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

1、基本情況

廢水為一級(jí)反滲透除鹽裝置排水-濃鹽水。反滲透(RO)工藝制備純水的過(guò)程  中會(huì)產(chǎn)生濃水，其中含有各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，若直接排放可能會(huì)對(duì)土壤、地表水、海洋等產(chǎn)生污染；若排入市政污水處理系統(tǒng)，過(guò)高的總?cè)芙庑怨腆w對(duì)活性污泥的生長(zhǎng)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(xué)物質(zhì)直接排入環(huán)境，也必然會(huì)產(chǎn)生不利影響。因此尋找經(jīng)濟(jì)高效的RO濃水處理方法，對(duì)保護(hù)環(huán)境的意義重大。

2、技術(shù)路徑

2.1、概述

反滲透膜分離技術(shù)，由于它具有物料無(wú)相變、相對(duì)能耗低、除鹽效果好、處理工藝成熟可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，易于運(yùn)行和管理等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)在許多行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但是，目前反滲透技術(shù)一般的設(shè)計(jì)產(chǎn)水率為75%，實(shí)際產(chǎn)水率更低，大約會(huì)產(chǎn)生30%的濃鹽水。若原水是水質(zhì)非常差的地下苦咸水，或者海水，濃水產(chǎn)生量會(huì)更大，可能達(dá)到50%。當(dāng)前很多反滲透工藝產(chǎn)生的濃水都不經(jīng)處理直接排放，造成水資源和能源的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染。

針對(duì)反滲透濃水，當(dāng)前的研究主要圍繞三個(gè)目的展開：減量化——優(yōu)化反滲透工藝設(shè)計(jì)，減少濃水的產(chǎn)生量；無(wú)害化——針對(duì)反滲透濃水直接排放可能對(duì)環(huán)境造成危害這一狀況，探索經(jīng)濟(jì)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(shí)上，反滲透濃水的回用需要考慮多種因素，這三個(gè)目的都不是孤立的，而是需要綜合考慮，互為補(bǔ)充。

2.2、以排放為目的

以下是其化學(xué)反應(yīng)方程式：

※混入其他廢水共同處理

對(duì)于絕大部分生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，除了制水車間產(chǎn)生的反滲透濃水以外，還會(huì)產(chǎn)生其他各種廢水。例如生產(chǎn)車間排放的生產(chǎn)廢水、廠區(qū)生活廢水等。對(duì)每種廢水分門別類，進(jìn)行單獨(dú)處理往往并不經(jīng)濟(jì)。因此大部分企業(yè)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(zhì)狀況是硬度高、含鹽量高，而像濁度、COD等重要污染指標(biāo)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(diào)節(jié)的作用，進(jìn)而降低混合廢水處理系統(tǒng)的進(jìn)水污染負(fù)荷。

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

例如，某鋁業(yè)的熱電廠對(duì)其反滲透濃水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造。將生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢堿水與反滲透濃水混合，去除鈣鎂硬度后實(shí)現(xiàn)濃水回用于生產(chǎn)，降低生產(chǎn)用水成本約176萬(wàn)元/年。

2.3、以減量化為目的

減量化是針對(duì)反滲透系統(tǒng)的本身來(lái)說(shuō)的，如果反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，并且企業(yè)的進(jìn)水水質(zhì)狀況穩(wěn)定，系統(tǒng)濃水的產(chǎn)生量就能夠控制在一個(gè)最佳的比例。在反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，有兩個(gè)方法可以提高系統(tǒng)的回收率，即減少濃水的產(chǎn)量。一個(gè)是增加水流經(jīng)過(guò)反滲透膜組件的長(zhǎng)度，另一個(gè)就是濃水回流。

增加水流經(jīng)過(guò)的反滲透膜組件的長(zhǎng)度。

水流在反滲透膜元件中流動(dòng)的同時(shí)，淡水不斷地透過(guò)膜，實(shí)現(xiàn)濃水和淡水的分離。從理論上說(shuō)，水流經(jīng)的膜元件越長(zhǎng)，則淡水的產(chǎn)量越大，回收率越高。而由于便利性、標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題，市場(chǎng)上各類膜元件的長(zhǎng)度規(guī)格已確定，但可以按照工藝要求串聯(lián)成膜組件。而由于流量和壓力的遞減，膜組件也不能過(guò)長(zhǎng)，需要進(jìn)行分段，即多個(gè)膜組件的串聯(lián)。

因此，在保證出水質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，為了減少濃水的產(chǎn)生量，提高系統(tǒng)回收率，可以在反滲透設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)脑黾佣螖?shù)。

但相對(duì)的，膜系統(tǒng)的加長(zhǎng)，需要增大膜的推動(dòng)力，即泵的功率需要增大或者增加泵的數(shù)量。因此，系統(tǒng)的設(shè)備投入和運(yùn)行的能耗成本會(huì)增加。

