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廢水處理零排放常用的四種核心工藝
發(fā)布時(shí)間：
2023-05-26 16:57
01
RCC技術(shù)
RCC的核心技術(shù)為“機械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)”、“晶種法技術(shù)”、“混合鹽結晶技術(shù)”。
一、機械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)
蒸發(fā)器單機廢水處理量由27噸/天起至3800噸/天。如果需要處理的廢水量大于單機最大處理量，可以按裝多臺蒸發(fā)器處理。蒸發(fā)器在用晶種法技術(shù)運行時(shí)，也稱(chēng)為鹵水濃縮器(Brine Concentrator)。
1.2、 鹵水濃縮器構造及工藝流程
（1）待處理鹵水進(jìn)入貯存箱，在箱里把鹵水的PH值調整到5.5-6.0之間，為除氣和除碳作準備。鹵水進(jìn)入換熱器把溫度升至沸點(diǎn)。
（2）加熱后的鹵水經(jīng)過(guò)除氣器，清除水里的不溶所體，如氧氣和二氧化碳。
（3）新進(jìn)鹵水進(jìn)入深縮器底槽，與在濃縮器內部循環(huán)的鹵水混合，然后被泵輸送到換熱器管束頂部水箱。
（4）鹵水通過(guò)裝置，在換熱管頂部的鹵水分布件流入管內，均勻地分布在管子的內壁上，呈薄膜狀，受地引力下降至底槽。部分鹵水沿管壁下降時(shí)，吸收管外蒸汽所釋放的熱能而蒸發(fā)了，蒸汽和未蒸發(fā)的鹵水一起下降至底槽。
（5）底槽內的蒸汽經(jīng)過(guò)除霧器進(jìn)入壓縮機，壓縮蒸汽進(jìn)入濃縮器。
（6）壓縮蒸汽的潛熱傳過(guò)換熱管壁，對沿著(zhù)管內壁下降的溫度較低的鹵水膜加熱，使部分鹵水蒸發(fā)，壓縮蒸汽釋放潛熱時(shí)，在換熱管外壁上冷凝成蒸餾水。
（7）蒸餾水沿管壁下降，在濃縮器底部積聚后，被泵經(jīng)換熱器，進(jìn)儲存罐待用。蒸餾水流經(jīng)換熱器時(shí)，對新流入的鹵水加熱。
（8）底槽內部分鹵水被排放，以控制濃縮器內鹵水的濃度。
二、晶種法技術(shù)
晶種法技術(shù)：可以解決蒸發(fā)器換熱管的結垢問(wèn)題，經(jīng)處理后排放的濃縮廢水，通常被送往結晶器或干燥器，結晶或干燥成固體，運送堆填區埋放。上述循環(huán)過(guò)程，周而復始，繼續不斷地進(jìn)行。
如廢水里含有大量鹽分或 TDS，廢水在蒸發(fā)器內蒸發(fā)時(shí)，水里的 TDS很容易附著(zhù)在換熱管的表面結垢，輕則影響換熱器的效率，嚴量時(shí)則會(huì )把換熱管堵塞。解決蒸發(fā)器內換熱管的結垢問(wèn)題，是蒸發(fā)器能否用作處理工業(yè)廢水的關(guān)鍵。應用“晶種法“技術(shù)的蒸發(fā)器，也稱(chēng)作“鹵水濃縮器” (Brine Concentrator)。經(jīng)鹵水濃縮器處理后排放的濃縮廢水，TDS含量可高達300,000 pp，通常被送往結晶器或干燥器，結晶或干燥成固體，運送堆填區埋放。
“晶種法”以硫酸鈣為基礎。廢水里須有鈣和硫化物的存在，濃縮器開(kāi)始運作前，如果廢水里自然存在的鈣和硫化物離子含量不足，可以人工加以補充，在廢水里加添硫酸鈣種子，使廢水里鈣和硫化物離子含量達到適當的水平。
廢水開(kāi)始蒸發(fā)時(shí)，水里開(kāi)始結晶的鈣和硫酸鈣離子含量達到適當水平。廢水開(kāi)始蒸發(fā)時(shí)，水里開(kāi)始結晶的鈣和硫酸鈣離子就附著(zhù)在這些種子上，并保持懸浮在水里，不會(huì )附著(zhù)在換執管表面結垢。這種現象稱(chēng)為“選擇性結晶”。鹵水濃縮器通常能持續運作長(cháng)達一年或以上，才需定期清洗保養。在一般情況下，除了在濃縮器啟動(dòng)時(shí)有可能添加“晶種外”，正常運作時(shí)不需再添晶種。
