申請日2015.11.11
公開(公告)日2016.03.16
IPC分類號C02F9/10; C01D3/04; C01D5/00; C02F1/44
摘要
權利要求書
1.一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：包括調節(jié)池(1)、第一反應池(2)、第二反應池(3)、濃縮水池(4)、管式微濾系統(tǒng)(5)、中間水池(6)、納濾處理系統(tǒng)(7)、第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)(8)、反滲透處理系統(tǒng)(9)、第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)(11)、硫酸鈉結晶系統(tǒng)(10)、氯化鈉結晶系統(tǒng)(12)和回用水池(13);所述調節(jié)池(1)、第一反應池(2)、第二反應池(3)、濃縮水池(4)、管式微濾系統(tǒng)(5)、中間水池(6)和納濾處理系統(tǒng)(7)依次連接;所述納濾處理系統(tǒng)(7)分別與第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)(8)和反滲透處理系統(tǒng)(9)相連接;所述第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)(8)與硫酸鈉結晶系統(tǒng)(10)相連接;所述反滲透處理系統(tǒng)(9)、第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)(11)和氯化鈉結晶系統(tǒng)(12)依次連接;所述回用水池(13)分別與第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)(8)、硫酸鈉結晶系統(tǒng)(10)、反滲透處理系統(tǒng)(9)、第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)(11)和氯化鈉結晶系統(tǒng)(12)相連接。
2.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：還包括污泥緩沖池(14)和污泥脫水機(15)，濃縮水池(4)、污泥緩沖池(14)、污泥脫水機(15)和調節(jié)池(1)依次連接設置。
3.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：還設有次氯酸鈉發(fā)生器系統(tǒng)(16)，其與反滲透處理系統(tǒng)(9)中的濃水池相連接。
4.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：所述管式微濾系統(tǒng)(5)中的管式微濾膜由PVDF過濾膜和PVDF支撐骨架構成。
5.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：所述納濾處理系統(tǒng)(7)中，采用一級三段排列方式，一至三段壓力容器數分別為7、4和3，每段采用6芯膜殼;還設有化學清洗系統(tǒng)和自動沖洗系統(tǒng)，化學清洗系統(tǒng)包括依次設置的化學清洗水箱、清洗保安過濾器和清洗泵。
6.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：所述反滲透處理系統(tǒng)(9)中，采用一級四段排列方式，一至四段壓力容器數分別為6、3、2和1，每段采用6芯膜殼。
7.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：所述第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)(8)采用160bar膜柱60根，分三套并聯(lián)，每套分兩段，膜柱比例為10:10;所述第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)(11)采用160bar膜柱72根，分四套并聯(lián)，每套分兩段，膜柱比例為9:9。
8.根據權利要求1所述的高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，其特征在于：第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)(8)和第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)(11)中，膜柱組的進、出水口均設置有流量傳感計、壓力傳感器和流量調節(jié)閥。
說明書
