膜濃縮+多效蒸發(fā)在處理高濃度含鹽廢水中的應(yīng)用

吳智兵

（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

膜濃縮+多效蒸發(fā)在處理高濃度含鹽廢水中的應(yīng)用

吳智兵

（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000）

以氯堿化工生產(chǎn)純水產(chǎn)生的高濃度含鹽廢水為處理對(duì)象，采用膜濃縮+多效蒸發(fā)技術(shù)廢水處理工藝，實(shí)現(xiàn)了廢水的回收利用，促進(jìn)了水資源的充分利用和清潔生產(chǎn)。

保護(hù)環(huán)境；膜濃縮；多效蒸發(fā)；高含鹽廢水；回用利用

高濃度含鹽廢水是指含總?cè)芙夤腆wTDS和有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥3.50%的廢水，包括高含鹽生活廢水和高含鹽工業(yè)廢水。高濃度含鹽廢水主要來源于直接利用海水的生活污水、工業(yè)生產(chǎn)和食品加工廠、化工廠、制藥廠及石油和天然氣的采集加工等。這些污水中除了含有有機(jī)污染物外，還含有大量的無機(jī)鹽，如Cl-、SO2-4、Na+、Ca2+等離子。這些廢水如果未經(jīng)處理直接排放，必定會(huì)對(duì)水體生物、生活飲用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水產(chǎn)生極大危害。

天偉化工有限公司20萬t/a特種聚氯乙烯樹脂裝置配套建設(shè)3套純水裝置，其中2套采用反滲透工藝技術(shù)，1套采用陰陽離子技術(shù)。陰陽離子技術(shù)的陰床、陽床及混床需定期用酸堿再生，再生產(chǎn)生的酸堿廢水經(jīng)過中和后pH值為6.5～8.5，含鹽量為13 000 mg/L，含鹽廢水量為200 m3/d。高濃度含鹽廢水的排放會(huì)環(huán)境污染，因此，處理高濃度含鹽廢水對(duì)保護(hù)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。天偉化工有限公司為了達(dá)到“零排放”的目標(biāo)，將高濃度含鹽廢水經(jīng)過處理后回用作為循環(huán)水補(bǔ)水。

1 高含鹽廢水的常用處理方法

目前，處理高濃度含鹽廢水的方法有∶納濾膜法（NF）、反滲透膜法（RO）、微濾（MF）、超濾（UF，如陶瓷膜處理）、太陽能法、蒸餾法（包括多效蒸發(fā)、多級(jí)閃蒸（MSF）、壓氣蒸餾、膜蒸餾、露點(diǎn)蒸餾法等）、低溫多效（MED）、電滲析法（ED）、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)等。

經(jīng)過綜合比較和分析，該公司采用膜濃縮+多效蒸發(fā)處理高濃度含鹽廢水，含鹽廢水處理量為200 m3/d，每天運(yùn)行時(shí)間20 h，則含鹽廢水膜濃縮系統(tǒng)按照10 m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。廢水含鹽主要是氯化鈉，含量在13 000 mg/L。膜濃縮系統(tǒng)分為2級(jí)系統(tǒng)，一級(jí)采用普通卷式膜系統(tǒng)，將10 m3/h原水濃縮2.5倍后，4 m3/h濃水再進(jìn)入高壓平板膜系統(tǒng)，經(jīng)過高壓平板膜再濃縮2.5倍后剩1.5 m3/h濃縮液進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，工藝流程即水力平衡圖見圖1。

圖1 工藝流程即水力平衡圖

2 膜系統(tǒng)工藝技術(shù)

2.1 卷式膜反滲透技術(shù)

反滲透簡稱RO，是六十年代發(fā)展起來的一種膜分離技術(shù)，其原理是原水在壓力的作用下通過反滲透膜，水中的溶劑由高濃度向底濃度擴(kuò)散從而達(dá)到分離、提純、濃縮的目的，由于與于自然界的滲透方向相反，因而稱反滲透。反滲透可以去除水中的細(xì)菌、病毒、膠體、有機(jī)物和98%以上的溶解性鹽類。該方法具有運(yùn)行成本低、操作簡單、自動(dòng)化程度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。與其他傳統(tǒng)的水處理方法相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于水處理相關(guān)行業(yè)。