三、混全鹽結晶技術(shù)
3.1 、混全鹽結晶技術(shù)的應用
鹵水濃縮器可回收鹵水里95%至98%的水份，剩余的濃縮鹵水殘液，含有大量的可溶固體。在有些地區，鹵水殘液被送往蒸發(fā)池自然蒸發(fā)，或作深井壓注處理。
但很多地區，為了防止濃縮鹵水排放蒸發(fā)池或作深井壓注處理后滲出，對水源造成二次污染，必須作“零排入”處理。如殘液的流量很小，則可用干燥器把殘淮干燥成固體，收集后送堆場(chǎng)填埋；如殘液量較大，用結晶器把殘液里的可溶固體給晶后收集填埋，是更經(jīng)濟的處理方法。
一般生產(chǎn)性化工結晶程序，如氯化鈉、硫酸鈉等化工商品的生產(chǎn)，僅需要處理一種鹽類(lèi)的結晶，這類(lèi)單鹽鹵水的結晶工藝，比較容易掌握，但工業(yè)污水里所含的的鹽份，種類(lèi)繁雜，甚至含有兩種鹽份組成的復鹽。有多種鹽類(lèi)并存的鹵水會(huì )在結晶器內產(chǎn)生泡沫和具有極強的腐蝕性，同時(shí)多種不同鹽類(lèi)的存在，會(huì )造成鹵水不同的沸點(diǎn)升高。不同成度的結垢，對設備的換熱系數產(chǎn)生不同程度的影響。
3.2 、混全鹽結晶技術(shù)的設備與工藝流程
用作混合鹽結晶的結晶器，可用蒸汽驅動(dòng)，也可用電動(dòng)蒸汽壓縮機驅動(dòng)，后者是能效較高的系統。
強制循壓縮蒸汽結晶器：強制循環(huán)壓縮蒸汽結晶器是熱效率最高的結晶系統，系統所需的熱能，由一臺電動(dòng)蒸汽壓縮機提供。它的主要工作程序如下：
（1）待處理濃鹵水被泵進(jìn)結晶器。
（2）和正在循環(huán)中的鹵水混合，然后進(jìn)入殼管式換熱器。因換熱器管子注滿(mǎn)水，鹵水在加壓狀態(tài)下不會(huì )沸騰并抑止管內結垢。
（3）循環(huán)中的鹵水以特定角度進(jìn)入蒸汽體，產(chǎn)生渦旋，小部鹵水被蒸發(fā)。
（4）水分被蒸發(fā)時(shí)，鹵水內產(chǎn)生晶體。
（5）大部鹵水被循環(huán)至加熱器，小股水流被抽送至離心機或過(guò)濾器，把晶體分離。
（6）蒸汽經(jīng)過(guò)除霧器，把附有的顆粒清除。
（7）蒸器經(jīng)壓縮機加壓，壓縮蒸汽在加熱器的換熱管外殼上冷凝成蒸餾水，同時(shí)釋放潛熱把管內的鹵水加熱。
（8）蒸餾水收集后，供廠(chǎng)內需要高質(zhì)蒸餾水的工藝流程使用，在某些條件下，結晶器產(chǎn)生的晶體，是很高商業(yè)價(jià)值的化工產(chǎn)品。
02
HERO技術(shù)
HERO是High Efficiency Reverse Osmosis（高效反滲透）的簡(jiǎn)稱(chēng)。HERO工藝的預處理步驟要根據水化學(xué)和現場(chǎng)的專(zhuān)門(mén)設計規范來(lái)定制的。有一個(gè)步驟是不變的，這就是RO是在高pH條件下運行的。為了使RO能在高pH條件下運行，所有會(huì )引起膜結垢的硬度和其它陽(yáng)離子成分必須除去。懸浮固體物應降至接近零以避免膜的堵塞，【垃圾發(fā)電水處理】二氧化碳要除到一定程度以減少水的緩沖性。硅在高pH條件下是可以高度溶解的，所以不會(huì )限制RO的回收率。
主要特點(diǎn)
1、運行穩定；
2、運行成本低（一般比傳統的RO要低15％-20％；
3、投資費用低（一般比傳統的ＲＯ要低30％）；
4、更低的占地空間；
5、適用于高純水的制備以及廢水處理。6無(wú)需復雜的清洗工藝，無(wú)需添加阻垢劑。
主要工藝步驟 ：