濃水回流：

濃水回流，就是將反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的一部分濃水回流到高壓泵前，同濃水混合后再次進(jìn)入膜組件，進(jìn)行反滲透處理。這也是一種提高反滲透系統(tǒng)回收率的有效手段。尤其是對(duì)于系統(tǒng)產(chǎn)水量不大，水流無(wú)法流經(jīng)12m長(zhǎng)的膜組件時(shí)，十分合適。

但是由于濃水回流，進(jìn)水處的污染物濃度會(huì)提高，反滲透系統(tǒng)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)也進(jìn)一步增大，因此，必須加強(qiáng)反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行控制和管理。如果生產(chǎn)企業(yè)使用的反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，并且優(yōu)于設(shè)計(jì)值，系統(tǒng)的處理能力尚有余力，也可考慮用該方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

例如，某化工公司的反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水TDS比設(shè)計(jì)值小了約40%。為提高回收率，對(duì)其進(jìn)行改造，使部分反滲透濃水回流，與原水按比例混合后再進(jìn)行反滲透處理。實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)嚴(yán)格控制進(jìn)水含鹽量，系統(tǒng)回收率，運(yùn)行溫度等參數(shù)，在保證穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，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(jìn)行部分回流，部分回用于過(guò)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(chǎn)成本。

2.4、以回用為目的

根據(jù)反滲透的原理和國(guó)內(nèi)外眾多實(shí)際運(yùn)行案例，即使反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，使得回收率達(dá)到最佳，系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水比例也得至少占到進(jìn)水量的25%左右。對(duì)于鋼鐵、化工等行業(yè)的用水大戶來(lái)說(shuō)，每小時(shí)產(chǎn)生的濃水量可以達(dá)到上百噸。若作為廢水處理后排放，會(huì)浪費(fèi)大量的能源和水資源。所以找到合適的濃水回用途徑，實(shí)現(xiàn)廢水替代部分新水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和環(huán)境綜合效益。

從國(guó)內(nèi)外一些工程案例來(lái)看，反滲透濃水的回用的方式有很多。大多都需要根據(jù)企業(yè)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)。濃水可以用于企業(yè)內(nèi)其他合適的車間。也可以代替原先使用的自來(lái)水，用作廠區(qū)如沖洗、清掃等。

近幾年，為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的號(hào)召，反滲透濃水回用項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)遍地開花，有大量的工程實(shí)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(chǔ)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(wèi)生等。三個(gè)月就實(shí)現(xiàn)節(jié)約水費(fèi)2.5萬(wàn)元，節(jié)約煤費(fèi)5.8萬(wàn)元，不到一年就能收回投資成本。

某鋼廠用反滲透技術(shù)將鋼鐵生產(chǎn)過(guò)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(lái)反沖洗反滲透預(yù)處理系統(tǒng)中的多介質(zhì)過(guò)濾器。企業(yè)一次投資5萬(wàn)元，每年可節(jié)約50萬(wàn)m3用水，經(jīng)濟(jì)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(huán)水補(bǔ)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(shí)現(xiàn)年節(jié)約用水9萬(wàn)噸，節(jié)省水費(fèi)和排污費(fèi)共20萬(wàn)元/年。

國(guó)內(nèi)某集團(tuán)公司，將純水生產(chǎn)中反滲透和前級(jí)超濾設(shè)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(bǔ)水。經(jīng)過(guò)改造后，系統(tǒng)節(jié)水25m3/h，每年可節(jié)約21萬(wàn)噸自來(lái)水，半年即可收回投資，節(jié)能減排效益非?？捎^。

總之，大量的工程實(shí)例告訴我們，充分考慮企業(yè)自身狀況，使反滲透濃水在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)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。

3、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(guān)鍵，處理工藝是否合理直接關(guān)系到水處理設(shè)施的處理效果、運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、投資、運(yùn)行成本和管理水平等。因此水處理工藝的選擇首先應(yīng)結(jié)合工廠的實(shí)際情況，綜合考慮廠內(nèi)各種作用因素，慎重選擇適合本廠的水處理工藝，以達(dá)到水處理設(shè)施的最佳處理效果及最好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

4、工藝選擇的思路

根據(jù)工廠的實(shí)際情況，選擇工藝流程應(yīng)滿足處理要求的同時(shí)適應(yīng)工廠的實(shí)際需要，目前工廠內(nèi)排放廢水為一級(jí)濃水，一級(jí)濃水屬于結(jié)垢型水質(zhì)；由于4倍濃縮的緣故，其含鹽量高、硬度高、水質(zhì)穩(wěn)定、基本不發(fā)生pH的顯著波動(dòng)，屬于高礦化度咸水。根據(jù)現(xiàn)有RO工藝的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，確定一級(jí)RO濃水回收工藝仍為RO工藝，即濃水反滲透工藝處理一級(jí)反滲透排放濃水方案。

本項(xiàng)目原水水溫隨季節(jié)性波動(dòng)較大，為保證濃水處理反滲透裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，反滲透裝置前設(shè)置原水加熱系統(tǒng)—板式換熱器。熱源：低壓蒸汽。

主體工藝采用濃水一級(jí)反滲透+濃水反滲透+三效蒸發(fā)工藝（單獨(dú)設(shè)計(jì)）。