1廢水來源和設(shè)計

水量水質(zhì)熱電廠廢水大體可分為化學(xué)和工業(yè)廢水。化學(xué)廢水主要是鍋爐補給水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水以及鍋爐排污產(chǎn)生的廢水;工業(yè)廢水主要是工業(yè)冷卻水、地面沖洗水以及循環(huán)排污水[1]。本項目廢水來源主要為工業(yè)廢水,包括循環(huán)冷卻水排污水、化水反滲透濃水排污水和制氧循環(huán)水排污水,混合后廢水水量達到8000t/d。廢水水質(zhì)波動較大,硬度高、堿度大,鹽含量和懸浮物含量高,較難處理。廢水經(jīng)處理后,產(chǎn)生56t/d泥餅和30t/d鹽作為固廢處置,產(chǎn)生回用水量7914t/d,出水水質(zhì)達到并優(yōu)于GB/T19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的相關(guān)水質(zhì)指標(biāo),回用于熱電廠開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水或化水車間原水供水。

2設(shè)計工藝流程

2.1工藝流程混合廢水處理工藝如下:原水經(jīng)過“軟化絮凝+高密澄清池+多介質(zhì)過濾+自清洗過濾+超濾+反滲透(一級兩段)”工藝,得到反滲透產(chǎn)水和一次反滲透濃水;一次反滲透濃水經(jīng)過“加藥調(diào)節(jié)+管式微濾膜預(yù)軟化+Na型樹脂交換(軟化)+濃水反滲透+多效蒸發(fā)濃縮”工藝,得到濃水反滲透產(chǎn)水、蒸發(fā)冷凝水和濃水反滲透產(chǎn)水。反滲透產(chǎn)水、濃水反滲透產(chǎn)水和蒸發(fā)冷凝水回用預(yù)循環(huán)水補水,蒸發(fā)濃縮結(jié)晶得到的鹽和系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥脫水成70%的泥餅后外運處置。工藝流程和水量平衡如圖2所示。

2.2工藝設(shè)計簡述

2.2.1廢水的預(yù)處理采用“投加軟化藥劑+高密度澄清”的方案作為預(yù)處理工藝。通過投加藥劑,如石灰和純堿、液堿等,降低后續(xù)由于水質(zhì)結(jié)垢引起的膜堵現(xiàn)象,減少反洗時間,保證膜的產(chǎn)水率和膜的使用壽命。同時,采用多介質(zhì)過濾器進一步去除懸浮物、濁度、COD、Fe等污染物,減少對膜的不利影響,確保水質(zhì)達到膜進水要求。預(yù)處理后廢水鹽含量約0.35%。設(shè)置原水調(diào)節(jié)池1座,有效容積840m3,設(shè)計停留時間2.5h。高密度沉淀池1座,有效容積800m3。設(shè)計表面負荷:3m3/m2·h,污泥回流比5%。藥劑投加量:石灰[Ca(OH)2]:800mg/L,純堿(Na2CO3):325mg/L,NaOH:50mg/L,H2SO4:80mg/L,PAC:5mg/L,PAM:1mg/L。設(shè)置多介質(zhì)過濾器8套,7用1備,單套出力55m3/h。設(shè)計濾速:7m/h,反洗水強度15L/(m2·s),壓力≤0.15MPa;反洗空氣強度20L/(m2·s),壓力≤0.15MPa。

2.2.2深度處理

1)預(yù)處理出水一次濃縮。預(yù)處理出水采用“雙膜法”除鹽即超濾+反滲透。超濾主要是減少水中的懸浮物、膠體、蛋白質(zhì)微生物等大分子物質(zhì),減少對反滲透膜的污染。反滲透將水中的鹽離子截留,產(chǎn)水進入回用水箱,濃水進入濃水池繼續(xù)濃縮。考慮水質(zhì)中不可預(yù)測的有機物、氧化物、病菌等容易對脫鹽設(shè)備或介質(zhì)造成破壞、結(jié)垢,配套在脫鹽單元投加少量非氧化性殺菌劑消毒劑、還原劑(如亞硫酸氫鈉)、分散劑、阻垢劑等。反滲透除鹽水回收率75%,濃水鹽含量約1.5%。設(shè)置超濾裝置3套,單套膜支數(shù)42支。設(shè)計產(chǎn)水回收率≥90%,產(chǎn)水SDI≤5。設(shè)計膜通量45L/(m2·h),反洗水強度100L/(m2·h),反洗空氣強度12Nm3/(h·支膜),清洗循環(huán)水強度2Nm3/(h·支膜)。反洗加藥量:HCL20mg/L,NaOH20mg/L,NaCLO15mg/L;清洗加藥量:HCL500mg/L,NaOH500mg/L,NaCLO500mg/L。設(shè)置反滲透裝置2套,單套膜支數(shù)210支,一級兩段。設(shè)計膜平均通量16L/m2/h。沖洗強度1m3/(h·支膜),清洗循環(huán)強度1.25m3/(h·支膜)。進水加藥量HCL10mg/L,還原劑5mg/L,殺菌劑100mg/L,阻垢劑2mg/L。膜清洗加藥量:HCL2000mg/L,NaOH1000mg/L。

