污水处理技术工艺

高盐工业废水处理实现污水零排放技术综述

随着《水污染防治行动计划》和新修订的《中华人民共和国环境保护法》等一系列政策法规的颁布实施,高盐工业废水零排放已成为发展趋势。综述了高盐工业废水零排放的热浓缩技术(多级闪蒸、多效蒸发、机械蒸汽再压缩)和膜浓缩技术(纳滤、反渗透、电渗析、正渗透和膜蒸馏),以及处理方法。对结晶废渣进行了展望。

根据国家统计局的数据,从2006年到2015年,中国工业用水保持在1,350亿立方米左右,占全国用水量的四分之一以上,用水效率低下。我国工业用水的浪费是严重的。再利用率约为40吨,仅为发达国家的1/2。大量工业废水排放对环境造成严重破坏。中国2015年环境统计年度报告显示,2015年工业废水排放为99.5亿吨,同比减少2.9吨。虽然我国工业废水排放量逐年减少,但工业废水排放量因基础大而仍然很大。

高盐工业废水的来源与现状

高盐工业废水中的主要盐有Cl-、SO 42-、Na、Ca2+、K等.不同行业工业废水中的无机盐离子有很大差异。盐含量一般用氯化钠计算,其中总盐含量至少为1%。高盐工业废水有三个主要来源:

(1)沿海缺水地区海水淡化过程中产生的大量浓缩废水;

(2)工业生产过程直接排放的高盐废水;

(3)工业生产过程中废水回收利用产生的咸水。我国高盐废水的生产占废水总量的5%,且仍以每年2%的速度增长。高盐废水未经有效处理直接排放,将对环境造成严重污染。

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2高盐工业废水浓缩工艺

高盐工业废水零排放投资高,运行成本高,决定成本的关键因素是蒸发结晶系统的废水处理能力。如果能在蒸发结晶前以较高的速度浓缩废水,将大大降低高盐工业废水的零排放成本。高盐废水的浓缩工艺有很多种。根据处理对象和应用范围的不同,高盐废水浓缩工艺主要分为热浓缩工艺和膜浓缩工艺,两者之间的关系并不是对立的。在实际工程中,两种浓缩技术往往相互耦合,实现高浓度废水的零排放。

1热浓缩技术

通过加热浓缩热浓度,主要包括多级闪蒸(MSF),多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩(MVR)。热浓度主要适用于处理高TDS和高COD废水,其通常具有数万至数十万升每升COD。

MSF技术始于20世纪50年代,是最早的蒸馏技术。高盐度废水加热到一定温度后,在一系列容器中逐渐减压蒸发,然后蒸汽冷凝得到淡水。MSF技术最初应用于海水淡化领域。由于其技术成熟、运行可靠,已开发应用于各种工业废水的处理和回用。但硫酸盐结垢问题限制了MSF的一次蒸汽温度,影响了运行成本。同时,MSF技术也存在产品水易受污染、设备投资大等缺点。在实践中,MSF经常与RO或UF结合,以弥补这些缺点。A.M.Hassan提出了采用纳滤膜去除废水中的结垢离子的纳滤膜-反渗透-反渗透系统,使该系统获得更高的一效温度,不仅提高了清洁水的生产效率,而且延长了该系统的使用寿命。在此基础上,A.N.A.Mabrouk等人研制了曝气盐水混合装置。中试结果表明,该装置的初始温度可提高到100-130℃,产水率为原MSF系统的2倍,产水量提高19%,成本降低14%。

med技术是基于单效蒸发,利用前效产生的二次蒸汽作为后效加热蒸汽,而后效的工作压力和溶液沸点相应降低,而后者效应加热室则成为前者效应冷凝器。将多个蒸发器连接在一起运行,形成多效蒸发过程。

MED的优点是:晶体易于分离,废水中的非挥发性溶质和溶剂能完全分离,残留的浓缩液较少,热解后易于处理。应用灵活,可根据实际情况处理高浓度和低浓度废水,既可单独使用,也可与其他方法联合使用。但不可避免的是MED效率的增加,相应的设备投资也随之增加,同时各效应的传热温差损失增大,设备的生产强度降低。为了在工业上对MED系统进行优化,常与其它脱盐技术相结合。例如,采用纳滤膜对水进行预处理,第一效应温度可从65℃提高到125℃,且无结垢风险。M.Turek等人NF-RO-MED-Cr(结晶器)系统在海水淡化中的应用结果表明,回收率为78.2%,成本降至0.50美元/m3。

