每小时产生的浓水量可以达到上百吨。若作为废水处理后排放,会浪费大量的能源和水资源。所以找到合适的浓水回用途径,实现废水替代部分新水具有重要的现实意义和环境综合效益。

从国内外一些工程案例来看,反渗透浓水的回用的方式有很多。大多都需要根据企业自身的生产特点。浓水可以回用于企业内其他合适的车间。也可以代替原先使用的自来水,用作厂区如冲洗、清扫等。

近几年,为响应国家节能减排,构建循环经济社会的号召,反渗透浓水回用项目在国内遍地开花,有大量的工程实例可供借鉴。

某工厂利用反渗透浓水的压力将其置于高位水箱中储存,再按照需要将水用于冷凝冲车、冲地、酒桶外壁清洗和车间打扫卫生等。三个月就实现节约水费2.5万元,节约煤费5.8万元,不到一年就能收回投资成本。

某钢厂用反渗透技术将钢铁生产过程中的冷却水、生活废水等处理成脱盐水,并考虑将浓水用来反冲洗反渗透预处理系统中的多介质过滤器。企业一次投资5万元,每年可节约50万m3用水,经济效益显著。

某热电站将反渗透浓水用于锅炉冲灰,使灰渣得到了更好的沉淀效果,并且使循环水补水量减少了110t/h,加药量降低了10%。

某啤酒厂,将原本需要处理后排放的反渗透浓水作为锅炉的水膜除尘器用水,可以实现年节约用水9万吨,节省水费和排污费共20万元/年。

国内某集团公司,将纯水生产中反渗透和前级超滤设备排放的浓水回收利用,作为工艺厂房排气洗涤塔的稀释喷淋水补水。经过改造后,系统节水25m3/h,每年可节约21万吨自来水,半年即可收回投资,节能减排效益非常可观。

总之,大量的工程实例告诉我们,充分考虑企业自身状况,使反渗透浓水在企业内部进行消化,是一种有效处理反渗透浓水,合理利用水资源的手段。

3、工艺流程的确定

水处理工艺的选择是水处理处理工程成败的关键,处理工艺是否合理直接关系到水处理设施的处理效果、运转的稳定性、投资、运行成本和管理水平等。因此水处理工艺的选择首先应结合工厂的实际情况,综合考虑厂内各种作用因素,慎重选择适合本厂的水处理工艺,以达到水处理设施的最佳处理效果及最好的经济、社会和环境效益。

4、工艺选择的思路

根据工厂的实际情况,选择工艺流程应满足处理要求的同时适应工厂的实际需要,目前工厂内排放废水为一级浓水,一级浓水属于结垢型水质;由于4倍浓缩的缘故,其含盐量高、硬度高、水质稳定、基本不发生pH的显著波动,属于高矿化度咸水。根据现有RO工艺的运行管理经验,确定一级RO浓水回收工艺仍为RO工艺,即浓水反渗透工艺处理一级反渗透排放浓水方案。

本项目原水水温随季节性波动较大,为保证浓水处理反渗透装置长期稳定运行,反渗透装置前设置原水加热系统—板式换热器。热源:低压蒸汽。

主体工艺采用浓水一级反渗透+浓水反渗透+三效蒸发工艺(单独设计)。