【盤點】四種廢水零排放技術大盤點!
來源:科柏(bǎi)盛環(huán)保 發布時間:2023-10-13
廢水“零排放”是指工業水經過重複使(shǐ)用後,將這部分含(hán)鹽量和汙染物高(gāo)濃縮成廢水全部(99%以上)回(huí)收再利用,無任何廢液排出工廠。零(líng)排放,就其內容而言,一是要控製(zhì)生產過程中不得(dé)已產(chǎn)生的能源和資源排放,將其減少到零;另一含義是將(jiāng)那些不得已排放出(chū)的能源、資源充分利用,*終消滅不可再生資源和能源的存(cún)在。
一 、RCC技術
RCC的核心技術為“機械蒸汽再(zài)壓縮循環蒸發技術”及“晶種法技術”、“混合鹽結(jié)晶技術”
(一)機械蒸汽再壓縮循環蒸發技(jì)術
1、機械蒸汽再壓(yā)縮循環蒸發技術的基(jī)本原理
所謂的機械蒸汽(qì)再壓縮循環蒸發技術,是根據物理學的原理,等量(liàng)的物質,從液態轉變為氣態的過程中,需要吸(xī)收定量的熱能。當物質(zhì)再由氣態(tài)轉為液(yè)態時,會放出(chū)等量的熱能。根據這種原理,用這種蒸發器(qì)處理廢水時,蒸發廢水所需的熱能(néng),再蒸汽冷凝和冷凝水冷卻時釋放熱能所提供。在運作過程中,沒有潛熱的流失。運作過程中(zhōng)所消(xiāo)耗的,僅是驅(qū)動蒸(zhēng)發器內廢(fèi)水、蒸汽(qì)、和冷凝水循環和流動的水泵、蒸汽(qì)泵(bèng)和控製係統所消耗的電能。為(wéi)了抵抗廢水(shuǐ)對蒸發器的腐蝕,保證設備(bèi)的使用壽命蒸(zhēng)發器的主體和內(nèi)部的換熱管,通常用高級鈦合金(jīn)製造。其使用壽命30年或以上。
蒸發器單機廢水處理量由27噸/天起至3800噸/天。如果需要處理的廢水量大於單機*大處理量,可以按裝多台蒸(zhēng)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、鹵水濃縮器構造(zào)及工藝流程
(1)待處理鹵水(shuǐ)進入貯存箱,在箱(xiāng)裏把鹵水的PH值調整到5.5-6.0之間,為除氣和除碳作準備。鹵水進入換熱器把溫度升(shēng)至沸點(diǎn)。
(2)加熱後的鹵水經過除氣器,清除水裏的不溶所(suǒ)體,如氧氣和二氧化碳。
(3)新進鹵水進(jìn)入深縮器底槽,與在濃縮器內部循環的鹵水混合,然後被泵輸送到換熱(rè)器管(guǎn)束頂(dǐng)部水箱。
(4)鹵水通過裝置,在換熱管頂部的鹵水分布件(jiàn)流入(rù)管內,均勻地分布在管子的內壁上,呈薄膜狀,受(shòu)地引力下(xià)降至底槽。部分(fèn)鹵水沿管壁下降時,吸收管外蒸(zhēng)汽所釋放的熱(rè)能而蒸發了,蒸汽和未蒸發的鹵水一起下降至底槽。
(5)底槽內的蒸汽經(jīng)過除霧(wù)器進入壓縮(suō)機,壓(yā)縮蒸汽進入濃縮器。
(6)壓縮蒸汽的潛熱(rè)傳過換熱管壁,對沿著管內壁下降的溫度較低的鹵水膜加(jiā)熱,使部分(fèn)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(zhēng)餾水沿管壁下降,在濃縮器底部積聚後,被泵經換熱(rè)器,進儲存罐待用。蒸餾水流經換熱器時,對新流入的鹵(lǔ)水加熱。
(8)底槽內部分鹵(lǔ)水被排放,以控製濃縮器(qì)內鹵水的濃(nóng)度(dù)。
晶種法技術:可以解決蒸發器換熱管的結垢問題,經處理後排放(fàng)的濃縮廢水,通常被送往結晶(jīng)器或幹燥器,結晶或幹燥成固體,運送堆填區(qū)埋放。上述循環過程,周(zhōu)而複始,繼續不斷(duàn)地進行。
