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微滤除硬浓水回收技术
1. 方案工艺流程
工艺方案选择, 方案流程框图如下:

工艺流程说明:
动力站回用水站处理装置外排浓水自流进入前反应槽。前反应槽具有一定时间的储量, 能均衡废水的水量、 水质。前反应槽经过加压泵送入预处理器中。前反应槽是除硬的主要设备。在前反应槽内投加NaOH, 进水水体的pH 将调整至11 左右。该反应槽为CSTR 式反应槽结构, 在池体内设置机械搅拌器。水体中的碳酸氢盐在pH 调整后转变成碳酸根, 能够与Ca、 Mg、 Sr 等形成反应, 转化为不溶性碳酸盐类; 钡盐则与硫酸根形成更多的不溶性盐类; 另外, 本案中Mg 离子浓度较高, 在pH 调整后, 能够与氢氧根离子转化为Mg( OH) 2 的不溶性物质。从而达到除硬的效果。前反应槽中形成的不溶性盐类中Mg( OH) 2 的产出量较大, 而且其沉淀颗粒比较细, 难于用一般的固液分离方式去除, 本案依据我公司大量的工程实践, 选用气浮作为HVM 膜分离器之前的固液初次分离手段。
前反应槽出水经高压泵泵入射流喷射器, 在射流喷射器中加入三氯化铁溶液, 气浮采用全流程溶气气浮。气浮浮渣自流进入渣池, 渣池内污泥为无机类污泥, 因此需要保持一定曝气量以保持悬浮状态, 定时由盐泥泵送入板框压滤机进行压滤, 滤液回流进入前反应槽, 压滤后的泥饼外送出界
气浮清液自流进入HVM 膜分离器, 经过膜过滤后进入pH 折流调节槽, 在调节槽内水体pH 调节至中性范围, 出水泵入后续单元。经过HVM 膜分离器截留掉了水中反应残留的悬浮物, 强化了出水效果。HVM 膜在运行一段时间后, 膜组件会发生污堵情况, 需要进行化学清洗,经过投加一定的化学清洗药剂, 可使微滤膜的过滤性能得到恢复。
HVM膜出水进入反渗透膜, 去除其中的剩余硬度、 大部分有机物以及盐分, 淡水回用, 浓水外排到外排水池, 进行后续处理。
2. 备选方案处理效果预测
主要水质指标处理预测如下表:
项目
进水
微滤除硬出水
去除率
反渗透
出水
去除率
产水水质
要求
总溶固(mg/L)≤
19000
\
\
237.08
99%
<380
总硬度②
(mg/L)≤
1459.10
442.5
70%
1.20
99.7%

