【盤點】四種廢水零排放技術大盤點!
來源:科柏(bǎi)盛環保 發布時間:2023-10-13
廢水“零排放”是指工業水經過重複使用後,將這(zhè)部分(fèn)含鹽量和汙(wū)染物高濃縮成廢水全部(bù)(99%以上)回收再利用,無任(rèn)何廢液排出工廠。零排放,就其內容而言,一是要控製生產過程中不得已產生的能源和(hé)資源排放,將其減少到零;另(lìng)一含義是將那些不得已排放出的能源、資源充分利用(yòng),*終消滅不可再生資源(yuán)和能源的(de)存在。
一 、RCC技術
RCC的核心技術為“機械蒸汽再壓縮循環蒸發技術”及“晶種法技術(shù)”、“混合鹽結晶技術(shù)”
(一)機械蒸汽再壓縮循環蒸發(fā)技術
1、機械蒸汽(qì)再壓縮循(xún)環蒸發技術的基本原理
所謂的機械蒸汽再壓縮循環蒸發技術,是根據物理學的原理,等量的物質,從液(yè)態轉變為氣態的(de)過程中,需要(yào)吸(xī)收定(dìng)量的熱能。當物(wù)質再由氣(qì)態轉為液態時,會放出等量的熱能(néng)。根據這種原理,用(yòng)這種蒸發器處理廢水時,蒸發廢水(shuǐ)所需的(de)熱能,再蒸汽冷凝和冷凝(níng)水冷卻時(shí)釋放熱能所(suǒ)提(tí)供。在運作過程中(zhōng),沒(méi)有潛熱的流失。運作過程中所消耗的,僅是驅動蒸(zhēng)發器內(nèi)廢水、蒸汽、和冷凝水循環和流動的水泵、蒸汽泵和控製係統所消耗的電能。為了抵抗廢水對蒸發器的腐蝕,保(bǎo)證設備的使用壽命蒸發器的主體和內部的換熱管,通常用高級鈦合金製造。其使用壽命30年或以上。
蒸發(fā)器單機廢水處理量(liàng)由27噸/天起至3800噸/天。如果(guǒ)需要處理的廢水量大於單(dān)機*大處理量,可以按裝多台蒸發器處理。蒸發器在用晶種法技術運行時,也稱為鹵水濃縮器(Brine Concentrator)。
2、鹵水(shuǐ)濃縮器構(gòu)造及工藝流程
(1)待處理(lǐ)鹵水進入貯存箱(xiāng),在箱裏把鹵水的PH值調整到5.5-6.0之間,為除氣和除碳(tàn)作準備。鹵水進入換熱器把溫度升至沸點。
(2)加熱後的鹵水(shuǐ)經過除(chú)氣器,清除水裏的不溶所體,如氧氣和二氧化碳。
(3)新進鹵水進入深縮器底槽,與(yǔ)在濃(nóng)縮器內部循環的鹵水混合,然後被泵(bèng)輸送到換熱器管束頂部水箱(xiāng)。
(4)鹵水通過裝置,在換熱管頂部的鹵水分布件流入管(guǎn)內,均勻地分布在管子的內壁上,呈薄膜狀,受地引力下降至底槽。部分鹵水沿管壁下降時,吸收管外蒸汽所釋放的熱能而(ér)蒸發了,蒸汽和未蒸發(fā)的(de)鹵(lǔ)水一(yī)起下降至底槽。
(5)底槽內的蒸汽(qì)經過除(chú)霧器(qì)進入壓縮機,壓縮蒸汽進入濃縮器。
(6)壓縮蒸汽的潛熱傳過換熱管壁,對沿著(zhe)管內(nèi)壁下(xià)降的溫度較低的鹵水膜加熱,使部分鹵水蒸發,壓縮蒸汽釋放潛熱時,在換熱管外壁上冷凝成蒸餾水。
(7)蒸餾水沿管壁(bì)下降,在(zài)濃縮器底部積聚(jù)後,被泵經換熱器,進儲存罐待用。蒸餾水流經換熱器時,對(duì)新流入的鹵水加熱。
(8)底槽內部分鹵水被排放(fàng),以控製濃縮(suō)器內鹵水的濃度。
晶種法技術(shù):可以解決蒸(zhēng)發器換熱管的(de)結垢(gòu)問題,經處理後(hòu)排放的濃縮廢水,通常(cháng)被送往結晶器或幹燥器,結晶或幹燥成固體,運送堆填區埋放。上述循環過程,周而複始,繼續(xù)不斷地進行(háng)。