2)反滲透濃水二次濃縮。為提高系統(tǒng)脫鹽水的回收率、減少后續(xù)蒸發(fā)水量,本工程對一次反滲透濃水進行高效濃縮。由于一次反滲透濃水積聚了原水中的SS、COD、硬度和堿度等污染物,高效濃縮之前應(yīng)對一次反滲透濃水采用“加藥調(diào)節(jié)+管式微濾膜預(yù)軟化+Na型樹脂交換”的處理工藝。管式微濾膜(DF膜)過濾是1個在壓力和速度驅(qū)使下形成錯流和湍流的過程[3],廢水中的懸浮固體污染物質(zhì)通過多孔膜的截留與液體分離而達到一步到位的過濾效果,過濾后的清水稱為濾液,通過排濾液管送入收集池,濾后濃水回流到濃縮池做再次循環(huán)過濾。DF膜預(yù)先去除水中大部分硬堿度,減少后續(xù)Na型樹脂交換的清洗頻率和再生劑耗量。DF膜出水采用Na型樹脂交換工藝,進一步降低水中硬堿度,減低后續(xù)高效濃水反滲透膜系統(tǒng)的污堵結(jié)垢和蒸發(fā)裝置的結(jié)垢與苛性脆化現(xiàn)象。樹脂軟化出水再次反滲透濃縮,除鹽水回收率為75%,超濃水鹽含量約6%。設(shè)置DF膜裝置2套,單套膜支數(shù)48支。設(shè)計DF膜通量220L/(m2·h),反洗水強度900L/(m2·h),清洗循環(huán)水強度600L/(m2·h)支膜);進水加藥量:NaOH150mg/L,Na2CO3300mg/L,PAM1mg/L;出水加藥量:還原劑10mg/L,HCL100mg/L;清洗加藥量:HCL2000mg/L,NaOH1000mg/L,NaCLO800mg/L。設(shè)置樹脂交換柱2套,規(guī)格φ2200×3400。設(shè)計交換容量:800mol/m3,制水流速20m/hr,反洗流速15m/h,堿比耗2∶1,再生流速7m/hr,置換水流速5m/hr,正洗水流速10m/hr。設(shè)置濃水反滲透裝置2套,單套膜支數(shù)56支,一級兩段。設(shè)計膜平均通量14.5L/m2/h,沖洗強度1.5m3/(h·支膜),清洗循環(huán)強度2m3/(h·支膜);進水加藥量HCL10mg/L,還原劑5mg/L,殺菌劑100mg/L,阻垢劑5mg/L;清洗加藥量:HCL2000mg/L,NaOH1000mg/L。

2.2.3超濃水多效蒸發(fā)處理高效反滲透的濃鹽水含鹽量約6%,實現(xiàn)廢水零排需進一步鹽、水分離。目前應(yīng)用較廣的有MVR蒸發(fā)結(jié)晶和多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝。由于MVR運行過程中需要蒸汽壓縮機不斷地對分離出的蒸汽進行壓縮,能耗較高。針對本工程所在企業(yè)為熱電廠,蒸汽量較豐富,考慮采用多效蒸發(fā)系統(tǒng)。本工程設(shè)計采用三效蒸發(fā),蒸發(fā)超濃廢水中的水、結(jié)晶水中的鹽,達到鹽、水分離和系統(tǒng)零排的目的。設(shè)計蒸發(fā)量21t/h,蒸發(fā)溫度119°C,蒸發(fā)濕鹽產(chǎn)量1.24t/h。采用三效強制循環(huán)蒸發(fā)器1套,蒸發(fā)器總面積1300m2。蒸汽消耗量9.6t/h,冷卻水消耗量1100m3/h。

2.2.4污泥處理高效沉淀池污泥和DF膜污泥進入污泥濃縮池,濃縮后污泥加藥進入高壓隔膜板框壓濾機進行機械脫水,實現(xiàn)污泥減量化,出泥含水率穩(wěn)定在60%。脫水后的泥餅和蒸發(fā)結(jié)晶的鹽外運處置。設(shè)置污泥濃縮池1座,有效容積120m3;高壓隔膜板框壓濾機2套,單套過濾面積300m2。

3經(jīng)濟分析廢水處理過程中產(chǎn)生的固廢為86t/d,處置成本按照800元/t考慮,固廢處理成本為68800元/d,折合噸水的固廢處理成本為8.6元。

4廢水處理過程中產(chǎn)生的回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水,可節(jié)省新鮮水用量。工業(yè)水單價按照3元/t考慮,每噸廢水處理成本為17.2-3=14.2元/t。4結(jié)語本文介紹了一種熱電廠高鹽廢水的資源化回收處理工藝和工藝設(shè)計參數(shù)。設(shè)計工藝技術(shù)先進、成本控制合理,對熱電行業(yè)的高鹽廢水處理項目具有一定的指導(dǎo)意義。主要結(jié)論如下:1)利用兩次反滲透濃縮處理不僅可以提高產(chǎn)水回收率,還可以減少后續(xù)蒸發(fā)水量,最大限度地節(jié)約企業(yè)新鮮水用量和降低廢水處理成本。2)一次反滲透前采用“藥劑軟化+高效澄清+多介質(zhì)過濾器+超濾”作為反滲透膜前的預(yù)處理工藝,高效去除廢水中的SS和硬堿度;二次反滲透前則采用“DF膜過濾+Na樹脂交換”工藝作為反滲透前的預(yù)處理工藝,簡化工藝流程,減少設(shè)備投資,節(jié)省占地面積。