(二)晶種法技術
如廢水裏含有大量鹽分或 TDS,廢水(shuǐ)在蒸發器(qì)內(nèi)蒸發時,水(shuǐ)裏的 TDS很容易附著在換熱管的表麵結垢,輕則(zé)影響換熱器的(de)效率,嚴量時則會把換熱管堵塞。解決蒸(zhēng)發器內換熱管的(de)結垢問題,是蒸發器能否(fǒu)用作處理工業廢水的關鍵。RCC成功開發了(le)獨家的“晶種法”技術,解決了蒸發器換熱管的結垢問題(tí),使他們設計和生(shēng)產的蒸發器,能(néng)成(chéng)功地應用於含鹽工業廢水的(de)處理,並被廣泛采用。應用“晶種法(fǎ)“技術的蒸發(fā)器(qì),也(yě)稱作“鹵水濃縮器” (Brine Concentrator)。經鹵水濃縮器處理後排放的濃縮廢水,TDS含量可高達300,000 pp,通常(cháng)被(bèi)送往結晶器或幹燥(zào)器,結晶或幹燥成固體,運(yùn)送堆填區埋放。
“晶種(zhǒng)法”以硫酸鈣為基礎。廢水裏須有鈣和硫化物(wù)的(de)存在(zài),濃縮器開始運作前,如果廢水裏自然存在的鈣和硫化物離子含量不足,可以人(rén)工加以補充,在廢水裏加添硫酸鈣(gài)種子,使廢水裏鈣和硫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(jīng)的鈣和硫酸鈣(gài)離子含量達到適當水平。廢水開始蒸發時(shí),水裏(lǐ)開始結晶的鈣和硫酸鈣離子就附著在這(zhè)些種子上,並保持懸浮在水裏,不會附著(zhe)在換執管表麵結垢。這種現象稱為“選擇性結晶”。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,除了在濃縮器啟動時有(yǒu)可能添加(jiā)“晶種外”,正常運作時不需再添(tiān)晶種。
(三)混全鹽結晶技術
1、混全鹽結晶技術的(de)應用
鹵水(shuǐ)濃(nóng)縮器可回收鹵(lǔ)水裏95%至98%的水份,剩餘的濃縮鹵水殘液,含有大量的可溶固體(tǐ)。在有些地區,鹵水殘液被送往蒸發(fā)池自然蒸發,或作深井壓(yā)注處理。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(pái)放蒸發池或(huò)作深井壓注處理後滲出,對(duì)水源造(zào)成二次汙染,沿岸的工礦企業產生的廢水,必須作“零排入”處理。如殘液(yè)的流量(liàng)很小(xiǎo),則可用幹燥器把殘淮幹燥成固體,收集後(hòu)送堆場填(tián)埋;如殘液量較大,用結晶器把殘液裏的可溶固體給(gěi)晶後(hòu)收(shōu)集(jí)填埋,是更經濟的處(chù)理方法。
一般生(shēng)產性化工結晶程序,如氯化鈉(nà)、硫酸鈉等(děng)化工商品的生產,僅需要處理一(yī)種鹽類的結晶,這類單鹽鹵(lǔ)水的結晶工藝,比較容易掌握,但工業汙水裏所含的(de)的鹽份,種類(lèi)繁雜(zá),甚至含有兩種鹽份組成的複鹽。有多種鹽類(lèi)並存(cún)的鹵(lǔ)水會在結晶器內產生泡沫和具有極(jí)強的腐蝕性,同時多種不同鹽(yán)類的存在,會造成鹵水不同的沸(fèi)點升高。不同成(chéng)度的結垢,對設備的換熱係(xì)數產生不同程度(dù)的影響。
2、混全鹽結晶技術的設備與工(gōng)藝流程
用作混合(hé)鹽結(jié)晶的結晶器,可用蒸汽(qì)驅動,也可(kě)用電動蒸汽壓(yā)縮機驅動,後者是(shì)能效較高的係統。