(二)晶種(zhǒng)法技術
如廢水裏含有大量(liàng)鹽(yán)分(fèn)或(huò) TDS,廢水在蒸發器內蒸發時,水裏的 TDS很容(róng)易附著在換熱管的表麵結垢,輕則影響換熱器的效率,嚴量時則會把換熱管堵塞。解(jiě)決蒸發器內換(huàn)熱管的結(jié)垢問題,是蒸發器能否用作處理工業廢水的關(guān)鍵。RCC成功開發了獨家的“晶種法”技(jì)術,解決了蒸發器(qì)換熱管的結垢問題,使他們設計和生產的蒸發器,能成功地應用於含鹽工業廢水的處理,並被廣泛采用。應用“晶種法(fǎ)“技術的蒸發器,也稱作(zuò)“鹵水濃縮(suō)器” (Brine Concentrator)。經鹵水濃縮器處理後排放的(de)濃(nóng)縮廢水,TDS含量可高達300,000 pp,通常被送往結晶器或幹燥器,結晶或(huò)幹燥成(chéng)固體,運送堆填區(qū)埋放。
“晶種法”以硫酸鈣(gài)為基礎。廢水裏須有鈣和硫化物的存(cún)在,濃縮器開始運作(zuò)前,如果廢水裏自然存在的鈣和硫(liú)化物離子含量不足,可以人工加以補充,在廢水裏加(jiā)添硫酸鈣種子,使廢水裏鈣和硫(liú)化物離子含量達到適當的水平。廢水開始蒸發時,水裏開始結晶的鈣和硫酸鈣離子含量達到適當水平。廢水(shuǐ)開始蒸發時,水裏開始結晶的鈣和硫酸(suān)鈣離(lí)子就附(fù)著在這些種子上,並保持懸浮在水(shuǐ)裏,不會附著在換執管表麵(miàn)結垢。這種現象稱(chēng)為“選擇性結(jié)晶”。鹵水濃縮器通常能持續運作長達一年或以上,才需定期清洗保養。在一般情況下,除(chú)了在濃縮器啟動時有可能添加“晶種外”,正(zhèng)常運作時不(bú)需再添晶種。
(三)混全鹽結晶技術
1、混全鹽(yán)結晶技術的(de)應用
鹵水濃縮器可回收鹵水裏95%至98%的水份,剩(shèng)餘的(de)濃縮(suō)鹵水殘(cán)液,含有大量(liàng)的可溶固體。在有些地區,鹵水殘液被(bèi)送往蒸發池自然蒸(zhēng)發,或作深井壓注(zhù)處理。但很多地區,如美國西南部的科羅拉多河流域,為了防止濃縮鹵水排放蒸發池或作深井壓(yā)注處理後滲出,對水源造成二次汙染,沿岸的工礦(kuàng)企業產生的廢水(shuǐ),必須作“零排入”處理。如殘液的流量很小(xiǎo),則可用幹燥器(qì)把(bǎ)殘淮幹燥成固體,收集後送堆場填埋;如殘液量較大,用結晶器把殘液裏的可溶固體給晶(jīng)後收集填埋,是更經濟的處理方法。
一般生(shēng)產性化(huà)工(gōng)結晶程序,如氯(lǜ)化鈉、硫酸鈉等化工(gōng)商品的生產,僅需要處理一種鹽類的結(jié)晶,這類單鹽鹵水(shuǐ)的結晶工藝,比較容(róng)易掌握,但工業(yè)汙水(shuǐ)裏所含的的鹽份,種類繁雜,甚至含有兩種鹽份組成的複鹽。有多種鹽(yán)類並存的鹵水會在結晶器內產生泡沫和具有極強的腐(fǔ)蝕性,同時多種(zhǒng)不同鹽類的存在,會造成鹵水不同的沸點升高。不同成(chéng)度的結垢(gòu),對設備的換熱係數(shù)產生不同程度的影(yǐng)響。
2、混全鹽結晶技術的(de)設備與工藝流程(chéng)
用作混合鹽結晶的結晶器,可用蒸汽驅動,也可用電動蒸汽壓縮機驅動,後者是能效較高的係統。
強製循壓縮蒸汽結晶器:強製循環壓縮蒸汽結晶器是熱效(xiào)率*高的結晶係統,係(xì)統所(suǒ)需的熱能,由一台電動蒸汽壓縮機提供。它的主要工作(zuò)程序如下:
