廢水零排放多級(jí)濃縮系統(tǒng)中反滲透膜元件的應(yīng)用
反滲透技術(shù)具有高脫鹽率及環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用于地表水回用，海水淡化，中水回用及廢水處理等領(lǐng)域。近年來(lái)，在廢水零排放領(lǐng)域廣泛地利用反滲透對(duì)來(lái)水進(jìn)行逐級(jí)處理。經(jīng)去濁脫鹽的產(chǎn)品水被回收，濃水的鹽分經(jīng)過(guò)數(shù)次濃縮，最終形成濃鹽漿進(jìn)入蒸發(fā)裝置。根據(jù)原水水質(zhì)不同，在各級(jí)濃縮過(guò)程中需選用不同型號(hào)反滲透膜，設(shè)計(jì)相應(yīng)的反滲透子單元，最終組合成有機(jī)脫鹽提濃系統(tǒng)。
本文針對(duì)一套廢水零排放系統(tǒng)進(jìn)行闡述，將對(duì)其中的各級(jí)反滲透系統(tǒng)的情況進(jìn)行討論。
1、工程概況
該項(xiàng)目位于江蘇蘇州某純堿制品生產(chǎn)公司。系統(tǒng)來(lái)水包括本廠區(qū)污水處理站達(dá)標(biāo)廢水、循環(huán)水站排污水及除鹽水站排污水。系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)水水量400～500m3/h。上述各種廢水進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)調(diào)節(jié)均衡后，綜合廢水的水質(zhì)詳見(jiàn)表1。
綜合廢水先進(jìn)入曝氣生物濾池(BAF)池進(jìn)行生化處理，再進(jìn)入石灰軟化澄清池進(jìn)行混凝沉淀，澄清液進(jìn)入濾池過(guò)濾。濾池出水后進(jìn)入膜處理工段。膜處理工段包括超濾、一級(jí)反滲透、濃水反滲透及提濃四部分，淡水產(chǎn)水回用于循環(huán)水補(bǔ)水。產(chǎn)生的濃鹽漿進(jìn)入蒸發(fā)工段，最終實(shí)現(xiàn)“廢水零排放”。主要工藝流程如圖1所示
2、各級(jí)反滲透工藝設(shè)置
整個(gè)零排放系統(tǒng)共設(shè)置三級(jí)反滲透工段，分別是一級(jí)反滲透，濃水反滲透及提濃。以下分別介紹這三級(jí)反滲透工藝的設(shè)計(jì)選型。
2.1 一級(jí)反滲透系統(tǒng)
2.1.1 一級(jí)反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理
經(jīng)調(diào)節(jié)均衡后的綜合廢水先進(jìn)入BAF池去除水中的有機(jī)污染物和氨氮，出水進(jìn)入石灰軟化澄清池進(jìn)行軟化處理，其產(chǎn)水經(jīng)濾池過(guò)濾后進(jìn)入超濾系統(tǒng)。超濾產(chǎn)水至超濾產(chǎn)水池，作為一級(jí)反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水。
主要預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)備:
①BAF池:通過(guò)BAF池的生化處理，去除來(lái)水的有機(jī)物和氨氮污染物，同時(shí)具有過(guò)濾和吸附功能。
②石灰軟化機(jī)加池:機(jī)加池內(nèi)依次加入聚合氯化鋁(PAC)、石灰乳、聚丙烯酰胺(PAM)藥劑進(jìn)行混凝反應(yīng)，去除來(lái)水中的暫時(shí)硬度、部分鈣離子、膠體及懸浮物等污染成分，降低水的暫時(shí)硬度、去除懸浮物。處理后的水質(zhì)碳酸鹽硬度可降低到0.5～1mmol/l，剩余堿度約0.8～1.2mmol/L，硅化合物可去除30%～35%，有機(jī)物可去除20%～25%。
③濾池:采用快濾池，去除水中的懸浮物。④超濾系統(tǒng):將水中物理性雜質(zhì)幾乎全部去除，產(chǎn)水濁度控制在0.1NTU以內(nèi)。
2.1.2 一級(jí)反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一級(jí)反滲透共設(shè)置兩個(gè)系列，每系列設(shè)計(jì)進(jìn)水210m3/h，產(chǎn)水流量150m3/h。每套設(shè)置228支陶氏品牌型號(hào)為BW30－400/34i的反滲透膜元件，壓力容器采用一級(jí)二段，25∶13布置，每支壓力容器裝6支膜元件。其平均產(chǎn)水通量為17.7L/m2?h，淡水回收率為71%。
一級(jí)反滲透裝置的產(chǎn)水進(jìn)入回用水池。每套反滲透產(chǎn)生64m3/h濃水，兩套共計(jì)128m3/h，排入反應(yīng)沉淀池，進(jìn)入濃水反滲透系統(tǒng)。
