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14000m3/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)》（GB57489—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Y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。  

1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5000m3/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。  

“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/T19923—2005）和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）標(biāo)準(zhǔn)，主要出水指標(biāo)見(jiàn)表2。  

2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≤5000mg/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≤50000mg/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≤5000mg/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≤16700mg/L，再利用SWRO系統(tǒng)將該部分濃鹽水濃縮3倍至TDS≤50000mg/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)3000mg/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100mg/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<1NTU，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5000mg/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16000mg/L，進(jìn)入后續(xù)膜濃縮裝置進(jìn)一步濃縮。  

2.3SWRO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48000mg/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(chēng)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?nbsp; 

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?。與MEE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。  

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<1NTU。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。  

3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150m3，HRT為0.7h。設(shè)置提升泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為230m3/h，揚(yáng)程為20m。  

（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120m3/h，直徑為7.5m，有效水深為4.85m。澄清池總停留時(shí)間為1.5h，清水分離室清水上升流速為1mm/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1.5m，葉輪高度為800mm，功率為1.5kW。  

（3）鈉床成套裝置。3臺(tái)，2用1備。單臺(tái)處理水量為115m3/h，直徑為2.5m，表面流速為22m/h。樹(shù)脂類(lèi)型為弱酸型，型號(hào)PuroliteC104，單臺(tái)反應(yīng)器樹(shù)脂填充體積為5.39m3，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105m3/h。選用進(jìn)口PVDF材質(zhì)外壓式膜，膜通量<50L/（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180m3/h，揚(yáng)程為20m。  

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

（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105m3/h；高壓泵2臺(tái)，單臺(tái)流量為105m3/h，揚(yáng)程為180m。RO沖洗泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為100m3/h，揚(yáng)程為30m。  

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

（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150m3，HRT為1h。設(shè)置SWRO提升泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為60m3/h，揚(yáng)程為30m。  

（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55m3/h；高壓泵1臺(tái)，單臺(tái)流量為55m3/h，揚(yáng)程為350m；段間增壓泵1臺(tái)，單臺(tái)流量為25m3/h，揚(yáng)程為200m；SWRO沖洗泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為50m3/h，揚(yáng)程為30m。  

（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20m3/h，進(jìn)料含鹽質(zhì)量濃度為46000mg/L。其中降膜加熱器2臺(tái)，規(guī)格為700m2，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20m3，材質(zhì)為2205雙相不銹鋼；升膜加熱器2臺(tái)，規(guī)格為144m2，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12m3，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25t/d，作為危廢委外處置。  

4工程投資及運(yùn)行費(fèi)用  

本項(xiàng)目直接工程費(fèi)用為3420萬(wàn)元，其中土建費(fèi)用1000萬(wàn)元（不含地基處理），設(shè)備購(gòu)置及安裝費(fèi)用2420萬(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。  

5運(yùn)行效果  

目前濃鹽水零排放系統(tǒng)進(jìn)水水量為4600m3/d，進(jìn)水TDS為4250mg/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3350m3/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/T19923—2005）和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—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1675m3/d，TDS為15180mg/L。  

6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/T19923—2005）和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—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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