(1)待處理濃鹵水被泵進(jìn)結晶器。
(2)和正在循環中的鹵水混合,然後(hòu)進入殼管式換熱器。因換熱器(qì)管子注(zhù)滿水,鹵水在加壓狀態下不會沸(fèi)騰並抑止管內結垢。
(3)循環中的鹵水以特定角度(dù)進入蒸汽(qì)體,產生渦旋,小部鹵水被(bèi)蒸發(fā)。
(4)水分被蒸發時,鹵水內產生(shēng)晶體。
(5)大(dà)部鹵水被(bèi)循(xún)環至加熱器,小股水流(liú)被抽送至(zhì)離心機或過濾器,把晶(jīng)體(tǐ)分離。
(6)蒸汽經過除(chú)霧器,把附有的顆粒清除。
(7)蒸器經壓縮機加壓,壓縮蒸汽在加熱器的(de)換熱管外殼上冷凝成蒸餾水(shuǐ),同(tóng)時釋放潛熱把管內(nèi)的鹵水加熱。
(8)蒸餾水收集後,供廠內需要高質蒸餾水(shuǐ)的工藝流程使(shǐ)用,在某些條(tiáo)件下,結晶器(qì)產生(shēng)的晶體,是很高商業價值的化工產(chǎn)品。
二、HERO技術
HERO是High Efficiency Reverse Osmosis的簡稱。HERO工藝的預處理步驟(zhòu)要根據水化學和(hé)現場的專(zhuān)門設計(jì)規範來定製的。有一個步驟是不變的,這就是RO是在高pH條(tiáo)件下運行的。為了(le)使(shǐ)RO能在高pH條件下運(yùn)行,所(suǒ)有會引起膜結垢的硬度和其它陽離(lí)子(zǐ)成分必須除去(qù)。懸浮固體物應降至接近(jìn)零(líng)以避免膜的堵(dǔ)塞,二氧化碳要除到(dào)一定(dìng)程度以減少水的緩衝性。矽在高pH條件下是可以高度溶解的(de),所以不會限製RO的回收率。理論上說,經過預處(chù)理後,回收的比例隻(zhī)會受到(dào)濃液滲透壓的限製。此工藝可實現(xiàn)95%的回收率。而在大(dà)多數電子超純水的應(yīng)用上(shàng),回收率會更高。
特(tè)點主要是:
1.運行穩定。2.運行成本低(dī)(一(yī)般比傳統的RO要低15%-20%)。3.投資費用低(一般比傳統的RO要低(dī)30%)。4。更低的占地空間(jiān)。5適用於高純水(shuǐ)的製備以及廢水處理(lǐ)。6無需複雜的清洗工藝,無需添加阻垢劑。
三個主(zhǔ)要工(gōng)藝步驟:
l 硬度和懸浮固體物的除去
l 二氧化碳(tàn)的去除
l 在高 pH條(tiáo)件下(xià)進行RO 處理
通過軟(ruǎn)化(huà)去處水中的硬度,然後再通過脫氣去處水中的二氧化碳,再加堿將RO進水的pH調到8.5以上。在這種模式下運(yùn)行,RO的回收率(lǜ)通常能(néng)夠突破極限達到90%以上。" D% G! B1 P6 [- Z; m% ^
主要工藝(yì)以及控製指標(biāo)為:( ?( L. ~; E- u/ L, s0 n
1)硬度得(dé)到去除:離子交換去除(chú)硬度,控製出水指(zhǐ)標為小於0.1ppm(100ppb). - B! `( v7 h* x( L
2)P除二氧化碳:二氧化碳小於10ppm , S% t& N: N$ q0 e: g9 {& i
3) PH調整:反滲透給水加(jiā)堿提高PH值,濃水側(cè)*大不超過11,根據RO回(huí)收率,給(gěi)水PH值在10.0~10.5。產品水PH將達到9.3~9.8。
4)反滲透:反滲透設(shè)計產水通量在25~30GFD(gallon/ft2/day),可以用低壓苦鹹水膜,標準(zhǔn)苦(kǔ)鹹水膜,海水膜。根據給水的水質條件,水(shuǐ)回收率可以達(dá)到90~98%。典型在95%。