反滲透水處理工藝屬于物理脫鹽方法，在諸多方面具有傳統(tǒng)的水處理方法所沒有的優(yōu)異特點(diǎn)。

（1）反滲透是在室溫條件下，采用無相變的物理方法將含鹽水進(jìn)行脫鹽、純化。目前，超薄復(fù)合膜元件的脫鹽率可達(dá)到99.5%以上，并可同時(shí)去除水中的膠體、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等。

（2）水的處理僅依靠水的壓力作為推動(dòng)力，其能耗在許多水處理方法中最低。

（3）反滲透可以連續(xù)運(yùn)行制水，系統(tǒng)簡單，操作方便，產(chǎn)品水質(zhì)穩(wěn)定。

（4）反滲透裝置自動(dòng)化程度高，運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備維護(hù)工作量少。

（5）設(shè)備占地面積小。

（6）既適應(yīng)于苦咸水和海水的處理，又適應(yīng)于低含鹽量的淡水處理。

2.2 高壓平板膜系統(tǒng)技術(shù)

高壓平板膜系統(tǒng)是一種超高壓力的反滲透系統(tǒng)，最高運(yùn)行壓力可達(dá)到20 MPa，適用于高鹽度廢水、海水、以及各種高濃度水性物料的高倍數(shù)濃縮和處理。高壓平板膜系統(tǒng)膜組件結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)。

（1）由耐壓導(dǎo)流盤，膜片疊置及中央通道拉桿組成，導(dǎo)流盤并不壓在膜包表面上置于中央拉桿周圍的O形圈將進(jìn)水和純水分開。

（2）平板元件入水流道短，流動(dòng)連續(xù)產(chǎn)生 180°轉(zhuǎn)向從而消除了濃度極化。

（3）膜表面和配流盤之間的通道之間的間距在1 mm以上，這種開敞式通道的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得原水即使?jié)岫雀咧?0 NTU仍可正常工作，這樣就可以簡化預(yù)過濾。較寬的通道也可以承受更快的膜表面液體流速，高達(dá)0.4～1.0 m/s的膜表面流速可以大大降低濃差極化的可能性。

（4）由于導(dǎo)流盤經(jīng)特殊流體力學(xué)設(shè)計(jì)，保證了膜表面的水流呈湍流狀態(tài)，使得膜表面的污染和結(jié)垢少，膜穩(wěn)定性極高，正常使用壽命可達(dá)3年以上。由于高壓平板膜膜柱的設(shè)計(jì)中，其他附件均選擇質(zhì)量很高的元件，使得可以長期使用15年，每隔3～5年只需要更換膜包，費(fèi)用低且非常簡便。

（5）高壓平板膜系統(tǒng)操作溫度范圍為10～35℃，滿足大多數(shù)工業(yè)處理的需要。

3 含鹽廢水蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)

經(jīng)過反滲透系統(tǒng)及高壓平板膜系統(tǒng)處理后的含鹽廢水，采用雙效順流強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)裝置。鹽溶液蒸發(fā)屬于蒸發(fā)結(jié)晶，因此蒸發(fā)器采用抗鹽析、抗結(jié)疤堵管能力強(qiáng)的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。由于該混合溶液具有腐蝕性，長期運(yùn)轉(zhuǎn)考慮，蒸發(fā)材質(zhì)選用鈦材TA2，與二次蒸汽接觸材質(zhì)選用不銹鋼304，其他材料可選用炭鋼。

3.1 含鹽廢水濃縮系統(tǒng)

