1廢水來源和設計

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

2設計工藝流程

2.1工藝流程混合廢水處理工藝如下:原水經過“軟化絮凝+高密澄清池+多介質過濾+自清洗過濾+超濾+反滲透(一級兩段)”工藝,得到反滲透產水和一次反滲透濃水;一次反滲透濃水經過“加藥調節+管式微濾膜預軟化+Na型樹脂交換(軟化)+濃水反滲透+多效蒸發濃縮”工藝,得到濃水反滲透產水、蒸發冷凝水和濃水反滲透產水。反滲透產水、濃水反滲透產水和蒸發冷凝水回用預循環水補水,蒸發濃縮結晶得到的鹽和系統產生的污泥脫水成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工藝設計簡述

2.2.1廢水的預處理采用“投加軟化藥劑+高密度澄清”的方案作為預處理工藝。通過投加藥劑,如石灰和純堿、液堿等,降低后續由于水質結垢引起的膜堵現象,減少反洗時間,保證膜的產水率和膜的使用壽命。同時,采用多介質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,確保水質達到膜進水要求。預處理后廢水鹽含量約0.35%。設置原水調節池1座,有效容積840m3,設計停留時間2.5h。高密度沉淀池1座,有效容積800m3。設計表面負荷: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。設置多介質過濾器8套,7用1備,單套出力55m3/h。設計濾速: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)預處理出水一次濃縮。預處理出水采用“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、蛋白質微生物等大分子物質,減少對反滲透膜的污染。反滲透將水中的鹽離子截留,產水進入回用水箱,濃水進入濃水池繼續濃縮。考慮水質中不可預測的有機物、氧化物、病菌等容易對脫鹽設備或介質造成破壞、結垢,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%。設置超濾裝置3套,單套膜支數42支。設計產水回收率≥90%,產水SDI≤5。設計膜通量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。設置反滲透裝置2套,單套膜支數210支,一級兩段。設計膜平均通量16L/m2/h。沖洗強度1m3/(h·支膜),清洗循環強度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。為提高系統脫鹽水的回收率、減少后續蒸發水量,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,高效濃縮之前應對一次反滲透濃水采用“加藥調節+管式微濾膜預軟化+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過濾。DF膜預先去除水中大部分硬堿度,減少后續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,減低后續高效濃水反滲透膜系統的污堵結垢和蒸發裝置的結垢與苛性脆化現象。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%。設置DF膜裝置2套,單套膜支數48支。設計DF膜通量220L/(m2·h),反洗水強度900L/(m2·h),清洗循環水強度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。設置樹脂交換柱2套,規格φ2200×3400。設計交換容量: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。設置濃水反滲透裝置2套,單套膜支數56支,一級兩段。設計膜平均通量14.5L/m2/h,沖洗強度1.5m3/(h·支膜),清洗循環強度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超濃水多效蒸發處理高效反滲透的濃鹽水含鹽量約6%,實現廢水零排需進一步鹽、水分離。目前應用較廣的有MVR蒸發結晶和多效蒸發結晶工藝。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為熱電廠,蒸汽量較豐富,考慮采用多效蒸發系統。本工程設計采用三效蒸發,蒸發超濃廢水中的水、結晶水中的鹽,達到鹽、水分離和系統零排的目的。設計蒸發量21t/h,蒸發溫度119°C,蒸發濕鹽產量1.24t/h。采用三效強制循環蒸發器1套,蒸發器總面積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,實現污泥減量化,出泥含水率穩定在60%。脫水后的泥餅和蒸發結晶的鹽外運處置。設置污泥濃縮池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經濟分析廢水處理過程中產生的固廢為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廢水處理過程中產生的回用于循環冷卻水系統補充水,可節省新鮮水用量。工業水單價按照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計參數。設計工藝技術先進、成本控制合理,對熱電行業的高鹽廢水處理項目具有一定的指導意義。主要結論如下:1)利用兩次反滲透濃縮處理不僅可以提高產水回收率,還可以減少后續蒸發水量,最大限度地節約企業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+多介質過濾器+超濾”作為反滲透膜前的預處理工藝,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處理工藝,簡化工藝流程,減少設備投資,節省占地面積。