化工廠濃鹽水零排放工藝路線研究

張京周,曲順利,周玉香

(中海油石化工程有限公司,山東 濟(jì)南 250101)

1 前言

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn),工業(yè)廢水零排放成為水處理的重要課題,廢水零排放是指企業(yè)生產(chǎn)用水系統(tǒng)達(dá)到無(wú)工業(yè)廢水排放。煤化工廠在污水處理上多采用生化、過(guò)濾、反滲透等技術(shù),水回收率一般60%左右,仍有大約40%的濃鹽水需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。

應(yīng)用較廣的高濃鹽水處理方案,包括蒸發(fā)塘工藝、膜蒸發(fā)工藝、多效蒸發(fā)工藝等。蒸發(fā)塘占地面積大、投資大、蒸發(fā)效果不佳;膜蒸發(fā)工藝成本高,膜通量小,運(yùn)行穩(wěn)定性差;多效蒸發(fā)工藝雖設(shè)備投入較高,但水回收率高,化工廠一般有富余的低壓蒸汽,可充分利于其熱源優(yōu)勢(shì),其應(yīng)用較為廣泛。

2 工藝路線

濃鹽水直接處理會(huì)產(chǎn)生高額運(yùn)行費(fèi)用,為降低能耗,需先將濃鹽水濃縮,常用方式為膜回收技術(shù)。為保證膜回收裝置正常運(yùn)行,需要先預(yù)處理濃鹽水中含有大量的有機(jī)物、膠束和結(jié)垢離子。經(jīng)膜回收后的濃鹽水,采用三效蒸發(fā)的方式進(jìn)行蒸發(fā)回收。

設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì),參考《GB8978-1996 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)廢水,見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

濃鹽水的工藝路線設(shè)計(jì),包含預(yù)處理單元、膜回收單元、蒸發(fā)回收單元。工藝路線見(jiàn)圖1。

圖1 濃鹽水的處理工藝路線

(1)預(yù)處理單元(見(jiàn)圖2)

圖2 預(yù)處理單元工藝路線

預(yù)處理單元包含膜生物反應(yīng)器(MBR)和超濾裝置。

達(dá)標(biāo)廢水經(jīng)泵輸送至膜生物反應(yīng)裝置,來(lái)水氨氮較低,反應(yīng)器僅設(shè)好氧反應(yīng)區(qū)可去除水中殘余COD,設(shè)計(jì)去除效率為60%～80%,生化單元采用結(jié)構(gòu)形式為浸沒(méi)式MBR生物反應(yīng)池,膜采用外壓式中空纖維膜,膜通量設(shè)計(jì)為20 L/m2·h～25 L/m2·h,停留時(shí)間3 h～4 h,生化單元出水COD值在10 mg/L以下。

膜生物反應(yīng)器選用中空纖維RF-Ⅱ簾式膜,材質(zhì)為PVDF,工藝運(yùn)行控制參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 浸沒(méi)式MBR膜生物反應(yīng)器工藝控制參數(shù)一覽表

膜生物反應(yīng)器的產(chǎn)水,送至超濾給水箱,由泵加壓送至超濾裝置,進(jìn)一步去除細(xì)菌、膠體物質(zhì)及大分子有機(jī)物。經(jīng)過(guò)膜生物反應(yīng)器處理的水,水質(zhì)較好,超濾裝置采用全流過(guò)濾方式,即膜生物反應(yīng)器的產(chǎn)水進(jìn)入超濾膜件,經(jīng)過(guò)超濾膜100%過(guò)濾后,送至超濾產(chǎn)水箱。超濾裝置超濾膜選用內(nèi)壓式中空纖維膜,截留分子量6.7萬(wàn)道爾頓,材質(zhì)為PS,工藝運(yùn)行控制參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 超濾裝置工藝控制參數(shù)一覽表

超濾是反滲透的前處理,超濾膜可截留膠體、大分子顆粒物等雜質(zhì),能保護(hù)反滲透膜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)膜回收單元(見(jiàn)圖3)

圖3 膜回收單元工藝路線

膜回收裝置主要包括反滲透(RO)進(jìn)水泵、保安過(guò)濾器、反滲透(RO)高壓水泵、反滲透(RO)膜組件及膜清洗系統(tǒng)。

保安過(guò)濾器。超濾產(chǎn)水,經(jīng)反滲透(RO)進(jìn)水泵加壓送至保安過(guò)濾器,防止超濾膜意外破損,對(duì)后續(xù)反滲透(RO)膜組件造成嚴(yán)重污染,起到保護(hù)高壓泵和反滲透膜的作用。保安過(guò)濾器,本體材質(zhì)選用不銹鋼,濾芯采用聚丙烯噴熔濾芯,過(guò)濾精度5 μm。過(guò)濾器進(jìn)水口和出水口均設(shè)置壓力表,壓差較大時(shí),應(yīng)及時(shí)查找原因或更換濾芯。

反滲透(RO)高壓泵。保安過(guò)濾器產(chǎn)水,經(jīng)高壓泵加壓送去反滲透系統(tǒng),RO高壓泵的進(jìn)口和RO膜組件的進(jìn)口設(shè)置壓力保護(hù)開(kāi)關(guān),當(dāng)泵進(jìn)水壓力過(guò)低或膜組件進(jìn)水壓力過(guò)高時(shí),報(bào)警并停泵,以保護(hù)反滲透膜。高壓泵的電機(jī)配有變頻器,泵啟動(dòng)時(shí)通過(guò)變頻器逐漸提高反滲透膜的進(jìn)水量,減少對(duì)反滲透膜的沖擊。