1、 硬度和懸浮固體物的除去；
2、 二氧化碳的去除；
3、 在高 pH條件下進(jìn)行RO處理。
通過(guò)軟化去處水中的硬度，然后再通過(guò)脫氣去處水中的二氧化碳，再加堿將RO進(jìn)水的PH調到8.5以上。在這種模式下運行，RO的回收率通常能夠突破極限達到90％以上。
主要工藝以及控制指標為：
1、硬度得到去除：離子交換去除硬度，控制出水指標為小于0.1ppm(100ppb).
2、去除二氧化碳：二氧化碳小于10ppm。
3、PH調整：反滲透給水加堿提高PH值，濃水側最大不超過(guò)11，根據RO回收率，給水PH值在10.0~10.5。產(chǎn)品水PH將達到9.3~9.8。
4、反滲透：反滲透設計產(chǎn)水通量在25～30GFD(gallon/ft2/day)，可以用低壓苦咸水膜，標準苦咸水膜，海水膜。根據給水的水質(zhì)條件，水回收率可以達到90～98％。典型在95％。
HERO的特點(diǎn)和優(yōu)勢：
（1）在HERO工藝條件下，高PH運行也是膜供應商接受的。給水是排污水或含鹽量較高時(shí)，可以達到的水回收率90％或更高，同時(shí)減少清洗頻率。這是因為：高PH條件下，細菌難以繁殖，不易產(chǎn)生潛在的生物膜。高PH條件下，膜所帶負電荷密度更高，對負電荷陰離子，微粒，特別是帶負電荷微粒更高去除率。RO處于連續清洗模式。對于高硅水質(zhì)，在高PH條件下硅是溶解態(tài)（離子態(tài)），可以到達高回收率。
（2）兩級反滲透運行在高PH條件下，離子去除率可以達到：硼>99.4%，硅>99.97%，有機物（TOC）>99％。
03
特種RO膜濃水再濃縮
一、特種RO膜結構及工作方式
該特種膜主要由過(guò)濾膜片、導流盤(pán)、中心拉桿、高壓容器、兩端法蘭、各種密封件及聯(lián)接螺栓等組成。過(guò)濾膜片和導流盤(pán)交替疊放，中心拉桿串成膜芯置入高壓容器后兩端法蘭進(jìn)行固定，再用拉桿結合形成。
原水通過(guò)膜芯與高壓容器的間隙到達膜元件底部，均勻布流進(jìn)入導流盤(pán)，在導流盤(pán)表面以雷達掃描方式流動(dòng)，從投幣式切口進(jìn)入下一組導流盤(pán)和膜片，在整個(gè)膜柱內呈渦流狀流動(dòng)，產(chǎn)水通過(guò)中心管排出膜元件。
二、特種RO膜特點(diǎn)和優(yōu)勢
1最低程度的膜結垢和污染現象
采用開(kāi)放式寬流道及獨特的水力學(xué)設計，具有更寬的流體通道，更優(yōu)異的流體湍流效果（雷諾準數>2500，膜片自清洗效果更好），導流盤(pán)專(zhuān)利結構設計，渦流式流動(dòng)狀態(tài)，最大程度上減少了膜表面結垢、污染及濃差極化現象的產(chǎn)生。
2膜使用壽命長(cháng)
RO特種膜采用了新型改性膜片，更適用于廢水膜分離。膜片抗壓力能力更強，最高可以達到160bar。且該組件能夠有效避免膜的結垢，膜污染減輕，使反滲透膜的壽命延長(cháng)。SUPER RO特種膜的特殊結構使膜組易于清洗，清洗后通量恢復性非常好，從而延長(cháng)了膜片壽命。在高濃度廢水處理中，膜壽命可長(cháng)達3年。
3組件易于維護
采用標準化設計，組件易于拆卸維護，可以輕松檢查維護任何一片過(guò)濾膜片及其它單元，維修簡(jiǎn)單這是其它形式膜組件所無(wú)法達到的。
4過(guò)濾膜片更換費用低
內部任何單個(gè)單元均允許單獨更換。當過(guò)濾膜片需更換時(shí)可進(jìn)行單個(gè)更換，這最大程度減少了換膜成本，當卷式膜出現補丁、局部泄漏等質(zhì)量問(wèn)題或需更換新膜時(shí)只能整個(gè)膜組件更換。
5出水水質(zhì)好
對各項污染物都具有極高的去除率，出水水質(zhì)好。