HERO 的特點和優(yōu)勢 9 J+ \/ I1 w& V( K
1在HERO工藝條件下,高PH運行也是膜供應商(shāng)接受的。給水是排汙(wū)水或含鹽量較高時,可以達到的水(shuǐ)回收率90%或(huò)更高,同時減少清洗頻率。這是因為:高PH條件下,細菌難以(yǐ)繁殖(zhí),不易產生潛在的生物膜。高PH條件下,膜所帶負電荷密度更高,對負電荷陰離子,微粒,特別是帶負(fù)電荷微粒更高去除率。RO處於連續清洗模(mó)式。*對於高矽水質,在高PH條件下矽是溶解(jiě)態(離子態),可以到達高回收率。( o% n0 z; G6 Q. g# l' U
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兩級反滲透運行在高PH條件下,離子去除(chú)率可以達到:
硼>99.4% ' A( Z4 M7 S- S, h
矽>99.97%
有機物(TOC)>99%
三、特種RO膜(mó)
特種RO膜濃水再(zài)濃縮零(líng)排放工藝
1特種 RO膜結構及工作方式
特(tè)種(zhǒng)膜主要由過濾膜片、導流(liú)盤、中心拉杆、高壓容器、兩端法蘭、各種密封件及聯接螺栓等組成。過濾膜片和導流盤交替疊放(fàng),中心拉杆串成膜芯置入高壓容器後兩(liǎng)端法蘭進行固定,再用拉(lā)杆結(jié)合形成。
原水通過膜芯與高壓容器的間隙到達膜元件底部,均勻布流進(jìn)入導流盤(pán),在導流盤表麵(miàn)以雷達掃描方式(shì)流(liú)動,從投幣式切口進入下一組導流盤和膜(mó)片,在整個(gè)膜柱內呈渦流狀流動(dòng),產水通(tōng)過中心管排出(chū)膜元件。
2 、 特種RO膜特點和優勢
(1)*低程度的膜結垢和汙(wū)染現象
采用(yòng)開(kāi)放式寬流道及獨(dú)特的水(shuǐ)力學設計,具有更寬的流體通道,更優異的流體湍流效果(雷諾準數>2500,膜片自清洗效果更(gèng)好),導流(liú)盤專利結(jié)構設計,渦流式流動狀態,*大程度上減少了膜表麵結垢、汙染及濃差極化現象的產生(shēng)。
(2)膜使(shǐ)用壽命長
RO特(tè)種(zhǒng)膜采用了新型改性膜片,更適用(yòng)於廢水膜(mó)分離。膜(mó)片抗壓力能(néng)力更(gèng)強,*高可以達到160bar。且該組件能夠有效避免(miǎn)膜的結垢,膜汙染減輕,使反滲(shèn)透膜的壽命延長。SUPER RO特種膜的特殊結構使膜組易於清洗,清洗後(hòu)通量恢(huī)複性非常好,從而延長(zhǎng)了膜片壽命。在高濃度廢水處理中,膜壽命可長達3年。
(3)組件易於維護
采用(yòng)標準化(huà)設計,組件易於拆(chāi)卸維護,可以輕鬆(sōng)檢查維護任何一片(piàn)過濾膜片及其它單元,維修簡單這是(shì)其它形式膜組件所無法達到的。
(4)過濾膜片更換費用低
內部任何單個單元均允許單獨更換。當過濾膜片需更換時可進行單個更換,這*大程度減少了換膜成(chéng)本(běn),當卷式膜出(chū)現補丁、局部泄漏等質量問題或需更換新膜時隻能整個膜組件更換。
(5)出水水質好
對各項汙染物都具有極高的(de)去除(chú)率,出水水質好。
(6)出水(shuǐ)穩(wěn)定(dìng),受外界因素影響小