2.2 濃水反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.2.1 濃水反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理
一級(jí)反滲透回收率為71%，通過(guò)計(jì)算得知濃水溶解性固體總量(TDS)為原水的3.4倍，大約5500～5700mg/L。其中Ca2+為360mg/L，Mg2+為180mg/L，SO2－4為1460mg/L，CODCr為60～90mg/L。此種水質(zhì)直接進(jìn)入濃水反滲透效率很低，若要提高濃水反滲透的回收率和減少濃水反滲透的清洗頻率，必須要進(jìn)行預(yù)處理，有效地降低來(lái)水的鈣鎂硬度及有機(jī)污染物。濃水反滲透的預(yù)處理設(shè)備:
①反應(yīng)沉淀池:池中采用了加堿和加純堿的方式來(lái)降低永久硬度。
②管式超濾:反滲透的濃水中除了各離子雜質(zhì)、有機(jī)物及其前段預(yù)處理沒(méi)有去除的懸浮物，還有反滲透進(jìn)水投加的阻垢劑及前段沒(méi)有反應(yīng)完的水穩(wěn)劑等。這些物質(zhì)在前級(jí)絮凝及沉淀過(guò)程中不兼容，導(dǎo)致易沉淀的物質(zhì)不易沉淀。本系統(tǒng)在沉淀池后使用管式超濾，利用湍流錯(cuò)流的過(guò)濾方式，將廢水的沉淀物分離出來(lái)。
③活性炭過(guò)濾器:一級(jí)反滲透濃水的CODCr為60～90mg/L，在管式超濾后端設(shè)置3臺(tái)DN3000的活性炭過(guò)濾器，去除水中部分有機(jī)物。
2.2.2 濃水反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目設(shè)置一套濃水反滲透，進(jìn)水120m3/h，產(chǎn)水流量83m3/h。設(shè)置150支陶氏品牌型號(hào)為BW30FR－400/34i的耐污染反滲透膜元件，壓力容器采用一級(jí)二段，17∶8布置，每支壓力容器內(nèi)裝6支膜元件。其平均產(chǎn)水通量為14.9L/m2?h，系統(tǒng)淡水回收率為69%。
濃水反滲透裝置的產(chǎn)水進(jìn)入回用水池。濃水反滲透產(chǎn)生37m3/h濃水排入濃水反滲透濃水箱，進(jìn)入DTRO提濃。
2.3 DTRO提濃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)一級(jí)反滲透(回收率71%)及濃水反滲透(回收率69%)的兩級(jí)濃縮，所產(chǎn)濃水含鹽量大約在18000～19000mg/L，且COD含量偏高，不宜采用常規(guī)的螺旋卷式反滲透膜元件進(jìn)行第三次提濃。
根據(jù)本項(xiàng)目工況，三級(jí)提濃工段采用PALL品牌7.5MPa壓力等級(jí)型號(hào)為C50001771的DTRO膜柱。該膜柱利用反滲透原理對(duì)液體中的分子進(jìn)行分離。它可以去除各種有機(jī)或無(wú)機(jī)雜質(zhì)，具有超強(qiáng)抗污染能力，且能夠在處理較差水質(zhì)時(shí)保證更長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行而不需要頻繁清洗。DTRO前無(wú)需另設(shè)預(yù)處理，只留1臺(tái)5μm精度的保安過(guò)濾器，保證大顆粒雜質(zhì)不進(jìn)入膜柱內(nèi)部。
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)1套DTRO裝置。DTRO膜柱分三段排列，排比為63∶33∶30，共計(jì)126支膜柱。單支膜柱面積為9.405m2，膜通量為23LMH。DTRO進(jìn)水量為37m3/h，產(chǎn)水量大于27m3/h，濃水水量小于10m3/h。
DTRO產(chǎn)出的淡水與一級(jí)反滲透及濃水反滲透產(chǎn)水一起回用至循環(huán)水補(bǔ)充水。DTRO產(chǎn)生10m3/h濃鹽漿，TDS大約為65000～70000mg/L，進(jìn)入蒸發(fā)工段，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)零排放。
3、各級(jí)反滲透的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
本項(xiàng)目根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)水工況的不同，采用了三種不同的反滲透膜產(chǎn)品，具體參數(shù)詳見(jiàn)表2。
每種反滲透膜元件膜本身特點(diǎn)不同，使用注意事項(xiàng)不同，下面進(jìn)行詳細(xì)分析。
3.1 一級(jí)反滲透膜
一級(jí)反滲透選擇型號(hào)為BW30－400/34i的低污染苦咸水反滲透膜元件。該種型號(hào)的膜元件型號(hào)有如下特點(diǎn):