MVR技术又称机械热压缩技术,与传统的蒸发技术相比,最大的不同是传统的蒸发能量来自蒸汽,蒸发过程中损失的能量来自蒸汽,而MVR技术的能量来自电力。通过蒸汽压缩机,将物料蒸发产生的低温低压蒸汽压缩为高温高压蒸汽,通过加热原料液作为热源,最大限度地回收蒸汽潜力。因此,与传统的蒸发技术相比,MVR更节能,具有热效率高、运行成本低、设备简单可靠、自动化程度高、占地面积小、蒸发温度低等特点。采用MVR技术处理氯化铵废水时发现,与三通、四通蒸发技术相比,MVR技术可节约标准煤69.45%,比四通蒸发技术节约60.72%。利用MVR技术对所有二次蒸汽进行压缩和再利用,回收潜热。

膜浓缩技术

膜浓度是一种分离技术,其使用压力差,浓度差和电位差作为驱动力来实现溶质,溶剂和膜之间的尺寸排阻,电荷排斥和物理化学相互作用。近年来,由于膜富集技术的运行和投资成本低,基于膜脱盐的膜浓缩技术已超过基于热处理的热富集。取决于膜孔径和操作条件,膜浓度的应用范围变化很​​大。以下是用于分离浓缩二价离子的纳滤(NF),用于处理高TDS和COD高盐废水的反渗透(RO),使用DC电场脱盐的电渗析(ED)和超高处理膜蒸馏(MD)介绍了TDS和COD高盐废水的正渗透(FO)技术。

(1) NF技术

纳滤是一种有效的压力驱动的膜法,在反渗透和超滤之间具有一定的孔径和截流能力。与反渗透技术相比,纳滤技术主要基于电荷效应和屏蔽效应。二价离子操作压力低、通量大、投资低、截留率高,易于结垢。纳米过滤技术已被开发出来,用于去除结垢离子和低分子量有机化合物,以及从海水中分离氯化钠。”陈侠“等采用纳滤技术对反渗透系统水进行预处理。SO42-、Ca2+、Mg2+的截留率均在92%以上,大大减少了反渗透膜结垢离子的污染,减少了后续结晶过程结垢问题。对于水中的有机物、TDS和色度,NF也有很强的去除作用。具有聚酰胺分离层的不对称纳滤膜对价离子和二价离子都有很高的截留率。基于此,D.X.Vuong发明了一种两级NF-NF脱盐系统,与传统的单级反渗透系统相比,节省了20%-30%的成本。该系统已成功应用于美国长滩市的一家工厂,日产水量1135立方米。

(2) RO技术

ro技术是20世纪晚期发展起来的膜水处理技术。它是从海水和苦盐水淡化研究发展而来的。其利用膜选择通过性别分离不同的物质,从而实现水体脱盐的作用。经过多年的发展,为了适应不同的处理要求和高污染、高盐度的废水,制造了各种形式的防污染膜。其中表现突出的是高效的逆渗透技术(英雄)和圆盘膜技术(dtro)。常用于高盐废水的零排放。具体联系污水管道或看到Http://www.dowater.com更相关的技术文件。

英雄技术。HERO技术是在常规反渗透的基础上发展起来的一种新技术。HERO技术的核心原理是通过离子交换去除水中的硬度,将水中的碳酸盐转化为二氧化碳,再用反渗透除盐。HERO的技术特点是,经过预处理去除全部硬度和部分碱度后,反渗透在高pH条件下运行。

神华伊利能源有限公司采用英雄技术处理电厂废水。废水回收率可达90%以上,脱盐率可达94.5%左右。采用该工艺后,电厂综合用水量由0.38kg/(kW·h)降至0.17kg/(kW·h),年淡水节约924000 m3,发电用水量降低55%。每年节省8259万元。

DTRO技术。 DTRO技术是一种反渗透形式。其结构与传统的卷膜和中空纤维膜完全不同。 DTRO采用开放式流道,导流板非常靠近,盘面以一定的方式排列。凹凸。特殊的机械设计使流入的流体在压力下通过过滤器表面形成湍流,从而提高了传输速率和自清洁功能,从而有效地避免了膜堵塞和浓差极化,降低了膜污染和延长的可能性。膜组件的寿命。

采用TMF+DTRO工艺处理王可辉等脱硫废水。在9MPa下,脱硫废水的含盐量可达到11%以上,装置运行时膜柱压差变化不大,膜污染相对较轻。烟台金正环保公司采用软化+9MPaDTRO膜浓缩工艺处理内蒙古工业园区高盐废水(3000 t/d)。系统回收率63%,脱盐率97%。采用软化+9MPa dtro膜浓缩+12MPa dtro膜浓缩工艺处理1000 t/d托克托浓盐水浓缩项目时,系统回收率达到74%,系统脱盐率达到97%。