強製循(xún)壓縮蒸(zhēng)汽(qì)結晶器:強製循環壓縮蒸汽(qì)結晶器是熱效率*高的結晶係統,係統所需的熱能,由一台電動蒸(zhēng)汽(qì)壓縮機提供(gòng)。它的主要工作程序如下:
(1)待處理濃鹵水被泵進(jìn)結晶器(qì)。
(2)和正在循環中的鹵水(shuǐ)混合,然後(hòu)進入殼管式換(huàn)熱器。因換熱器管子注滿水,鹵水在加壓狀態下不會沸騰並抑止(zhǐ)管內結垢。
(3)循環中(zhōng)的鹵水以特定角度進入蒸汽體,產生渦旋,小(xiǎo)部鹵水被蒸發。
(4)水分被蒸發時,鹵水內產生晶體(tǐ)。
(5)大部(bù)鹵水被循環至加熱器,小股水流被抽送至離心機或過(guò)濾器,把晶(jīng)體分離。
(6)蒸汽經(jīng)過除霧器,把(bǎ)附有的顆粒清除(chú)。
(7)蒸器經壓縮機加壓,壓縮蒸汽在加熱器的換熱管外殼上冷凝成蒸餾水,同時釋(shì)放潛熱把管內的鹵水加熱。
(8)蒸(zhēng)餾水收集後,供廠內需要高質蒸餾水的工藝流程使用,在某些條件下,結晶器(qì)產生的晶體,是(shì)很高商業價值的化工產品。
二、HERO技術
HERO是High Efficiency Reverse Osmosis的簡稱。HERO工藝(yì)的預處理步驟(zhòu)要根據水化學(xué)和現場(chǎng)的專門設計規範來定製的。有一個步驟是不變的(de),這就是(shì)RO是在高pH條件下(xià)運行的。為了使RO能在高pH條件下運(yùn)行,所有會引(yǐn)起膜結(jié)垢的硬度和其(qí)它陽離(lí)子成分必須除去。懸浮固體物應降至接近零(líng)以避免膜的堵塞,二氧化碳要除到一定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,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)會受到濃液滲透壓的限製。此工藝可實現95%的回收率。而(ér)在大多(duō)數電子超純水的(de)應用上,回收率會更高。
特點主要是:
1.運行(háng)穩(wěn)定。2.運行成本低(dī)(一般(bān)比傳統的RO要低15%-20%)。3.投資費用低(一般比傳統的RO要低30%)。4。更低的占地空間。5適用於(yú)高純水的製備以及廢水處理。6無需複雜(zá)的清洗工藝,無需添加阻垢劑。
三個主要工藝步驟:
l 硬度和懸浮固體物的除去
l 二(èr)氧化碳的去除
l 在高 pH條件下進行RO 處理
通過軟化去處(chù)水(shuǐ)中的硬度,然後(hòu)再通過脫氣去(qù)處水中的二氧化碳,再加堿將RO進水的pH調到8.5以上。在這種模式下運行,RO的回收(shōu)率通(tōng)常能夠突(tū)破極限(xiàn)達到90%以上。" D% G! B1 P6 [- Z; m% ^
主要工藝以及控製指標為:( ?( L. ~; E- u/ L, s0 n
1)硬度得到去除:離子交換去除硬度(dù),控製出水指標為小於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:反滲透給水加堿提高PH值,濃水側(cè)*大不超過11,根(gēn)據RO回收率,給水PH值在10.0~10.5。產品(pǐn)水PH將達到9.3~9.8。
4)反滲透:反滲透設計產水通量在25~30GFD(gallon/ft2/day),可以(yǐ)用低壓苦鹹水膜,標準苦鹹水膜,海水膜。根據給水的水質條件,水回收率(lǜ)可以達到90~98%。典型在95%。