由於影響膜係統截留率的因素較少,所以係統出水水質很穩定(dìng),不(bú)受可生化性、碳氮比等因素的影響,對(duì)於處理(lǐ)不宜(yí)采(cǎi)用生化處理的(de)工業廢水有(yǒu)著很大的優勢。
(7)運行靈活
操作靈活,可以連續運行,也可間歇運行,還可(kě)以調整係統(tǒng)的串(chuàn)並聯方式,來適應水質(zhì)水量的要求(qiú)。
3 特(tè)種RO膜處理膜工藝濃水的方法
膜工(gōng)藝濃水經過適當的預處理後(hòu)泵入RO特種膜單(dān)元,由於RO特種膜*高可以(yǐ)高壓條件下操作,因而降低了 RO特種膜(mó)對傳統膜工藝濃水的透過液回收(shōu)率(lǜ)的限製,濃縮倍數增加,濃(nóng)縮液的電導率可以提高到100000-120000μs/cm。由於(yú)產水回收率的增加導致了濃水體積(jī)的減少,因此也降低了後續膜濃縮液處(chù)理工藝的規模和(hé)運行費用。
RO特種膜(mó)對膜工(gōng)藝(yì)濃水中有機物、鹽(yán)度和水的分離較徹(chè)底,透過液水質較好,COD和鹽度的去除率均可達到90%以上,因而透過液可(kě)以直接(jiē)排放或(huò)者進入生化處理工藝進一步處理,RO特種膜(mó)的濃縮(suō)液則進入MVR蒸發係統做蒸發結晶零排放處理。
MVR是機械(xiè)壓縮式蒸發技術,它*大限度的(de)利(lì)用二次蒸汽中的蒸發潛熱。借助MVR泵的作用,隻需要輸入較少的能量便可將低品位的(de)蒸汽壓縮至較高飽和溫度的高品味蒸汽,使得蒸汽能夠被循環使用。這會比多(duō)效(xiào)蒸發器節省大量能源。使用蒸發過程中產生的(de)二次蒸汽進行壓縮,提高溫度後再返回用作蒸發熱源,可極大減少蒸汽消耗量。通過MVR處理後,濃縮液中的絕(jué)大部分(fèn)水進入冷(lěng)凝液中,大量鹽分和有機物析出成為殘渣,從而完(wán)成高濃度的各(gè)類汙染物與水相的徹底分離。
從(cóng)原理上講“RO特種膜技術+MVR蒸發”組合工藝對傳統膜工藝(yì)廢水的有機汙染物和鹽(yán)度具有非常理想的(de)去除效果,絕大部分汙染物和鹽(yán)度(dù)*終進入MVR蒸(zhēng)發單(dān)元的殘渣中,因此 RO特種膜的透過液和MVR蒸發單元的冷凝液水質很好,可(kě)以直接回用(yòng)或者經過簡單(dān)的(de)深度處理後回用。
四 電滲(shèn)析(xī)
1. 電滲析原理
在外加直流電場作用下,利用離子交換膜的透過性(xìng)(即陽膜(mó)隻允許陽離子透過,陰膜隻允許陰離子透過),使水中的陰、陽離子作定向遷移,從而達到水中的離子與水分離的一種物理化學過程。
原理是(shì):在陰極與陽極之間,放置著(zhe)若幹交替排列的陽膜與陰膜,讓水通過兩膜(mó)及兩(liǎng)膜與兩極之間所形成的隔室,在兩端電極接通直通電源後,水中陰(yīn)、陽離子分別向陽(yáng)極、陰極方向遷移(yí),由於陽膜、陰膜的選擇透過(guò)性,就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室(shì)和離子濃度增加的濃室。與此同時,在兩電極上也發生著氧化還原反應,即電(diàn)極反應,其結果是使陰極室因溶(róng)液呈堿性而結(jié)垢,陽極室(shì)因溶(róng)液呈酸性而腐蝕。因此,在(zài)電滲析過程中,電能的消耗主要用來克服電流通過溶液(yè)、膜時所受到的阻(zǔ)力及電極反(fǎn)應。
電滲析裝置