(3) ED技术

ed是一个电化学分离过程,利用电流选择性地通过膜去除盐离子,留下干净的水。与反渗透不同,ed技术有两个关键条件:直流电场和离子交换膜。传统的电极膜组件包括阴离子交换膜和阳离子交换膜,它们在阴极和阳极之间交替布置。在电场作用下,浓缩室溶液中的离子不断集中,光室溶液中的离子不断稀释。达到分离纯化的目的。ed的大部分能源消耗来自电能、低能耗、低预处理要求、简单的设备以及在处理含盐废水方面的独特优势。因此,ed技术广泛应用于化工、冶金、造纸、纺织、轻工业、制药等高盐工业废水的处理。根据不同的用水量,废水回收率可达到70~90℃。J. Liu等人提出并研究了一种新型的nf-ed集成膜技术,将海水中的一价离子和二价离子分离,用于回收和浓缩nacl。结果表明:ca2+和mg2+的截获率分别为40<unk;GT;87<,nacl的回收率约为70<unk;GT;;..

(4)MD技术

MD技术是一种以膜为基础的分离方法,它将传统的蒸馏和膜分离相结合,采用疏水微孔膜分离进料中的气相。在热驱的作用下,进料侧的蒸汽压力高于渗透侧水位的蒸汽压,在此过程中,蒸汽分子通过膜传输,然后凝聚成纯水,从而实现水与非挥发性物质的分离。与膜分离和传统膜蒸馏设备相比,MD技术的能耗仅为传统蒸馏工艺的50%,操作压力低于反渗透工艺,设备不会发生腐蚀,液体中非挥发性物质的去除率可达100%。膜蒸馏工艺废水与吸收液不接触,不会发生驱油故障。同时,MD可以适应超高浓度的高盐废水,张凤君等中空纤维膜蒸馏技术处理浓度为5000 mg / L的苯酚废水,苯酚去除率超过95 %,苯酚降至50 mg / L以下。孙项城等采用MD法浓缩处理反渗透水,盐留率大于99%。工业上常用的膜蒸馏-结晶混合脱盐技术来回收nacl晶体和盐水净化。T.Chan等人采用膜蒸馏-结晶工艺处理反渗透精矿,净水回收率为95%。

(5) FO技术

FO技术是清洁水生产的新兴技术之一。膜之间的渗透压差作为在膜上产生渗透压差的过程中的驱动力,具有高浓度的提取物。低浓度进料流被输送到高浓度吸收溶液中。该工艺在废水处理、脱盐、清洁能源生产和食品加工等方面得到了广泛的应用。根据N.T.Hancock等人的生命周期研究,FO工艺与传统脱盐的结合可减少25%以上的环境影响。由于没有外部压力,该方法的主要优点是能耗低。与RO相比,FO具有较高的回收率和低污染的特点。此外,FO工艺适用于超高浓缩废水的处理,OASYS公司采用反渗透技术处理高浓度卤水时,可达到96%的回收率。C.R.Martinetti,TDS大于50,000mg/L。用FO技术处理RO浓缩液的MartinettiC.R.Martinetti。还发现FO的膜污染是可逆的,并且可以通过水力反冲洗除去。

2013年,北京沃尔特有限公司投资引进正渗透膜处理技术,国内高盐废水零排放技术路线。华能长兴电厂采用预处理+ RO + FO +结晶技术深度处理脱硫废水,每年可节约10万吨水,每吨水处理成本43.7元,远低于传统预处理+多级水处理预热+多效蒸发+吨水处理结晶过程成本(100多元)。

3展望

根据我国目前高盐废水处理的思路,无论采用何种处理工艺,高浓度废水都将送结晶器再蒸发形成结晶盐,实现废水零排放。然而,这种方法只将水污染转移到晶体杂质,而不是零排放的初衷。水分离后剩余的结晶杂质是危险废物。处理方法麻烦,焚烧无效。填埋水将形成新的污染源。因此,只能按危险废物处理。目前,每吨结晶杂质处理成本约3000元。以年产3万吨杂质的煤化工企业为例,杂质处理年成本占废水处理总成本的60%,处理成本惊人。因此,处理结晶盐的思想必须是资源利用,即不同性质的结晶。Na2SO4和NaCl是高盐废水的主要组成部分,占废水总含盐量的90%以上。如果能将Na2SO4和NaCl与其他物质分离,形成工业级的Na2SO4和NaCl,则可减少90%以上的固体废物。然而,由于废水本身的特殊性和工业Na2SO4、NaCl价格低廉,如何开拓Na2SO4、NaCl结晶后的市场也是解决这一问题的关键。

4结语

随着我国环境问题的日益受到重视,高盐工业废水的零排放已成为一个普遍趋势。随着废水处理研究的不断深入,不同水质的处理技术也在不断提高。每个过程都没有绝对的优势和劣势。针对高盐废水的零排放,应根据实际情况选择不同工艺的耦合,以达到最佳处理效果,最大限度地实现废水的循环利用。同时,我们也不能忽视水晶渣对环境的潜在威胁。

高盐工业废水处理实现污水零排放技术综述

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