废水零排放设计中的反渗透工艺探讨

     废水零排放设计中的反渗透工艺探讨                  摘要：结合某大型天然气处理厂项目的废水“零排放”设计，探讨反渗透工艺设计以提高废水回收率的几种方法，以做到节水、减排、节能，获得较好的经济效果。关键词:零排放、循环水系统排污水、除盐水系统排污、反渗透1前言随着人们对环境要求越来越高，在工业生产中实现废水零排放成为新的发展方向。在天然气行业，很多的处理厂都处在干旱少雨、环境脆弱的地方，实现废水的零排放就显得格外有意义。本文涉及的天然气处理厂位于中亚沙漠腹地。废水主要是气田水、锅炉除盐水系统排放的废水、循环冷却水系统排放废水。因气田水矿化度及硬度太高，经技术经济比较，除油处理后以多效蒸发工艺实现零排放，回收的蒸馏水用作锅炉除盐水系统的水源，固体盐则外运填埋。因废水量大且水质较好，直接蒸发的投资及运行费用都非常大，故用RO工艺回收大部分废水，剩余的RO浓水与气田水一起蒸发。为尽可能减少项目整体的投资和运行费用，要求反渗透回收率须达到87.5%以上。在类似项目中，普通RO装置的回收率一般在75%以下，在该地区运行的RO装置的回收率更是低达65%，所以我们对RO工艺进行了研究，寻找能够满足项目要求的RO工艺。2影响RO回收率的因素分析RO膜受污染是影响RO回收率低下的原因，而污染类型有以下4类：无机盐的结垢污染，如钙、镁、钡、锶、铁盐结垢污染；硅垢污染，即二氧化硅（SiO2）污染；溶解性有机物（DOM）污染；微生物的粘附及生长（生物污染）。对一、二类污染的分析：通过对项目水源水质以及水系统和预处理工艺的分析，确定了RO进水的盐分及SiO2浓度，详表-1。对确定的水质条件，分别采用RO膜的计算软件及阻垢剂的计算软件进行模拟计算。可以确定，在回收率达到90%时，浓水中的盐分和SiO2有结垢的危险，但是可以通过降低进水PH值和投加阻垢剂妥善解决。对三、四类污染的分析：DOM通常是指能够通过0.45μm孔径超滤膜的结构复杂、性质稳定的一类有机高分子混合物。它广泛存在于天然水体中，其来源、组成和结构十分复杂，通常认为是动植物及微生物残体在天然环境中经酶分解、氧化及微生物合成等反应过程逐步演化而成。主要成分为腐殖酸和富里酸，含有多种活性官能团，能结合水中许多金属离子和多种疏水性有机污染物。因为DOM的特性，采用普通的三法处理和超滤都无法去除，但因其分子量较大，却又能够被RO膜截留。DOM对RO膜的污染主要体现在它能够在膜表面形成有机物基片与基底，作为微生物大量繁殖的营养基础，并能阻挡杀菌剂对微生物作用，为微生物的大量繁殖提供条件，最终与微生物一起，在RO膜表面形成生物粘膜。生物粘膜中的微生物的大量繁殖和代谢作用，分泌EPS，又反过来导致粘膜不断扩大增厚。扩大老化的粘膜在水流剪切力作用下脱落，但因为RO膜的流道较窄，脱落的碎片会被卡在流道中，形成新的有机物基片，并发展为更多的生物粘膜。所以DOM与微生物一起，两者相互促进，生成大量生物粘膜覆盖在RO膜上。粘膜不仅导致RO膜表面及膜孔堵塞，细菌还会导致RO膜自身分解，还破坏了膜内的流动特性，最终导致膜通量和除盐率下降，膜两侧压差增大，出水水质和回收率下降，寿命降低。当RO膜被生物粘膜污染后，可以用PH=12左右的碱液浸泡，以达到清洗再生效果[1]。表-1预处理装置进水水质表项目除盐水系统废水循环水系统废水混合废水硫酸根离子417.8164.6373总铁0.480.20.43钙离子19476.6173镁离子63.925.457二氧化硅--<50矿化度1491.2587.081395硬度（基于CaCO3）689.3271.4614PH值7~86.8~9.56.8~9.5注：单位：mg/L，无钡、锶离子3可行的RO设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 根据对RO回收率影响因素的分析，DOM的影响起着决定性作用，只要完全去除或者大部分去除进水中的DOM，或使其不起作用，就可以提高回收率。通过分析，我们得出几种不同的方案。方案一：浓水PAC预处理+RO工艺。其流程为：预处理（电化学三法）+UF+RO1+(PAC+MF)+RO2，RO1的回收率设为60%左右，浓水通过（(PAC+MF)预处理后以RO2再回收60%~70%，使整体回收率基本达到要求。工艺原理如下：前段为普通双膜法，这里不做过多介绍。浓水回收段，因为DOM本身的性质，臭氧氧化或者生化处理的效果不佳。虽然国际腐殖酸协会（IHSS）有推荐采用大孔吸附树脂（XAD-8）的分离工艺[2,3]，但实际运行效果也不佳。我国多位学者在使用粉末活性炭（PAC）+MF工艺去除反渗透浓水中DOM的研究结果表明，该工艺能够有效去除浓水中70%的DOM[4，5]，处理后的浓水水质符合反渗透进水的要求，可以进一步提高回收率的目标。