6出水穩定，受外界因素影響小
由于影響膜系統截留率的因素較少，所以系統出水水質(zhì)很穩定，不受可生化性、碳氮比等因素的影響，對于處理不宜采用生化處理的工業(yè)廢水有著(zhù)很大的優(yōu)勢。
7運行靈活
操作靈活，可以連續運行，也可間歇運行，還可以調整系統的串并聯(lián)方式，來(lái)適應水質(zhì)水量的要求。
三、特種RO膜處理膜工藝濃水的方法
膜工藝濃水經(jīng)過(guò)適當的預處理后泵入RO特種膜單元，由于RO特種膜最高可以高壓條件下操作，因而降低了 RO特種膜對傳統膜工藝濃水的透過(guò)液回收率的限制，濃縮倍數增加，濃縮液的電導率可以提高到100000-120000μs/cm。由于產(chǎn)水回收率的增加導致了濃水體積的減少，因此也降低了后續膜濃縮液處理工藝的規模和運行費用。
RO特種膜對膜工藝濃水中有機物、鹽度和水的分離較徹底，透過(guò)液水質(zhì)較好，COD和鹽度的去除率均可達到90%以上，因而透過(guò)液可以直接排放或者進(jìn)入生化處理工藝進(jìn)一步處理，RO特種膜的濃縮液則進(jìn)入MVR蒸發(fā)系統做蒸發(fā)結晶零排放處理。
MVR是機械壓縮式蒸發(fā)技術(shù)，它最大限度的利用二次蒸汽中的蒸發(fā)潛熱。借助MVR泵的作用，只需要輸入較少的能量便可將低品位的蒸汽壓縮至較高飽和溫度的高品味蒸汽，使得蒸汽能夠被循環(huán)使用。這會(huì )比多效蒸發(fā)器節省大量能源。使用蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行壓縮，提高溫度后再返回用作蒸發(fā)熱源，可極大減少蒸汽消耗量。通過(guò)MVR處理后，濃縮液中的絕大部分水進(jìn)入冷凝液中，大量鹽分和有機物析出成為殘渣，從而完成高濃度的各類(lèi)污染物與水相的徹底分離。
從原理上講“RO特種膜技術(shù)+MVR蒸發(fā)”組合工藝對傳統膜工藝廢水的有機污染物和鹽度具有非常理想的去除效果，絕大部分污染物和鹽度最終進(jìn)入MVR蒸發(fā)單元的殘渣中，因此 RO特種膜的透過(guò)液和MVR蒸發(fā)單元的冷凝液水質(zhì)很好，可以直接回用或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的深度處理后回用。
04
電滲析
一、電滲析原理
在外加直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的透過(guò)性（即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子透過(guò)，陰膜只允許陰離子透過(guò)），使水中的陰、陽(yáng)離子作定向遷移，從而達到水中的離子與水分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。
原理是：在陰極與陽(yáng)極之間，放置著(zhù)若干交替排列的陽(yáng)膜與陰膜，讓水通過(guò)兩膜及兩膜與兩極之間所形成的隔室，在兩端電極接通直通電源后，水中陰、陽(yáng)離子分別向陽(yáng)極、陰極方向遷移，由于陽(yáng)膜、陰膜的選擇透過(guò)性，就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室和離子濃度增加的濃室。與此同時(shí)，在兩電極上也發(fā)生著(zhù)氧化還原反應，即電極反應，其結果是使陰極室因溶液呈堿性而結垢，陽(yáng)極室因溶液呈酸性而腐蝕。因此，在電滲析過(guò)程中，電能的消耗主要用來(lái)克服電流通過(guò)溶液、膜時(shí)所受到的阻力及電極反應。
1.1 電滲析器的構造
電滲析器由膜堆、極區和壓緊裝置三部分構成。