CODCr/(mg/L)≤
160
144
10%
1
99%
<5①

说明: ①为CODMn数据。
②总硬以CaCO3计。
3. 备选方案工艺系统技术说明
1.
2.
3.
3.1. 微滤除硬系统
( 1) 本项目拟将pH 调整至11 左右, 此时离子自平衡后, 可达到较好的硬度去除效果。钡盐去除率可达到95%以上, 钙盐、 镁盐、 锶盐的固态转化率均高于90%。前反应槽采用CSTR 反应器一座, 反应器主体采用CS 防腐的结构。反应器内部设置有机械搅拌器, 搅拌器正常运转后, 水体流速可达到1.5m/s, 因而可形成良好的湍流度, 保证溶液主相的混合均匀, 从而缩短反应的时间条件。本反应器停留时间拟在1h。本项目需要投加NaOH。由于反应终止时, 溶液主体pH 在11 左右, 因此投加时直接采用市面可购浓度为30%的NaOH 溶液。NaOH 高位槽拟选用一座10m3容积的储槽, 实际使用停留时间可在5d 以上。NaOH 投加采用高位自流加药。加压泵拟选用离心式清水泵, 流量为100m3/h, 扬程为60m, 1 用1 备。加压泵的启停由均和槽内液位开关进行联锁控制, 低位停泵, 高位报警。
( 2) 在前反应槽中完成反应后的溶液用加压泵送入预处理器, 并在预处理器进口加入FeCl3 溶液, 经过预处理除去了盐水中的Mg(OH)2、 有机物及其它杂质。预处理器作为系统中的核心设备之一, 对工艺的成功起到了至关重要的作用, 因此, 预处理器的设计亦是整个流程的关键设计。预处理系统工作原理是: 空气经过射流喷射器被强制溶解进入水中, 形成溶气水送到预处理器中, 大量的微气泡群同泵送过来的污水中的悬浮物充分接触, 并在缓慢上升过程中吸附在絮集好的悬浮物中, 使其密度下降而浮至水面, 达到去除水体颗粒物和胶体的目的。鉴于本项目中形成的无机颗粒物形态较为复杂, 特别是Mg(OH)2 絮体质量较轻, 难于用一般的重力式沉降设备完成去除。因此本项目选用全流程溶气气浮作为固液分离的首选。本项目设置有预处理器、 射流喷射器、 加压泵等。
( 3) HVM 膜分离系统是优良的膜分离系统, 经过膜组件的截留作用, 可几乎完全去除水体中的悬浮物。HVM 膜组件对SS 的截留效果能够最大程度上减少反渗透单元微生物及固体悬浮物污染的发生。同时膜组件表面形成的凝胶层还能够有效截留水体中一些分子量特别大的有机物, 减轻后续反渗透系统的负荷。HVM 膜系统包括膜组件、 精制溶液泵、 化学清洗装置、 加药装置、 管配件和自控系统等。本技术中HVM 膜分离装置采用全自动连续运行方式。
HVM 的特点完全的聚四氟乙烯( PTFE) 材质, 耐酸碱、 抗氧化、 无老化, 耐温可达到250℃以上; 表面光滑、 不粘结、 易清洗; 均匀致密的微孔, 高效的表面过滤, 孔径在0.22~0.5 微米之间, 过滤精度高, 滤清液的SS 可稳定达到1mg/L 以下; 膜的开孔率高、 通量大, 过滤纯水的流量可达到15m3/m2.h, 是当前同类聚四氟乙烯微滤膜中通量最大的一种膜。
Ø 表面过滤的特点
所谓表面过滤就是将所有的固体物质截留在膜的表面从而实现固液分离的过程。HVM 膜过滤是当前已知的微滤膜中最接近表面过滤的一种过滤方式。其过滤能力不是由膜本身决定, 而是由膜表面截留的固体物的组分、 性质、 形态、 大小、 以及滤饼层的厚度、 致密程度决定。提高过滤压力不一定能提高过滤能力, 过高的过滤压力有可能使滤饼层更加致密、 毛细通道更细。适当的反洗将滤饼从膜表面分离能够有效提高产能。本项目拟采用HVM 膜分离器4 套共80m2, 每套产水20~22m3/h, 系统配备压力检测、 流量检测单元、 自动控制阀门, 利用程序化控制阀门开关。为了保证膜元件的透水通量, 配备自动反清洗装置及反洗加药系统。定期对HVM 膜分离器进行反洗操作, 利用反向水流使沉积在膜表面的污染层及胶体层脱落, 从而使得膜表面重新恢复过滤性能。当污染严重时, 反洗时还可加入酸液, 使得膜表面以及深层的金属污堵物得以溶解, 进而被反洗液带离膜表面, 进一步恢复膜的性能。