方案二：高效反渗透（HERO）工艺[6]。其工艺特点是将预处理后的水进行除硬，加碱调节PH值至10-11左右以RO膜脱盐处理。工艺流程为：预处理（电化学三法）+UF+钠床+RO(2段)。国内外多个类似项目的实践证明，HERO的回收率能够达到90%以上，满足项目要求。工艺原理如下：在碱性条件下，当pH值大于7.8后,SiO2的溶解度随pH值的增加而快速增加(详图1)，因此解除SiO2结垢污染风险。在碱性条件下，水中的DOM及细菌等微生物被溶解或皂化，系统一直在清洗模式下运行，避免了生物粘膜的形成，避免了第三、四类膜污染。因为原水的硬度较高，加碱会导致盐结垢加剧，进而导致RO膜的第一类污染，所以必须先软化，完全去除或去除绝大部分易结垢离子。考虑到当地盐酸供应困难等实际情况，软化采用钠离子交换树脂。一般HERO工艺无需UF处理，但考虑项目及当地实际情况，为避免钠床受污染后影响系统运行效果，仍考虑增加UF做深度预处理。方案三：OCRO工艺。预处理（电化学三法）+UF+RO1+OCRO工艺，其中，RO1的回收率设定在60%左右，其浓水通过OCRO再回收70%~75%，使整体回收率达到要求。工艺原理如下：该方案前部分为普通双膜法。特点在于对处理RO1浓水段，不是先去除DOM，而是用一种OpenChannel结构的具有很高抗有机物污染的RO膜，简称OCRO膜。OCRO膜与传统的卷式RO膜在流道上有着显著的区别，它具有狭窄且敞开的流道结构，通过使水在流道内快速流动产生的较大剪切力，使有机物难以在膜表面形成有机物基片而无法生成生物粘膜，大大降低了RO膜的有机物和微生物污染。因流道较宽，脱落的生物粘膜能顺利流出膜外，不会导致更多粘膜生成，膜的清洗再生效果好。OCRO膜与普通RO膜流道的比较见图-2。因其特殊性能，近年来在垃圾渗滤液处理工程中得到较快发展。采用该工艺，在装置运行的过程中必须投加阻垢剂，防止盐和SiO2结垢污染。图-120℃时，SiO2溶解度与PH关系曲线图图-2.OCRO与普通RO的流道结构比较4三种方案的技术经济比较方案技术经济指标对比表项目PAC+RO工艺HERO工艺OCRO工艺预处理系统进水要求严格，SDI＜5。需2次预处理,流程长，设备多。预处理出问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 会导致RO膜堵塞。对SDI没有严格限制，但进水需去除硬度。工艺本身可以不配套UF，但仍考虑配超滤。进水要求严格，SDI＜5，预处理需配套超滤。预处理出问题会导致RO膜堵塞。产水率85%以上。90%～95%。88%以上。RO膜抗污染膜，投资较低。抗污染、耐酸碱膜，投资较低。原水段抗污染膜，浓水段OCRO膜，OCRO膜成本高。膜清洗回收率过高或预处理系统有较大波动时，存在DOM、硬垢、硅垢等污染，需定期进行在线反洗和化学清洗，控制复杂。RO膜在高PH值运行，对大部分污染物一直处于清洗状态，SiO2的溶解度升高，可有效地防止膜污染，因此无需复杂的清洗工艺。穿过UF膜的DOM仍可以导致RO膜污染，OCRO膜虽然有较好的抗有机物污染性能，但在高回收率导致的高浓度有机物及高硬度条件下，OCRO膜仍需要定期的在线清洗。药剂消耗需要投加昂贵的阻垢剂、PAC和盐酸。清洗周期较短。少量阻垢剂,需NaCL。清洗周期较长。需要阻垢剂。清洗周期较短。投资导致总体投资高。总体投资较低。总体投资较高。运行费用高，且收率较低，导致蒸发装置成本高，项目整体成本更高。低，且回收率高，项目整体成本更低。较低，回收率高，导致蒸发水量少，项目整体成本较低。成熟应用应用案例较少国内外有多座电厂零排放工程和市政污水回用成功应用。OCRO膜主要用于处理垃圾渗滤液和污水处理厂RO浓水回收，国内有多个成功应用案例。5结语通过对几种可选方案的比较，从项目整体投资、运行成本的经济性及装置运行的可靠性考虑，HERO和OCRO方案都是不错的选项，能够满足项目对回收率的要求，能够给项目带来更大的经济效益和环境效益。参考文献[1]DOW反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册2012版。[2]LuC.Y.,SuF.S.,SeparationandPurificationTechnology[J],2007,58(1):113.[3]PeuravuoriJ.,LehtonenT.,PihlajaK.,AnalyticaChimicaActa[J],2002,471(2):219.[4]张龙,吴伟等吸附法处理水体中溶解性有机物的研究进展离子交换与吸附,2009,25(1):91~96。[5]赵春霞去除石化废水反渗透浓水中有机物的研究。[6]胡小武高效反渗透废水处理工艺在电厂废水零排放中的应用神华科技第5期，2011.10。 -全文完-