关于煤化工废水零排放工程中膜集成技术的分析.pdf

CleaningWorld2023年7 月实用技术第39 卷第7 期世洗清文章编号：16 7 1-8 9 0 9（2 0 2 3）7-0 0 0 7-0 0 3关于煤化工废水零排放工程中膜集成技术的分析崔岩（国能包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头014010)摘要：本文以我国某个煤化工废水工程为例，应用一种完善的一级膜与二级膜组合工艺。结果表明，一级膜脱模盐率为9 7.0 0%，最终产水为优质再生水I类；二级膜浓缩工艺中产水为优质再生水类，根据晶种分离法机械蒸汽再压缩浓缩液得到的硫酸钠晶体符合工业无水硫酸钠的类合格品。通过资源化处理废水，由此能够实现近零排放的目的。关键词：膜集成技术；回收率；脱盐率；零排放；煤化工废水中图分类号：X784文献标识码：A1废水处理工艺流程本文以我国某个煤化工废水工程为例，其废水来源为脱盐水站排污水、循环水厂排污水以及厂区内生化装置处理出水。进水量设计为150 0.0 0 m/h，进水水质与出水水质如表1所示。本工程采取的是一级膜和二级膜组合的工艺，HERO浓水盐质量浓度为30.0 0 g/L；一级反渗透产水水质优于工业循环冷却水处理设计规范中的再生水要求；根据晶种分离法机械蒸汽再压缩浓缩液得到的硫酸钠晶体符合工业无水硫酸钠的I类合格品。2技术参数一级膜高效沉淀池：对来水碱度与硬度通过双碱法进行降低，对后续反渗透处理装置结垢倾向进行降低。一共三座，处理水量150 0.0 0 m/h，并联运行。V型滤池：一共六座，处理水量150 0.0 0 0m/h。一级超滤膜：主要对水中微生物、悬浮物等物质进行去除，保证出水SDI小于3.0 0。高效膜浓缩进料水罐：两台，16 h运行，处理水量375.00m/h。脱碳池：两台并联，处理水量416.0 0m/h。石英砂过滤器：三台并联，处理水量432.0 0m/h，滤速7.0 0 m/h。MV R 设备：两组并联，处理水量50.0 0 m/h。强酸阳床：三台并联，设计压力0.36 MPa，处理水量32 8.0 0 m/h。弱酸阳床软化器：四台并联，进水压力0.6 0 MPa，处理水量417.00m/h。钠离子软化器：四台并联，进水压力0.60MPa，处理水量42 5.0 0 m/h。一级两段HERO膜：三组并联，单组产水量16 4.50 m/h，处理水量37 0.0 0 m/h。一级反渗透：六组并联，单组产水量16 8.8 0 m/h，处理水量1350.0 0 m/h，设计进水压力为1.2 0 MPa。二级膜高效沉淀池：两座并联，处理水量435.00m/h。二级膜工艺超滤膜组：三组并联，处理水量412.0 0 m/h，设计压力小于0.2 0 MPa，产水SDI不高于3.0 0。表1进水水质与出水水质项目pHCOD/(mg Ll)总硬度/(mgL)电导率/(mScm)全硅/（mgL)硫酸盐/mgL)氯化物/mgL)含盐废水进水6.508.5050.00500.003.2045.00350.00400.00一级RO出水6.507.502.003.000.150.5030.0015.00HERO出水6.507.505.003.000.300.5030.0030.00作者简介：崔岩（19 8 3-），男，本科学历，中级职称，研究方向：水处理收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 0。下转12 页.8第7 期清洗世界表2总硬度去除效果总硬度总硬度过程过程进水/(mg:L)出水/mgL)进水/(mgL)出水/(mgL)一级阳床160.003.00HERO0.100一级高效沉淀池500.00160.00弱酸Na交换器50.000.10级高效沉淀池200.0080.00Na交换器80.0045.003运行效果本次工程主要核心就是膜集成组合中膜性能的效果，对于整个工程来讲，研究膜性能运行情况能够给该工程产水和经济效益带来非常重要的意义。