電滲析(xī)器的構造包括壓板、電(diàn)極托板(bǎn)、電極、極框、陰膜、濃水隔板、淡(dàn)水隔板等部件。將這些部(bù)件按一定順序組裝並壓緊,組成一定形式的電滲析器。電滲析器的輔(fǔ)助設備還包括水泵、整流器等,組成了電滲(shèn)析裝置。
1電滲析器的構造:電滲析器由(yóu)膜(mó)堆、極區和壓緊裝置三(sān)部分構成。
1.1膜塊:是由(yóu)相當數量膜(mó)對組(zǔ)裝而成。
膜對:是(shì)由一張陽離子交換膜,一(yī)張隔板甲(或乙);一張陰膜,一張隔板乙(或甲)組成。
離子交換膜:是電滲析器關鍵部件,其性能影響電滲析器的離子遷移效率、能(néng)耗、抗汙染能力和使用(yòng)期限等。其中膜的分類:按膜結構分為:異相膜、均相膜和半均相(xiàng)膜;按膜(mó)上(shàng)活性基團不同分為:陽膜、陰膜和特種膜;按膜材(cái)料不同分為:有機膜和無機膜。
隔板:分濃(nóng)、淡水隔板,交替放陰陽膜之間,使陰膜和陽膜之間保持一定間隔,隔板平(píng)麵水流,垂直隔板平麵電流。隔板(bǎn)厚離0.9毫米。
1.2極區包括電極、極框和導水板。
電極:為連接電源所用
極框:放置電(diàn)極和膜之間,膜帖(tiē)到電極上去,起支撐(chēng)作(zuò)用。
1.3壓緊裝置:是用來壓(yā)緊(jǐn)電(diàn)滲析器,使膜堆(duī)、電極等部件(jiàn)形(xíng)成一個整體,不致漏水。
2、組裝方式:電滲析(xī)器組裝是用“級”和“段”來(lái)表示,一對電極之間膜堆稱為“一級”。水流同向每一個膜稱為“一(yī)段”。增加段數就等於增加脫鹽流程,也就是提高脫鹽效率,增加(jiā)膜對數,可提高水處理量。
電滲析器組裝方式可淡水產量和出水水質不同要求而(ér)調整,一(yī)般有以下幾種組裝形式:一級一段;一級多段;多段一段;多級多段。
應用(yòng)案例:
1、電滲析在反滲透(tòu)濃水回用(yòng)中的應用
隨著膜技術的快速發展,反滲透得到越來越廣泛的應用(yòng),但是反滲(shèn)透製純水生產過(guò)程中會產生大量的濃水,如果濃(nóng)水得不到妥善處理而直接排放,必然會造成資源浪費及環境汙染。我公司(sī)采用電(diàn)滲析工藝對反滲透濃水進行回(huí)收再利用(yòng),取得了良好的經濟效益(yì)和社會效益。
某熱電(diàn)廠反滲透濃水回用工藝流程圖
本係統工藝主要采用(yòng)原反滲透(tòu)濃水進入(rù)倒極電驅動膜分(fèn)離器係統+二級反滲透+EDI係統。回用水降到電導率(lǜ)1000μS/cm後,進入反滲透係統,達到電(diàn)導率5μS/cm以內,反滲透產出淡水進入EDI係統,反滲透產出濃水進(jìn)入倒極電滲析係統。電(diàn)滲析產出的濃水進入(rù)濃縮水箱。EDI產出濃水進入二級反滲透係統,EDI產出(chū)淡水達到15MΩ,進入產水罐。采用本工藝,既為企業(yè)解決了電廠鍋爐補給(gěi)用水,又可使企業(yè)廢水(shuǐ)達到零排放。
2、電滲析技術在高鹽高COD汙水中的應用
在醫藥中間體及化工廠生產過程中產出大量含有機物的高鹽汙水,該汙水由於含鹽量(liàng)太高(gāo),很難進行生化處理達到排放或回用(yòng)標準(zhǔn)。
使用電(diàn)滲析可(kě)以(yǐ)使(shǐ)鹽分下降至可生(shēng)化標準,淡水進入(rù)生化。電滲析產出的含鹽汙水(shuǐ)經過電滲析濃縮至12%-15%以上,進入蒸發或MVR係統(tǒng),*終達到零排放的目的,既為企業解決了高鹽廢水排(pái)放難題,又可(kě)以使水資源得到回收利用,節約了資源,提高了企業的經濟效益。