（1）膜塊：是由相當數量膜對組裝而成。
膜對：是由一張陽(yáng)離子交換膜，一張隔板甲（或乙）；一張陰膜，一張隔板乙（或甲）組成。
離子交換膜：是電滲析器關(guān)鍵部件，其性能影響電滲析器的離子遷移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。
其中膜的分類(lèi)：按膜結構分為：異相膜、均相膜和半均相膜；按膜上活性基團不同分為：陽(yáng)膜、陰膜和特種膜；按膜材料不同分為：有機膜和無(wú)機膜。
隔板：分濃、淡水隔板，交替放陰陽(yáng)膜之間，使陰膜和陽(yáng)膜之間保持一定間隔，隔板平面水流，垂直隔板平面電流。隔板厚離0.9毫米。
（2）極區包括電極、極框和導水板。
電極：為連接電源所用。
極框：放置電極和膜之間，膜帖到電極上去，起支撐作用。
（3）壓緊裝置：是用來(lái)壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件形成一個(gè)整體，不致漏水。
1.2、組裝方式
電滲析器組裝是用“級”和“段”來(lái)表示，一對電極之間膜堆稱(chēng)為“一級”。水流同向每一個(gè)膜稱(chēng)為“一段”。增加段數就等于增加脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增加膜對數，可提高水處理量。
電滲析器組裝方式可淡水產(chǎn)量和出水水質(zhì)不同要求而調整，一般有以下幾種組裝形式：一級一段；一級多段；多段一段；多級多段。
二、應用案例
2.1 電滲析在反滲透濃水回用中的應用
隨著(zhù)膜技術(shù)的快速發(fā)展，反滲透得到越來(lái)越廣泛的應用，但是反滲透制純水生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的濃水，如果濃水得不到妥善處理而直接排放，必然會(huì )造成資源浪費及環(huán)境污染。我公司采用電滲析工藝對反滲透濃水進(jìn)行回收再利用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
本系統工藝主要采用原反滲透濃水進(jìn)入倒極電驅動(dòng)膜分離器系統+二級反滲透+EDI系統?；赜盟档诫妼?000μS/cm后，進(jìn)入反滲透系統，達到電導率5μS/cm以?xún)?，反滲透產(chǎn)出淡水進(jìn)入EDI系統，反滲透產(chǎn)出濃水進(jìn)入倒極電滲析系統。電滲析產(chǎn)出的濃水進(jìn)入濃縮水箱?！纠l(fā)電水處理】EDI產(chǎn)出濃水進(jìn)入二級反滲透系統，EDI產(chǎn)出淡水達到15MΩ，進(jìn)入產(chǎn)水罐。采用本工藝，既為企業(yè)解決了電廠(chǎng)鍋爐補給用水，又可使企業(yè)廢水達到零排放。
2.2 電滲析技術(shù)在高鹽高COD污水中的應用
在醫藥中間體及化工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)出大量含有機物的高鹽污水，該污水由于含鹽量太高，很難進(jìn)行生化處理達到排放或回用標準。
使用電滲析可以使鹽分下降至可生化標準，淡水進(jìn)入生化。電滲析產(chǎn)出的含鹽污水經(jīng)過(guò)電滲析濃縮至12%-15%以上，進(jìn)入蒸發(fā)或MVR系統，最終達到零排放的目的，既為企業(yè)解決了高鹽廢水排放難題，又可以使水資源得到回收利用，節約了資源，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
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