反滲透(RO)膜系統(tǒng)。反滲透(RO)膜宜選用抗污染型反滲透膜,反滲透膜是膜裝置的核心部件。進(jìn)水在壓力驅(qū)動(dòng)下,透過(guò)反滲透膜,作為產(chǎn)品水。反滲透膜截留的膠體、鹽分等,殘留在濃鹽水中。

膜回收單元產(chǎn)生的水送淡水箱,淡水電導(dǎo)率18 μs/cm,可回收利用;濃鹽水送濃鹽水蒸發(fā)回收單元。膜回收單元反滲透膜選用抗污染反滲透膜,材質(zhì)為聚酰胺復(fù)合膜,工藝運(yùn)行控制參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 反滲透裝置工藝控制參數(shù)一覽表

清洗裝置。膜元件正常運(yùn)行一段時(shí)間后,會(huì)受到水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染,導(dǎo)致膜通量下降,需要進(jìn)行反洗。反滲透(RO)裝置可與超濾裝置共用一套化學(xué)清洗裝置。

(3)蒸發(fā)回收單元(見(jiàn)圖4)蒸發(fā)回收單元工藝方案。經(jīng)膜回收單元處理的廢水,含有NaCl、CaSO4、MgSO4等鹽類物質(zhì),濃縮過(guò)程中易結(jié)晶、結(jié)垢,不宜采用膜式蒸發(fā)器,宜選用帶強(qiáng)制循環(huán)方式的蒸發(fā)工藝。利用化工廠已配備的蒸汽,依據(jù)節(jié)約能源的原則,采用三效蒸發(fā)器進(jìn)行濃鹽水的處理。

圖4 濃鹽水蒸發(fā)回收單元工藝路線

膜回收單元產(chǎn)生的濃鹽水,經(jīng)泵加壓送至一效蒸發(fā)器,一效蒸發(fā)器蒸發(fā)出的二次蒸汽,作為二效蒸發(fā)器的加熱蒸汽,二效蒸發(fā)器蒸發(fā)出的二次蒸汽,作為三效蒸發(fā)器的加熱蒸汽。三效蒸發(fā)器蒸發(fā)出的蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻,送至淡水箱回用。

三效蒸發(fā)器排出濃鹽水,通過(guò)出料泵,送入旋流增稠器。懸浮液在增稠器中被分為頂部溢流和底部底流兩部分,頂部溢流的稀溶液,送入三效蒸發(fā)室進(jìn)行再蒸發(fā)。底部底流濃物料送入結(jié)晶器和卸料離心機(jī)。離心力卸料離心機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,效率高,物料在較短停留時(shí)間內(nèi)獲得含濕率較低的濾餅,濾餅在慣性力作用下,沿切線防線落入集料室,液相收集在機(jī)殼內(nèi),由排液口排除,再送至三效蒸發(fā)室。濾餅,即工業(yè)廢鹽填埋或綜合利用。

三效蒸發(fā)器原料蒸汽規(guī)格為0.4 MPa低壓飽和蒸汽,三效蒸發(fā)工藝路線見(jiàn)圖5,蒸發(fā)器控制參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 三效蒸發(fā)回收單元工藝控制參數(shù)一覽表

圖5 三效蒸發(fā)工藝路線

來(lái)自膜回收單元的濃鹽水,pH值7.58,TDS 1 963 mg/L,電導(dǎo)率3 020 μS/cm,按1 m3/h的流速進(jìn)入中試的三效蒸發(fā)裝置,回收的一效、二效、三效蒸發(fā)氣冷凝液,電導(dǎo)率均在130 μS/cm以下,水質(zhì)較好。三效蒸發(fā)裝置運(yùn)行40 d,蒸發(fā)器蒸發(fā)量無(wú)明顯下降。

常見(jiàn)故障分析:

(1)三效蒸發(fā)器真空度變小。

原因。蒸發(fā)系統(tǒng)漏氣或冷凝效果下降。

解決辦法。查找漏氣點(diǎn),對(duì)存在的漏氣點(diǎn)進(jìn)行修復(fù);檢查冷凝器循環(huán)水量和水溫,調(diào)整冷卻循環(huán)水量或降低冷卻循環(huán)水量的水溫,加強(qiáng)冷凝效果。檢查冷凝器結(jié)垢情況,利用清洗液對(duì)冷凝器進(jìn)行清理。

(2)效間管或出鹽管路出現(xiàn)堵管情況。

原因。在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸鹽過(guò)程中,由于系統(tǒng)存在大量的固形物,管路偶爾出現(xiàn)堵塞情況屬于正常情況,但應(yīng)快速解除,防止事態(tài)擴(kuò)大而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

解決辦法。預(yù)防,蒸發(fā)回收系統(tǒng)停機(jī)后要保證蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)的殘留液體全部排空,防止系統(tǒng)降溫后,原液鹽溶解度降低析出晶體堵塞管路;鹽顆粒密度較大,需避免其快速沉積在管道底部而堵塞管路?？焖?zèng)_洗,蒸發(fā)回收系統(tǒng)可采用原液、循環(huán)水、蒸汽三種沖洗方式進(jìn)行清理,如果原液濃度相對(duì)較低,優(yōu)先選用原液沖洗的方式。

3 結(jié)論

化工廠廢水經(jīng)預(yù)處理單元后,進(jìn)入膜回收單元,回收淡水電導(dǎo)率18 μs/cm,水質(zhì)較好。經(jīng)膜回收后的濃鹽水,進(jìn)入三效蒸發(fā)單元深度處理,回收冷凝水電導(dǎo)率均在130 μS/cm以下,可回收利用。三效蒸發(fā)器運(yùn)行40 d,蒸發(fā)量無(wú)明顯下降。

廢水深度處理工藝路線合理可行,可為化工廠廢水零排放處理提供借鑒。