雙級反滲透系統在煤化工高鹽廢水處理中的應用
［摘要］ 隨著煤化工工業(yè)的快速發(fā)展，反滲透技術大量地應用于煤化工廢水處理項目上。通過闡述雙級反滲透系統在煤化工高鹽廢水處理中的應用，指出其在煤化工高鹽廢水處理上應用的可行性。雙級反滲透的預處理系統采用“化學軟化+過濾+離子交換”為主的工藝，運行結果表明，雙級反滲透系統在進水電導率為50 000~65 000 μS/cm條件下，濃水和產水電導率分別可以達到100 000 μS/cm 和200 μS/cm，各指標達到系統要求，系統運行穩(wěn)定。
［關鍵詞］ 煤化工；高鹽廢水；雙級反滲透系統；電導率
某煤化工企業(yè)以煤作為生產原料， 通過煤氣化工藝的合成氣制甲醇，甲醇再制成烯烴。在其生產過程中產生了大量的化工生產廢水， 這些廢水經過廠區(qū)深度處理后，會產生大量的高鹽廢水。而煤化工企業(yè)周圍的生態(tài)環(huán)境往往比較脆弱， 并且企業(yè)往往建在水資源短缺的地方。此部分高鹽廢水若直接排放，將對企業(yè)周邊環(huán)境造成極大的污染和破壞〔1-2〕。因此考慮使用反滲透技術對本部分廢水進行處理， 同時回用其中大部分水資源〔3〕。由于進水電導率較高，本研究采用雙級反滲透系統， 在使產品水達到回用水水質要求的同時， 濃水可以進入后續(xù)蒸發(fā)結晶系統進一步處理， 不僅滿足了企業(yè)的用水要求及環(huán)保要求，還實現了可觀的經濟效益。
1 進水水質及處理要求
本項目的高鹽廢水來源于上游回用裝置產生的反滲透濃水，水量100 m3/h，進水pH 7~9、電導率50 000 ~65 000 μS/cm、硬度1 000 mg/L、Cl - 12 000mg/L，可以看出：（1）電導率高，且波動范圍較大，高濃度的氯離子對金屬設備具有較強的腐蝕性。（2）硬度較高，易在膜表面產生無機鹽垢，影響系統的運行。本項目要求廢水最終產品水的電導率≤500 μS/cm，濃水電導率＞100 000 μS/cm。
2 工藝選擇及系統設計
針對進水水質特征及處理要求， 本項目采用雙級反滲透系統進行減量處理，工藝流程見圖1。
高鹽廢水的硬度較高， 而無機鹽結垢對反滲透系統的影響很大， 若不加以去除將造成反滲透膜嚴重污堵〔4〕。所以，需先對高鹽廢水進行軟化處理，選用石灰純堿軟化法用于去除水中的硬度，石灰、純堿與水中的鈣、鎂反應生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀〔5〕，產生的污泥定時排出系統外。反滲透進水一般要求SDI≤5，而高鹽廢水經過軟化澄清后，上清液中仍有部分的懸浮物顆粒， 所以需要對澄清池出水進一步處理，從而保證反滲透的正常運行，本項目采用機械過濾器對澄清池產水進一步處理。為了保證進入反滲透的水的硬度達標，本項目設置離子交換系統，進一步去除高鹽廢水殘留的硬度。通過換熱器調整進水溫度穩(wěn)定在25~30 ℃， 滿足反滲透系統進水水溫的要求。在進入一級反滲透裝置前，需要投加還原劑（亞硫酸氫鈉）和阻垢劑（含磷小分子），還原劑的作用是控制反滲透進水的余氯低于0.1 mg/L， 保證反滲透膜不被氧化；阻垢劑的作用是保證反滲透系統正常運行不結垢，確保反滲透系統長期穩(wěn)定運行〔6〕。為達到設計產水水質要求， 一級反滲透濃水作為系統濃水去蒸發(fā)結晶系統進一步處理， 一級反滲透產水需要進入二級反滲透裝置進一步處理， 二級反滲透裝置濃水回RO 給水箱。
雙級反滲透系統的設備配置見表1。
3 系統運行情況
本項目高鹽廢水經前面預處理后， 進入雙級反滲透系統的水溫度30 ℃、pH 9~10、硬度＜10 mg/L、濁度＜1 NTU、Fe、Al 均未檢出。
3.1 系統脫鹽率及產水水質