一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置
技術領域
本實用新型涉及一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，具體屬于高鹽廢水處理領域。
背景技術
工業(yè)廢水是指工業(yè)生產過程中產生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產用料、中間產物和產品以及生產過程中產生的污染物。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數量迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛和嚴重，威脅人類的健康和安全。因此，對于保護環(huán)境來說，工業(yè)廢水的處理比城市污水的處理更為重要。
工業(yè)廢水的分類通常有以下三種:
第一種是按工業(yè)廢水中所含主要污染物的化學性質分類,含無機污染物為主的為無機廢水,含有機污染物為主的為有機廢水。例如電鍍廢水和礦物加工過程的廢水是無機廢水，食品或石油加工過程的廢水是有機廢水，印染行業(yè)生產過程中的是混合廢水,不同的行業(yè)排除的廢水含有的成分不一樣。
第二種是按工業(yè)企業(yè)的產品和加工對象分類,如冶金廢水、造紙廢水、煉焦煤氣廢水、金屬酸洗廢水、化學肥料廢水、紡織印染廢水、染料廢水、制革廢水、農藥廢水、電站廢水等。第三種是按廢水中所含污染物的主要成分分類,如酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含鉻廢水、含鎘廢水、含汞廢水、含酚廢水、含醛廢水、含油廢水、含硫廢水、含有機磷廢水和放射性廢水等。前兩種分類法不涉及廢水中所含污染物的主要成分,也不能表明廢水的危害性。
第三種分類法,按廢水中所含污染物的主要成分可分為酸性廢水、堿性廢水、含酚廢水、含鉻廢水、含有機磷廢水和放射性廢水等。
工業(yè)廢水造成的污染主要有：有機需氧物質污染，化學毒物污染，無機固體懸浮物污染，重金屬污染，酸污染，堿污染，植物營養(yǎng)物質污染，熱污染，病原體污染等。許多污染物有顏色、臭味或易生泡沫，因此工業(yè)廢水常呈現使人厭惡的外觀，造成水體大面積污染，直接威脅人民群眾的生命和健康，因此控制工業(yè)廢水尤為重要。
工業(yè)廢水處理相當復雜，處理方法的選擇，必須根據廢水的水質和數量，排放到的接納水體或水的用途來考慮，尤其是高鹽廢水的處理。高鹽廢水是指總含鹽質量分數至少1%的廢水。其主要來自火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水回用濃縮過程產生的反滲透濃水與脫硫廢水混合后的高鹽廢水，這種廢水含有多種物質，產生途徑廣泛，水量也逐年增加。高鹽廢水處理過程中往往會存在對處理過程中產生的污泥、殘渣進行處理利用、二次污染、鹽成分的分離利用、絮凝劑的回收利用等問題。對企業(yè)而言，在高鹽廢水的處理過程中，投入巨大，但往往很難做到對廢水高效處理，實現零排放，從而直接影響到周邊環(huán)境和企業(yè)的經濟效益。因此，研究一種可以實現高鹽廢水零排放且鹽分離的裝置，顯得尤為必要。
實用新型內容
為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，該處理裝置能夠實現高鹽廢水的零排放，對廢水中液體和鹽成分進行有效分離。
為了實現上述目標，本實用新型采用如下的技術方案：
一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，包括調節(jié)池、第一反應池、第二反應池、濃縮水池、管式微濾系統(tǒng)、中間水池、納濾處理系統(tǒng)、第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)、反滲透處理系統(tǒng)、第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)、硫酸鈉結晶系統(tǒng)、氯化鈉結晶系統(tǒng)和回用水池;所述調節(jié)池、第一反應池、第二反應池、濃縮水池、管式微濾系統(tǒng)、中間水池和納濾處理系統(tǒng)依次連接;所述納濾處理系統(tǒng)分別與第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)和反滲透處理系統(tǒng)相連接;所述第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)與硫酸鈉結晶系統(tǒng)相連接;所述反滲透處理系統(tǒng)、第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)和氯化鈉結晶系統(tǒng)依次連接;所述回用水池分別與第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)、硫酸鈉結晶系統(tǒng)、反滲透處理系統(tǒng)、第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)和氯化鈉結晶系統(tǒng)相連接。