3.1一级RO及HERO回收率对近三个月的一级RO与HERO运行数据进行收集，一级膜运行条件：RO进水量1350.0 0 m/h，操作压力为1.0 0 1.8 0 MPa，温度10 35，pH为6.507.50，进水TDS质量浓度为1.50 g/L；H E R O运行条件：进水量为37 0.0 0 m/h，操作压力为1.802.70MPa，温度10 35，pH为9.50 10.8 0,TDS质量浓度为6.0 0 g/L。对一级RO和HERO进水压力和回收率运行效果之间的关系进行统计能够看出，一级RO和HERO膜回收率会随着运行时间慢慢降低。在运行初期一级RO回收率为77.00%，稳定期后保持在7 4.0 0%，之后出现降低，主要是因为其具有抗污染性，膜表面在运行后期会加剧污染，从而堵塞膜孔，并且进水压力不变，推动力减小，膜通量下降，就会降低产生率，从而使得回收率下降。在运行初期HERO膜表面含盐量极低，其回收率能够达到8 4.0 0%，硫酸根和氯化物等在运行后期会大量富集在膜表面，从而对膜表面推动力进行减少，降低回收率，但HERO回收率还能保持在7 6.0 0%7 9.0 0%之间。3.2级RO及HERO脱盐率一级RO进水pH值在运行初期保持在7.50 即可，高效反渗透运行中连续加碱保持进水pH值为10.00，硅离子可对膜污染进行减少，并且通过反渗透膜进行去除，温度在运行中保持10 35之间。对RO膜和HERO膜脱盐率结果能够看出，一级RO脱盐率为9 6.40%，呈现阶段式下降，保持在93.70%97.90%之间，在运行初期，高效反渗透膜脱盐率比较稳定，保持在9 0.0 0%之间，之后呈阶梯式下降。其原因为进水含盐量越高，渗透压越高，在进水压力不变下，降低静压力及产水率，另外，透盐率和膜两侧离子含量成正比，从而使得脱盐率出现降低；此外膜污染及膜表面浓差极化等都会降低膜脱盐率，但脱盐率会保持在稳定的一个水平。3.3硬度的降低效果对于总硬度各工艺处理单元的处理效果如表2所示。通过表2 能够看出，在一级膜中，预处理采取高效沉淀池工艺，总硬度降低了6 8.0 0%，其出水总硬度只有3.0 0 mg/L，有着较为良好出水水质。经弱酸Na*交换器、Na*交换器及二级膜高效沉淀池，HERO最终进水硬度接近O，从而能够有效的防止高效反渗透进水出现结垢的情况，这对高效反渗透膜的使用时间能够很大程度的进行延长。3.4机械蒸汽再压缩浓缩液运行效果对机械蒸汽再压缩浓缩液中盐质量分数和晶种分离法得到的硫酸钠白度进行观察看出，运行初期机械蒸汽再压缩浓缩液蒸发结晶后盐质量分数从3.78%降到2.7 5%。原因为盐结晶堵塞机械蒸汽再压缩管壁，降低传热效率与蒸发效率。清洗管壁之后，机械蒸汽再压缩浓缩液运行稳定，盐质量分数恢复到3.0 0%左右；晶种法分离后的盐含量较高，干化后进行危废处理；分质分盐得到的硫酸钠白度在8 1.8 9%以上，符合工业无水硫酸钠的II类合格品3.5经济性分析该项目竣工验收后运行三个月，进水量与产水量分别为150 0.0 0 m/h与1136 m/h。其中一级RO回收率与脱盐率分别为7 4.0 0%和96.40%；二级膜中进水量为37 0.0 0 m/h，回收率为7 6.0 0%7 9.0 0%之间。耗材、公用工程及药耗成本分别为2.11元/t，2.57 元/t及2.6 3元/t。该工程预处理全面，虽然增加投资，但浓水较少，产水有着较高的回收率，对之后机械蒸汽再压缩装置投资规模能够有效降低，有着较为显著的经济性，而且高效反渗透相比常规反渗透工艺，无需频繁在线清洗以及添加昂贵阻垢剂，其费用更低。4结论该废水项目采取的膜集成组合工艺其回收率与脱盐率分别为7 4.0 0%与9 6.40%，产水能够达到回用水优质再生水II类；HERO浓水TDS质量浓度为30.0 0 g/L，通过机械蒸汽再压缩蒸发浓缩之后上接8 页）.12第7 期清洗世界的腐蚀性，吸入蒸汽或接触皮肤均会造成难以治愈的灼伤甚至死亡，因此化学清洗时必须做好防护措施且须专业人员进行操作。