在雙級反滲透運行期間，系統產水水質良好，各項產水水質指標均達到設計要求， 產水作為廠區(qū)循環(huán)水補水進行回用。其中，一級反滲透裝置回收率約50%時，其脫鹽率基本維持在97.5%以上；二級反滲透裝置回收率約92%時，其脫鹽率基本維持在82%以上，監(jiān)測情況見圖2。
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由圖2 可以看出， 一級RO 的脫鹽率隨運行時間的增加略有下降。這一方面是由于進水水質的波動及運行控制造成的；另一方面是膜元件的局部損壞造成的， 在日常監(jiān)測過程中陸續(xù)發(fā)現有幾只膜殼產水電導率異常升高， 應是保安過濾器泄漏造成的膜元件損傷。雙級反滲透的產水電導率基本維持在200μS/cm 以下，監(jiān)測情況見圖3。
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由圖2、圖3 可以看出，二級反滲透相對于一級反滲透裝置的整體脫鹽率下降較小， 系統的產水電導率基本可以維持在200 μS/cm 以下， 說明本項目采用雙級反滲透系統處理高鹽廢水可以保證系統產水的總體穩(wěn)定性。運行時二級反滲透濃水電導率在10 000~12 000 μS/cm， 相較于一級RO 進水電導率低很多，回流后對系統運行影響較小。
3.2 系統濃水水質及壓強
在雙級反滲透運行期間， 一級反滲透系統壓強在6.8~7.2 MPa，系統濃水的電導率較穩(wěn)定，基本維持在100 000 μS/cm 以上， 系統產水滿足系統處理要求，實現了高鹽廢水處理系統濃縮和回用的要求，監(jiān)測結果見圖4。
由圖4 可以看出，系統壓強總體不斷變化，這是由于隨著運行時間的增加， 系統內積聚的污染物質增多導致，通過化學清洗后，系統壓強會隨之降低。在實際過程中也應保證前處理的穩(wěn)定， 以免膜元件受到污染。
3.3 系統清洗情況
在正常運行期間，反滲透膜元件會受到微生物、膠體顆粒和不溶性有機物質的污染。運行過程中這些污染物沉積在膜表面， 導致進水和濃水間的壓差上升，當上升超過設計值時，需要對膜元件進行清洗〔7〕。清洗時需要針對上述污染物選擇合適的清洗藥劑， 本項目采用酸性清洗藥劑和堿性清洗藥劑對反滲透膜元件進行清洗， 并根據實際污染情況對反滲透裝置進行離線循環(huán)及浸泡， 并隨時觀察清洗液的情況，直至達到清洗要求。首先，以較低流量的清洗液置換系統內的原水，待完成后，恒定清洗液溫度在30 ℃，以較低流量在系統內循環(huán)，循環(huán)1 h 后，浸泡1 h。其次，再以較高流量的清洗液在系統內循環(huán)1 h，沖洗清洗下來的污染物。最后，用合格的產品水沖洗系統內的清洗液，備用。其中，酸性清洗藥劑是質量分數為0.2%的鹽酸；堿性清洗藥劑是質量分數為0.1%的NaOH 和0.02%的硅酸鈉。化學清洗完后用RO 產水進行沖洗，至清洗液完全被沖洗出為止。
3.4 運行能耗
對雙級反滲透系統運行電能、藥劑消耗進行核算，其中用電消耗是運行能耗中的主要部分，藥劑消耗主要是還原劑和阻垢劑，均按3 mg/L 投加進行核算；還原劑按1 元/kg、阻垢劑按26 元/kg、電費按0.5元/（kW·h）核算時，系統運行費用約在1.8 元/t。
4 結論
通過雙級反滲透系統在煤化工高鹽廢水處理中的成功應用， 可以看出雙級反滲透系統不但可以使系統產水達到設計要求， 而且可以很好地保證高鹽水處理系統產水水質的穩(wěn)定性， 更加有利于實現系統產水的循環(huán)復用，為企業(yè)節(jié)省更多水資源。雙級反滲透系統作為高鹽廢水處理中的濃縮回用單元，其穩(wěn)定的濃水指標對全廠的水處理系統起到重要作用，是實現全廠廢水處理要求，乃至到達零排放要求的重要環(huán)節(jié)，為企業(yè)的環(huán)保需求做出了貢獻。
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