前述裝置中，還包括污泥緩沖池和污泥脫水機，濃縮水池、污泥緩沖池、污泥脫水機和調節(jié)池依次連接設置。
前述裝置中，還設有次氯酸鈉發(fā)生器系統(tǒng)，其與反滲透處理系統(tǒng)中的濃水池相連接。
前述裝置中，管式微濾系統(tǒng)中的管式微濾膜由PVDF過濾膜和PVDF支撐骨架構成。高強度的復合材料，可以在更高的壓力下運行及反洗，保持更高的過濾通量，并減少占地面積。
前述裝置中，納濾處理系統(tǒng)中，采用一級三段排列方式，一至三段壓力容器數分別為7、4和3，每段采用6芯膜殼，可以保持更高的納濾系統(tǒng)回收率，回收率達到85%，減小后續(xù)工藝的處理規(guī)模;還設有化學清洗系統(tǒng)和自動沖洗系統(tǒng)，化學清洗系統(tǒng)包括依次設置的化學清洗水箱、清洗保安過濾器和清洗泵，可用于對系統(tǒng)的清洗，以恢復系統(tǒng)運行通量。
前述裝置中，反滲透處理系統(tǒng)中，采用一級四段排列方式，一至四段壓力容器數別為6、3、2和1，每段采用6芯膜殼，能夠保持更高的反滲透系統(tǒng)回收率，回收率達到85%，減小后續(xù)工藝的處理規(guī)模。
前述裝置中，第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)用于處理納濾濃水，采用160bar膜柱60根，分三套并聯(lián)，每套分兩段，膜柱比例為10:10;所述第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)用于處理反滲透濃水，采用160bar膜柱72根，分四套并聯(lián)，每套分兩段，膜柱比例為9:9，可以保持更高的碟管式反滲透系統(tǒng)回收率，回收率達到50-60%，減小后續(xù)工藝蒸發(fā)結晶的處理規(guī)模。
前述裝置中，第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)和第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)中，膜柱組的進、出水口均設置有流量傳感計、壓力傳感器和流量調節(jié)閥�？梢源_保整個系統(tǒng)運行的可靠性。
采用前述高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置進行的一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理方法，包括以下步驟：S1廢水預處理;S2廢水減量濃縮;S3結晶。
前述處理方法中，步驟S1的廢水預處理工藝為化學軟化-管式微濾處理工藝，包括以下步驟：
S1-1高鹽廢水先進入調節(jié)池，調節(jié)池內加入次氯酸鈉;調節(jié)池出水進入第一反應池，第一反應池內加入氫氧化鈉進行反應;第一反應池出水進入第二反應池，第二反應池內加入碳酸鈉溶液進行反應;
S1-2經過第二反應池反應后的出水溢流到濃縮池內，濃縮池與管式微濾系統(tǒng)通過循環(huán)泵進行水循環(huán)，濃縮池內的水泵提升進入管式微濾系統(tǒng)進行固液分離;部分水透過微濾膜經pH調節(jié)后進入中間水池，隨后送往后續(xù)處理系統(tǒng)進行步驟S2處理;
前述處理方法中，步驟S1還包括步驟S1-3：濃縮池內部分濃縮液進入污泥緩沖池，經污泥緩沖池排泥后進入污泥脫水系統(tǒng)，污泥經過脫水后，泥餅委外處理或直接填埋;濾液回流進入調節(jié)池。
前述處理方法中，步驟S1-2中部分水透過微濾膜經鹽酸調節(jié)pH后進入中間水池。
前述處理方法中，步驟S2的廢水減量濃縮工藝為納濾-反滲透-碟管式反滲透減量濃縮工藝，包括以下步驟：經過S1預處理后的廢水進入納濾處理系統(tǒng)，經過納濾處理系統(tǒng)得到的納濾濃水進入第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)，所得第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)濃水進入后續(xù)處理系統(tǒng)進行步驟S3處理;經過納濾處理系統(tǒng)得到的納濾產水進入反滲透處理系統(tǒng)，得到的反滲透濃水進入第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)，所得到的第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)濃水進入后續(xù)處理系統(tǒng)進行步驟S3處理。