3.2. 反渗透装置
反渗透装置对微滤除硬后的产水再次进行去除硬度、 脱除极大部分有机物和盐分的处理, 进一步降低反渗透系统产水含盐量, 以达到回用水对含盐量的要求。反渗透装置设置2套, 单套出力为23m3/h, 每套可同时运行, 也可单独运行。
本系统采用美国美国陶氏( DOW) 生产的芳香族聚酰氨复合膜, 压力容器采用玻璃钢( FRP) 材质, 采用大连宇星、 英国唯赛勃产品。
考虑到本项目的水质特点、 设备的节能、 运行压力、 膜的透过率、 膜的脱盐率、 出水的含盐量等因素, 反渗透采用美国陶氏公司BW30XFR-400/34I。
1) 设置2套净出力为23m3/h的反渗透装置, 每套都能单独运行, 也可同时运行。运行水通量12.89L/M2·H, 回收率≥60.53%。
2) 反渗透膜采用美国陶氏端面自锁连接高膜面积低能耗膜产品。每套装置选用48支膜组件, 共96支。
3) RO装置各段给水及浓水进出水总管上设有足够的接口及阀门, 以便清洗时与清洗液进出管相连。
4) 每套RO装置产品水管上装设防爆膜。
5) RO浓水排水须装流量控制阀( 稳流阀) , 以控制水的回收率。最终排放的浓水外送。反渗透全部运行时, 排放浓水流量30t/h; 单套运行时排放浓水流量15t/h。
6) RO装置设有程序自动启停装置, 停用后能延时自动冲洗。每套RO装置设置一台就地仪表操作盘, 在就地盘上可读出有关工艺参数。经过水处理系统PLC能实现自动和手动操作整个系统的功能。系统所配仪器、 仪表的性能、 配置点及数量等将满足本系统的安全、 稳定、 可靠运行的需要。
7) RO装置产品水管和浓水管设取样点, 取样点的数量及位置能有效地诊断并确定系统的运行状况。
8) RO膜组件安装在组合架上, RO组合架的设计满足其厂址的抗震烈度要求和组件的膨胀要求。组合架上配备全部管道阀门及接头, 还包括所有的支架、 紧固件、 夹具及其它附件。
9) RO装置的压力容器采用采用大连宇星、 英国唯赛勃品牌产品。
10) 卖方提供一套完整的反渗透自动冲洗系统。
3.3. 污泥处理系统
本项目采用化学方法完成硬度的去除, 水体中大量的金属离子在高pH 条件下转化为固态不溶物, 最终转化为污泥。预处理中产生的污泥送入渣池。本项目设渣池一座, 渣池采用钢砼防腐结构。由于预处理泥渣含固量较高, 渣池设有穿孔曝气管, 防止污泥沉积最终出现板结现象。板框压滤机为水处理常见设备, 是经过板框的挤压, 使污泥内的水经过滤布排出, 达到脱水目的。一般情况下, 板框压滤的泥饼含水率为45% ~80%。污泥由盐泥泵送往板框压滤机。为了保证板框压滤机的良好操作, 压滤泵进口设置有PAM 投加装置。PAM 设置有两套, 一用一备。板框压滤机拟选用一台, 压滤面积为100m2, 采用半自动式操作, 为了保证污泥的含水率较低, 可连接压缩空气管路进行气吹扫。同时接入清水管路, 对于每次卸渣后的滤饼进行冲洗。
4. 方案经济技术指标
4.1. 电力消耗
380V/220V±10%, 三相, 50Hz, 详细用电负荷如下表:
序号
设 备 名 称
单机功率
装机容量( 台)
使用数量(台)
装机
功率( kW)
使用
功率( kW)
需要系数
需要功率( kW)
1
加压泵
30
2
1
60
30
1
30
2
精制溶液泵
18.5
2
1
37
18.5
1
18.5
3
盐泥泵
15
2
1
30
15
1
15
4
酸洗液进液泵
3
1
1
3
3
0.006
0.018
5
RO增压泵
30
3
2
90
60
1
60
6
RO高压泵
30
4
4
120
120
1
120
7
回用水泵
5.5
2
1
11
5.5
1
5.5
8
卸酸泵
0.37
2
1
0.74
0.37
0.04
0.0148
9
卸碱泵
0.37
2
1
0.74
0.37
0.04
0.0148
10
加药泵
0.25
16
8
4
2
0.5
1
11
清洗水泵
3
2
1
6
3
0.003
0.009
12
板框压滤机
2.2
1
1
2.2
2.2
0.5
1.1
32
合 计