HERO 的特點和優勢 9 J+ \/ I1 w& V( K
1在HERO工藝條件下(xià),高PH運(yùn)行也是膜供應商接受的。給水是排汙水或含鹽量較高時,可以達到的水回收率(lǜ)90%或更高,同時減少清洗頻率。這是因為:高PH條件下,細菌難以繁殖,不(bú)易產(chǎn)生潛在的(de)生(shēng)物膜。高PH條件下,膜所帶負電荷密度更高,對負(fù)電荷陰離子,微粒,特別是帶負(fù)電荷微粒更高去除率。RO處於連續清洗模式(shì)。*對於高矽水(shuǐ)質,在高PH條件下矽(guī)是溶解態(離子態),可(kě)以到達高(gāo)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(zǐ)去除(chú)率可以達到(dào):
硼>99.4% ' A( Z4 M7 S- S, h
矽>99.97%
有機物(TOC)>99%
三、特(tè)種RO膜
特種RO膜濃水再濃縮零排放工(gōng)藝
1特種 RO膜(mó)結構及工作方式
特種(zhǒng)膜主要由過濾膜片(piàn)、導(dǎo)流盤、中心拉杆、高壓容器、兩端法蘭、各種密封件及(jí)聯接螺栓(shuān)等組成。過濾膜片和導流盤交(jiāo)替疊放(fàng),中心拉杆串成膜芯置入高壓容器後兩端法蘭進行固定,再(zài)用拉杆結合形成。
原水通過膜芯與高壓容器的間隙到達膜元件底部,均(jun1)勻布流進入導流盤,在(zài)導流盤表麵以雷達掃(sǎo)描方式流動,從投幣式切(qiē)口進入下一組導流盤和膜片,在整個膜柱內呈渦流狀流動,產水通(tōng)過中心(xīn)管排出膜元件。
2 、 特種RO膜(mó)特點和優勢
(1)*低程度的(de)膜結垢和汙染現象
采用開放式寬流道及獨特的水力學設計,具有更寬的流(liú)體通道,更優異的流體湍流效果(雷諾準數(shù)>2500,膜片自清洗效果(guǒ)更好),導流盤專利結構設計,渦流式流動狀態,*大(dà)程度上減少了膜表(biǎo)麵結垢、汙染及濃差極化現(xiàn)象的產生。
(2)膜使用壽命長
RO特(tè)種膜采用了新型改性膜片(piàn),更適用於廢水膜分離。膜(mó)片抗壓力能力更強,*高可以達到160bar。且該組件能夠有效避免膜的結垢,膜汙染減輕,使反(fǎn)滲透膜的壽命延長。SUPER RO特種膜(mó)的特殊結構使膜組易於清洗,清洗後通量恢(huī)複性非(fēi)常好,從(cóng)而延長了(le)膜片壽命。在高濃(nóng)度(dù)廢水處理中,膜壽命可長達3年。
(3)組件易於維(wéi)護
采用標準化設計,組(zǔ)件易於拆卸維護,可以輕鬆檢查維護任何一片過濾膜片及其它單元,維修簡單這是其它形式膜(mó)組件所無法達到的。
(4)過濾膜片更(gèng)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(xū)更(gèng)換(huàn)時可進行(háng)單個更換,這*大程(chéng)度減少了換膜成本,當卷式(shì)膜出現補丁、局部泄漏等(děng)質量(liàng)問題或需更換新膜時隻能整個膜組件更(gèng)換。
(5)出水水(shuǐ)質好
對各項汙染物都具有極高的去除率,出水水質(zhì)好。
(6)出水穩定,受(shòu)外界因素影響小