該工藝采用轉(zhuǎn)效排鹽，集中排母液的方式進(jìn)行生產(chǎn)。Ⅰ效集鹽角中的鹽排到Ⅱ效下循環(huán)管中。Ⅱ效集鹽角中的鹽漿由鹽漿泵抽入漩渦鹽分離器進(jìn)行分離后進(jìn)入沉鹽器，沉鹽器收集滿后將鹽排入離心機(jī)離心分離，離心母液回蒸發(fā)室再次蒸發(fā)結(jié)晶，離心機(jī)離心分離出來的鹽分可以直接出售，如果要求更低的含水率，也可以再進(jìn)入干燥系統(tǒng)進(jìn)一步脫離水處理，工藝流程示意圖見圖2。

3.2 蒸汽及二次蒸汽系統(tǒng)

圖2 含鹽廢水蒸發(fā)濃縮分離技術(shù)工藝流程示意圖

來自外網(wǎng)的蒸汽通過減壓后用閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入Ⅰ效加熱室，控制表壓為0.3 MPa。生蒸汽管路上設(shè)置有安全閥，超壓后自動(dòng)排泄報(bào)警，確保蒸發(fā)系統(tǒng)的安全。Ⅰ效蒸發(fā)室蒸發(fā)后的二次蒸汽經(jīng)蒸汽管路進(jìn)入Ⅱ效加熱室。Ⅰ效加熱室的冷凝水排回鍋爐房。Ⅱ效加熱室的冷凝水進(jìn)入Ⅱ效閃蒸罐，Ⅱ效閃蒸罐中產(chǎn)生的閃發(fā)汽體回到冷凝器進(jìn)口，冷凝水經(jīng)閥門調(diào)節(jié)進(jìn)入冷凝水平衡罐。

Ⅱ效蒸發(fā)室排出的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器，冷凝器冷凝產(chǎn)生的冷凝水與Ⅱ效加熱室產(chǎn)生的冷凝水匯集至冷凝水罐。

3.3 二次蒸汽循環(huán)冷凝系統(tǒng)

Ⅱ效蒸發(fā)室產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器，冷凝器采用循環(huán)冷卻水進(jìn)行換熱降溫。循環(huán)水的循環(huán)量一般控制在50 m3/h，最佳溫度控制在30℃以下。

4 水質(zhì)情況對(duì)比

采用膜濃縮+多效蒸發(fā)處理高濃度含鹽廢水，處理量10 m3/h，回收利用8.5 m3/h，用于敞開式循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，替代一次水補(bǔ)水，水質(zhì)對(duì)標(biāo)見表1。

通過直觀的數(shù)據(jù)對(duì)比可以清楚的發(fā)現(xiàn)，采用膜濃縮+多效蒸發(fā)技術(shù)處理高濃度含鹽廢水效果明顯，處理后的水各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到新鮮水指標(biāo)。已將處理后的水回用于循環(huán)水補(bǔ)水節(jié)約大量水資源。

表1 水質(zhì)情況對(duì)比

5 結(jié)論

采用膜濃縮+多效蒸發(fā)技術(shù)對(duì)高濃度含鹽廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了廢水的綜合利用，減少新鮮水用量，節(jié)約水資源，減少廢水排放量。蒸發(fā)過程較為穩(wěn)定，處理完的水質(zhì)極好，水質(zhì)條件可以超過管網(wǎng)新鮮水水質(zhì)，作為循環(huán)水補(bǔ)水可以使循環(huán)水系統(tǒng)保持較高的循環(huán)倍數(shù)，較低的硬度和有機(jī)物含量可以減少企業(yè)換熱系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢。

Application ofmembrane concentration and multieffect evaporation in the treatmentofhigh concentration saltcontaining wastewater

WU Zhi-bing
（Tianwei ChemicalCo.,Ltd.,Shihezi832000，China）

∶To produce pure water ofchlor alkalichemicalindustry production high concentration containing salt wastewater as treatment object，using membrane concentration+multi effect evaporation technology for wastewater treatment process，achieve the high concentration containing salt waste water recycling，to promote the fulluse ofwaterresources and cleanerproduction.

∶protect the environment；membrane concentration；multi effect evaporation；high salt waste；recycling utilization.

TQ114.26+1

：B

：1009－1785(2017)04-0036-03

2017-01-09