①進(jìn)水流道為34mil，降低污堵對(duì)壓力容器內(nèi)壓降的影響，增強(qiáng)了清洗效果。
②采用端面自鎖技術(shù)，消除了因O型密封圈泄露造成產(chǎn)水水質(zhì)下降的風(fēng)險(xiǎn)。
③該膜產(chǎn)品與抗污染反滲透膜相比，單支成本要低大約10%。
一級(jí)反滲透我們選用普通苦咸水反滲透膜元件，是基于在進(jìn)入反滲透前，已經(jīng)做了充分的預(yù)處理。通過(guò)BAF池+機(jī)加池+濾池+超濾，很好地將原水中的COD、氨氮、SS加以控制。配以一級(jí)反滲透進(jìn)水前加入的阻垢劑，我們能夠?qū)⒎礉B透的回收率設(shè)計(jì)到70%，最大程度提高一級(jí)反滲透產(chǎn)水回收率。
3.2 濃水反滲透膜濃水
反滲透選擇型號(hào)為BW30FR－400/34i的耐污染反滲透膜元件。該種型號(hào)的膜元件型號(hào)有如下特點(diǎn):
①進(jìn)水流道為34mil，降低污堵對(duì)壓力容器內(nèi)壓降的影響，增強(qiáng)了清洗效果。
②采用端面自鎖技術(shù)，消除了因O型密封圈泄露造成產(chǎn)水水質(zhì)下降的風(fēng)險(xiǎn)。
③該膜產(chǎn)品與普通苦咸水反滲透膜相比，膜表面采用特殊工藝處理，改變了膜表面的電荷性及光滑度，增加了膜表面的親水性，減小了污染物及微生物在膜表面的附著，具有更強(qiáng)的抗結(jié)垢和抗有機(jī)物、微生物污染的性能，從而降低膜元件污染速度，延長(zhǎng)使用壽命。
濃水反滲透的預(yù)處理，利用反應(yīng)沉淀池+管式超濾+活性炭的組合，最大程度地保證了進(jìn)入濃水反滲透水質(zhì)中的顆粒雜質(zhì)、COD等得到很好地去除。
3.3 提濃階段的DTRO膜
第三級(jí)提濃選擇了碟片式DTRO膜元件，該膜元件有如下特點(diǎn):
①DTRO元件入水流道短，消除了濃度極化。
②膜表面和配流盤(pán)之間的通道的間距在2mm以上，這種開(kāi)敞式通道的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得原水即使?jié)岫雀咧?/span>80NTU仍可正常工作，可以簡(jiǎn)化預(yù)處理。較寬的通道也可以承受更快的膜表面液體流速，高達(dá)0.4m/s的膜表面流速可以大大降低濃差極化的可能性。③由于配流盤(pán)上的凸點(diǎn)造成膜表面的水流成湍流狀態(tài)，使得膜表面的污染和結(jié)垢概率小，膜穩(wěn)定性高?？紤]到濃水反滲透的濃水含鹽量及COD含量非常高，在不適宜使用傳統(tǒng)卷式反滲透膜元件時(shí)，選擇能耐受高污染及高鹽分的DTRO膜元件，保證高產(chǎn)水率的同時(shí)兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定。
4、結(jié)語(yǔ)
根據(jù)來(lái)水水質(zhì)不同，產(chǎn)水用途不同，反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型有著多種選擇。常規(guī)螺旋卷式反滲透膜因用途不同分為苦咸水膜、低能耗膜、抗污染膜、海水膜等不同產(chǎn)品。近年來(lái)由于零排放技術(shù)的發(fā)展，DTRO膜及網(wǎng)管式反滲透膜(STRO)膜也得到廣泛應(yīng)用。在同一個(gè)系統(tǒng)中，尤其是零排放系統(tǒng)這種流程長(zhǎng)，工況復(fù)雜的系統(tǒng)，如何選擇及設(shè)計(jì)反滲透系統(tǒng)將會(huì)是整個(gè)零排放健康運(yùn)行的關(guān)鍵。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型中，必須要做到以下幾點(diǎn):
①零排放系統(tǒng)的來(lái)水一般水質(zhì)較為復(fù)雜，必須采用完善的預(yù)處理，保證進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的水質(zhì)符合相應(yīng)的反滲透膜進(jìn)水工況標(biāo)準(zhǔn)。
②工程項(xiàng)目上膜的選擇必須考慮性價(jià)比，若來(lái)水水質(zhì)可控，預(yù)處理完善，含鹽量不高時(shí)，可選擇普通苦咸水反滲透膜元件。
③對(duì)于濃縮過(guò)的水質(zhì)，一般建議推薦抗污染反滲透膜元件，且回收率不宜過(guò)高。
④DTRO膜因其特殊的碟片式膜結(jié)構(gòu)，可以耐受較高濁度的進(jìn)水水質(zhì)，不易污染，適用于高鹽高污染的膜濃縮系統(tǒng)。推薦用于零排放進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)的最后一次膜濃縮系統(tǒng)。（來(lái)源：中電環(huán)保股份有限公司）