由(yóu)於影響膜係統截留率的因素(sù)較(jiào)少,所以係統出水水質很穩定,不受可生化性、碳氮比等因素的影(yǐng)響,對於處理不宜采用生化處理的工(gōng)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(yùn)行,也可間(jiān)歇運行,還可以調整係統的串並聯方式,來適應水質水量的要求。
3 特種RO膜處理膜工藝濃水的方法
膜工藝(yì)濃(nóng)水經過適當的預處(chù)理後泵入RO特種膜單元,由於RO特種膜*高可以高壓條件下操(cāo)作,因而降低了 RO特種膜對傳統膜工(gōng)藝濃水的透過液回收率的限製,濃縮倍數增加,濃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(tǐ)積的減少,因此也降低了後續膜濃縮液處理工藝的規(guī)模和運行費用。
RO特種膜對膜工藝濃水中有機物、鹽度和水的分離較徹底,透過液水質較好,COD和鹽度的去除率均可達到90%以上,因而透過液可以直接排放或者(zhě)進入生化處理工藝進一步處理,RO特種膜的濃縮液則進入(rù)MVR蒸發係統做蒸發結晶零排放(fàng)處理。
MVR是機械壓縮式蒸發技術,它*大限度的利用二次(cì)蒸汽(qì)中的蒸發潛熱。借助MVR泵的作用(yòng),隻需要輸入較少的能量便可將低品位的蒸汽壓縮(suō)至較高(gāo)飽和溫度的高品味蒸汽,使得蒸汽能夠(gòu)被循環(huán)使用。這會比多效蒸發器節(jiē)省大量能源。使用蒸發過程中產生的二次蒸汽(qì)進行壓縮,提高溫度後(hòu)再返回用作蒸發(fā)熱源,可極大減少蒸汽消耗量。通過MVR處理後,濃縮液中的絕大部分水進(jìn)入冷凝液中,大(dà)量(liàng)鹽分和有(yǒu)機物析出成為殘渣,從而完成高濃度的各類汙染物與水相的徹底分離。
從原理上講(jiǎng)“RO特種(zhǒng)膜技術+MVR蒸發”組合工藝對(duì)傳統膜工藝廢水的有機汙染物和鹽度具有(yǒu)非常理想的(de)去除效果,絕大部分汙(wū)染物和鹽度*終進入MVR蒸發單元的殘渣中,因此 RO特種膜的透過液和MVR蒸發單元的(de)冷凝液水質很好,可以直接回用或者經過簡單的深度處理後回用。
四 電(diàn)滲析
1. 電滲析原理
在外加直流電場作用(yòng)下,利用離子交換(huàn)膜的透過性(即陽膜隻允許陽離子透過,陰膜隻允許陰離子透過(guò)),使水中的陰、陽離子作定向遷移,從而(ér)達到水中的離子與水分離的一種物理化學過程。
原(yuán)理是:在陰極與陽極之間,放置著若幹交替排列的陽膜與陰膜,讓水通過(guò)兩(liǎng)膜及兩膜與兩(liǎng)極之間所形成的隔室,在兩端電極接通直通電源(yuán)後,水中陰、陽離子分別向陽極、陰極方向遷移(yí),由於陽膜、陰膜的選擇透(tòu)過性,就形成了交替排列的離子濃度減(jiǎn)少的淡室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,即電極反應(yīng),其(qí)結果是(shì)使陰極室因溶液呈堿性而結垢,陽(yáng)極室因溶液呈酸性而(ér)腐蝕。因此,在電滲析過(guò)程中,電能的消耗主要用來克服電流通過溶液、膜時(shí)所受到的阻力及電極反應。
電滲(shèn)析裝置
電滲析器的構造(zào)包括壓板、電極托板、電極、極框、陰膜(mó)、濃水隔板、淡水隔板等部件。將這些部件按一定順序組(zǔ)裝並壓緊(jǐn),組成一定形式(shì)的(de)電滲析(xī)器。電滲析器的輔(fǔ)助設備還包括水泵、整流器等,組成了(le)電滲(shèn)析裝(zhuāng)置。