2.4其他结垢（1）氟化钙结垢。玻璃或硅晶体生产过程中常使用氢氟酸进行产品清洗，产生的清洗废水进行回用时，RO系统进水中氟离子含量较高，此时如进水中含有钙离子，RO膜将出现氟化钙结垢污染。氟化钙结垢很难清洗掉，目前只能通过在预处理中去除氟离子或钙离子，以降低结垢趋势，或RO进水中投加氟化钙分散剂，控制系统中的硬度和氟离子浓度以减小结垢趋势。（2）柠檬酸钙及草酸钙结垢。柠檬酸钙结垢常发生于严重碳酸钙结垢的RO系统进行化学清洗过程中。如清洗溶液采用柠檬酸溶液，浸泡过程中由于RO膜碳酸钙结垢异常严重，柠檬酸投加量较低，造成碳酸钙与柠檬酸发生反应产生柠檬酸钙结垢，结垢物再次污堵RO膜。因此，严重碳酸钙结垢的RO系统建议将膜元件离线使用盐酸进行浸泡，浸泡过程中及时补充盐酸，以保证浸泡液的pH稳定，如发生柠檬酸钙结垢，可使用盐酸溶液进行浸泡恢复。草酸主要用于清洗RO膜的铁、锰污染，但如清洗水中含有较多钙、镁离子，或RO膜内同时存在碳酸盐结垢问题，使用草酸清洗过程中可能会产生草酸钙结垢再次污染RO情况，因此使用草酸溶液清洗RO膜前应使用软化水且将碳酸盐结垢清洗达到分质分盐效果，得到的硫酸钠晶体符合工业无水硫酸钠的II类合格品。通过对本次项目的运行效果来看，完善的预处理和膜集成组合工艺能够对高回收率进行保证，并且其有着较为稳定的出水水质，其成本比较低，在煤化工废水中，这种组合工艺能够达到经济处理以及绿色零排放目的。参考文献：1连坤宙，吴火强，李瑞鹏，等.旋转喷雾蒸发技术在火电厂脱硫废水零排放项目中的应用 .水处理技术，2 0 2 3,49(0 3):152-156.2王，赵航，晋银佳，等。燃煤电厂高盐废水零排放处理技术及应用研究进展 .电气技术与经济，2022(05):69-71.3徐敏，杜洪宇，郭家明，等.面向物质资源化的干净，以尽量避免发生草酸钙结垢，如发生可使用盐酸溶液进行浸泡清洗恢复。3结语综上所述，由于原水水质的波动、预处理效果不佳或阻垢剂投加不当等问题均可能会造成RO膜发生结垢污染，因此RO系统运行过程中要注意运行参数的变化，及时调整以避免或缓解RO膜结垢污染。如已发生结垢污染，须及时进行化学清洗，否则RO膜会反生不可逆损伤，因此正确且有效的清洗方案必不可少。目前硫酸盐结垢、氟化钙结垢等尚未找到有效的清洗方案，还需相关领域专业人士共同研究开发，以期实现RO系统的稳定运行。参考文献：1杨昆，王宇彤.反渗透系统的结垢污染与清洗维护.膜科学与技术，2 0 0 1,2 1(4):6 1-6 3.2徐腊梅，夏罡，毕飞等.反渗透系统中浓差极化的影响 .工业水处理，2 0 0 4,2 4(1):6 3-6 5.3 孙正华，张小红。硅酸盐对反渗透膜出力的影响分析 J江苏科技信息，2 0 17,34(12):35-36.4孔丽丹，苏海清.浅谈水处理系统反渗透膜的污染与清洗 .科技资讯，2 0 15,13(2 1):6 4-6 5.5薛秋玉，彭磊.反渗透膜工艺处理垃圾渗滤液的结垢机理研究 中国资源综合利用，2021,39(10):196-198.燃煤电厂脱硫废水零排放工艺研究 .环境工程，2022,40(10):169-175.4 郎鑫焱.机械蒸汽压缩晶种法立式降膜蒸发减量一体化水处理技术在火电厂脱硫废水零排放工程中的应用 J.电器工业，2 0 2 2(0 4):50-54.5戚绪亮，庞欣，安风霞，等，煤化工废水“零排放”技术进展 J.能源科技，2 0 2 1,19(0 3):8 9-9 2.6赛世杰，李买军，党平，等.高分离纳滤系统在煤化工高盐废水零排放中的应用 J.环境工程，2021,39(07):173-178.7米敬，王绍伟，赵鹏，等.内蒙古煤化工、盐化工行业高盐废水“零排放”处理成本调查 J.环境与发展，2 0 2 0,32(0 8):7 8-7 9.8吴雅琴，杨波，张高旗等.膜集成技术在高盐废水资源化工程中的应用 J.水处理技术，2019,45(04):131-134.