364.68
259.94

251.16
4.2. 经济技术指标
方案运行费用估算主要包含电费、 药剂费、 蒸汽费、 水费等, 以下为再生废水膜浓缩处理处理系统直接运行成本表:
序号
项目
规格
单位
单价
吨/元
吨水消耗
日消耗量
吨水成本
/元
年总成本, 万元
( 按8000小时计)
一
原材料

1
NaOH
99%
kg
.00
0.776
1489.92
1.552
99.328
2
FeCl3
45%
kg
1000.00
0.022
42.24
0.022
1.408
6
HCl
31%
kg
700.00
0.037
71.04
0.026
1.664

HCl
31%
kg
700.00
0.00038
0.720
0.00026
0.017
8
阻垢剂
50%
kg
50000.00
0.005
9.60
0.250
16.000
9
还原剂
98%
kg
10000.00
0.005
9.60
0.050
3.200
10
非氧化杀菌剂
20%
kg
0.00
0.005
9.60
0.100
6.400
11
化学清洗剂
99%
kg
5500.00

0.15
0.00043
0.028
12
滤芯
精度5μm
支
.00

0.096
0.00010
0.006
13
HVM膜

台

0.0002
0.013
15
RO膜
SW30ULE-400i
支
5600.00

0.0576
0.00017
0.011
二
燃料动力

0.000
1
电
10KV及380/220V
kW·h
0.30
3.140
6028.00
0.942
60.288
2
蒸汽
0.5MPa
t
45
0.0313
60.00
1.406
89.984
3
水
0.3MPa
t
3.35
0.01
20.00
0.034
2.176
4
循环水
0.3MPa
t
0.2
0
0
0
0
5
运行成本合计
(不计人工费等)

4.38
280.32
三
工资福利

1
人工费( 全部人员)
6
元/人·年
60000
人

0.56
36.00
注: 1-盐酸投加量为预处理调PH和化学清洗用量两部分。
根据运行费用估算表, 可得吨水处理成本: 4.38 元/吨 。

5. 备选方案供货清单
序号
名 称
规格和型号
单位
数量
产地
生产厂家
备注
1
前反应槽
D5000×6000, CS/玻璃鳞片
台
1

2
预处理器
D6700×12390, CS/玻璃鳞片
台
1

3
抽滤缓冲罐
D1000×1000, CS/玻璃鳞片
台
1

4
反冲液贮罐
D1500× , CS/玻璃鳞片
台
1

5
滤液缓冲槽
D1500× , CS/玻璃鳞片
台
1

6
加压泵
Q=100m3/h,H=60m, N=30Kw
台
2

7
精制溶液泵
Q=100m3/h, H=35m, N=18.5Kw
台
2

8
盐泥泵
Q=40m3/h,H=50m, N=15Kw
台
2

9
滤液泵
Q=40m3/h,H=30m, N=5.5Kw
台
2

10
酸洗液进液泵
Q=25m3/h, H=20m, N=3Kw
台
1

11
HVM膜分离器
F=70m2,
台
4

12
RO增压泵
Q=40m3/h,H=110mH2O, N=30KW
台
3

13
RO加药静态混和器
DN150
套
2

14
保安过滤器
Q=40m3/h,精度5μm,
壳体: 碳钢衬胶,DN600
台
2

15
大流量滤芯
6支/套
支
12

16
RO高压泵
CR45, N=30KW
台
4

17
变频器
N=30KW
台
2

18
高、 低压力开关
0-0.25MPa/0-2.5MPa
个
4

19
反渗透膜元件
SW30ULE-400i
支
96

20
压力容器
6芯装, 300PSI
支
16

21
RO滑架
碳钢涂环氧漆
套
2

22
配管
高压不锈钢,低压 UPVC
组
2

23
爆破膜

个
2

24
进水慢开阀( 电动)
DN100,PN2.0MPa
个
2

25
冲洗气动蝶阀
DN100,PN2.0MPa
个
2

26
浓水排放气动蝶阀
DN80,PN2.0MPa
个
2

27
不合格水排放气动阀
DN100 1.0MPa
个
2

28
本体手动阀门

套
2

29
本体仪表