1電滲析器的構造:電滲析器由膜堆、極區和壓緊裝置三部分構成(chéng)。
1.1膜塊:是(shì)由相(xiàng)當數量膜對組裝而成。
膜對(duì):是由一(yī)張陽離子(zǐ)交換膜,一張隔板甲(或(huò)乙);一張陰膜,一張隔(gé)板乙(或(huò)甲(jiǎ))組成。
離子交換膜:是電滲析器關鍵部件,其性能影響(xiǎng)電滲析器的離子遷移效率、能耗(hào)、抗汙染能(néng)力和使用期限等。其中膜的分類:按膜結構分為(wéi):異(yì)相膜、均相膜和半均相膜(mó);按膜上(shàng)活性基團不同分為(wéi):陽膜、陰膜和特種膜;按膜材料不(bú)同分為(wéi):有機膜和無機膜。
隔板(bǎn):分濃、淡水隔板(bǎn),交替放陰陽膜之間,使陰膜和陽(yáng)膜之間保持一定間隔(gé),隔板平麵水流,垂直隔板平麵電流。隔板厚離0.9毫米。
1.2極區包括電極、極(jí)框和導水板。
電極(jí):為連接電源所用
極框:放置電極和膜之間,膜帖到電極上去,起支撐作用。
1.3壓緊裝置:是用來壓(yā)緊電滲析器,使膜堆、電(diàn)極等部件形成一個整體,不(bú)致(zhì)漏水。
2、組裝(zhuāng)方式:電滲析(xī)器組裝是用“級”和“段”來表示,一(yī)對電極之間膜堆稱為“一級”。水(shuǐ)流同向(xiàng)每(měi)一個膜稱為“一段”。增加段數就等於增加脫鹽流程,也(yě)就是提高脫鹽效率,增加膜(mó)對數,可(kě)提高水處(chù)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調整,一般有(yǒu)以下幾種組裝形式:一級一段;一級多(duō)段;多段一段;多級多段。
應用案例:
1、電滲析在反滲透濃水回(huí)用中的應用
隨著膜技術的快速發展(zhǎn),反(fǎn)滲(shèn)透得到越(yuè)來越廣(guǎng)泛的應用,但是反滲透(tòu)製純水生產過程中會產(chǎn)生大量的濃水,如果濃水得不到妥善處理而直接排放,必(bì)然會造成資源浪費及環境汙染。我公司采用電滲析工藝對反滲(shèn)透濃水進行(háng)回收(shōu)再利用(yòng),取得了良好的經濟效益和社(shè)會效益(yì)。
某熱電廠反滲透濃水回用工藝流程圖
本係統工藝主要(yào)采用原反滲透濃水進入倒極電驅動膜分離器(qì)係統+二級(jí)反滲透(tòu)+EDI係統。回用水降到電導(dǎo)率1000μS/cm後,進入反滲透係統,達到電導率(lǜ)5μS/cm以內,反滲(shèn)透產出(chū)淡水進入(rù)EDI係統,反滲透產出濃水進入倒極電滲析係統。電滲析產(chǎn)出的濃水進入濃縮水箱。EDI產出濃水進入二級反(fǎn)滲透係統(tǒng),EDI產出(chū)淡水達到15MΩ,進入產水罐。采用本工藝,既(jì)為企業解決了電廠鍋爐補給用水(shuǐ),又可使企業廢水達到零排放(fàng)。
2、電滲析技術(shù)在高鹽高COD汙水中的應用
在醫藥中間體及化工廠(chǎng)生產(chǎn)過程中產出大量含有機物的高鹽汙水,該汙水由於含鹽量太高(gāo),很(hěn)難進行生化處理達到排放或回(huí)用標準。
使(shǐ)用電滲析可以使鹽分下降至可生(shēng)化標準,淡水進入生化。電(diàn)滲析產出的含鹽汙水經過電滲析濃縮至12%-15%以上,進入蒸發(fā)或MVR係統,*終達到零排放的目的,既為企業解決了高鹽廢水排放(fàng)難題,又可以(yǐ)使水資源得到回收利用(yòng),節約了資源,提高了企業的經濟效益。