前述處理方法中，步驟S2中所得第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)產水、反滲透處理系統(tǒng)產水和第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)產水進入回收水池進行回收利用。
進一步地，步驟S2中，部分反滲透濃水進入次氯酸鈉發(fā)生器系統(tǒng)生產次氯酸鈉。
前述處理方法中，步驟S3的結晶工藝為機械蒸汽再壓縮結晶工藝，即經過S2步驟處理后的濃水，送到強制循環(huán)結晶器系統(tǒng)進行進一步濃縮結晶，將水中高含量的鹽分結晶成固體，出水回用，固體鹽分經離心分離、干燥后外運出售。
前述處理方法中，步驟S2中，第一碟管式反滲透處理系統(tǒng)濃水進入步驟S3的硫酸鈉結晶系統(tǒng)進行處理;第二碟管式反滲透處理系統(tǒng)濃水進入步驟S3的氯化鈉結晶系統(tǒng)處理。
為了確保本實用新型的方法科學、合理，發(fā)明人進行了相應的實驗研究和篩選，才得以確定本實用新型的技術方案。具體實驗內容如下：
本實用新型中采用高鹽廢水作為處理對象�？側芙夤腆w(TDS)含量為20000-30000mg/L。工藝流程如圖1所示，裝置圖如圖2所示。
一、高鹽廢水預處理工藝
本實用新型的預處理工藝采用的是化學軟化-管式微濾處理工藝。
1、工藝概述
高鹽廢水首先進入調節(jié)池，在調節(jié)池內需要添加一定量次氯酸鈉用于抑制微生物生長;調節(jié)池出水進入第一反應池，在第一反應池內投加NaOH。第一反應池出水進入第二反應池，在第二反應池內投加Na2CO3溶液。在兩個反應池中分別進行攪拌和pH監(jiān)控，使得廢水中的鈣、鎂、和硅等易結垢成分形成沉淀。經過兩個反應池反應后的水溢流到濃縮池內，用循環(huán)泵輸送到管式微濾膜進行固液分離。此時大流量的水在廢水濃縮池和管式膜之間循環(huán)，而部分水透過微濾膜經pH調整后進入中間水池，隨后送往后續(xù)處理系統(tǒng)。同時，濃縮池內為維持一定量的污泥濃度，部分濃縮液還需要外排進入污泥緩沖池，污泥緩沖池排泥進入污泥脫水系統(tǒng)，污泥經過脫水后，泥餅委外處理或直接填埋，濾液則回流到調節(jié)池再次處理。
2、預處理工藝中各項設置
2.1化學軟化-管式微濾處理工藝設計
(1)設計水量及水質
高鹽廢水總量設計為120m3/h，設計水質按照高鹽廢水水質考慮。
(2)各段水量設計為：
①化學軟化單元：按1×120m3/h設計;
�、诠苁轿V單元：3×40m3/h，過濾精度為0.05μm;
③污泥處理單元：基于120m3/h的廢水總量和相關水質考慮。
2.2預處理工藝中各單元的設置及作用
(1)調節(jié)池
調節(jié)池主要進行水質、水量的調節(jié)，調節(jié)池出水經泵提升至第一反應池。調節(jié)池壁安裝雷達液位計監(jiān)測水位。雷達液位計與調節(jié)池提升泵聯(lián)鎖，雷達液位計液位信號控制提升泵啟停，低液位停泵，中液位起泵，高液位報警，出口母管安裝超聲波流量計監(jiān)測出水水量。為抑制微生物滋生，調節(jié)池內需要添加一定量次氯酸鈉進行滅菌。
(2)第一反應池
第一反應池主要用于降低鎂離子、二氧化硅等易結垢組分的含量。通過向第一反應池中投加NaOH等，形成氫氧化鎂沉淀并與二氧化硅作用發(fā)生共沉淀，從而達到除硅和鎂的作用。第一反應池水力停留時間不小于15min，并設置有攪拌和pH監(jiān)控。
(3)第二反應池
第二反應池主要用于降低鈣離子的含量。通過向第二反應池中投加碳酸鈉，形成碳酸鈣沉淀，從而達到除鈣的作用。第二反應池水力停留時間不小于15min，并設置有攪拌和pH監(jiān)控。
(4)濃縮水池
濃縮水池主要用于接收經過軟化處理后的的廢水，同時接收從膜系統(tǒng)不斷回流的高濃度水，還起到暫時存放濃縮污泥的功能。濃縮水池有效容積應不小于循環(huán)泵3min吸水量，設置有液位控制。
(5)管式微濾系統(tǒng)
濃縮水池里的廢水通過泵提升進入管式微濾系統(tǒng)，在壓力和速度的驅使下，廢水通過管式微濾膜以錯流過濾的方式，使懸浮固體物質與液體分離。在每一個膜組列中，廢水經泵抽送經過膜管的流速很高，在膜表面形成平行湍流，產生一個剪切作用，起到清洗膜的作用。管式微濾系統(tǒng)主要由循環(huán)泵、管式微濾膜、膜架、清洗裝置、相關控制閥門及匹配管道組成。常用管式微濾膜孔徑為0.05μm和0.1μm，在錯流模式下進行固液分離，錯流流速不小于3.5m/s。
管式微濾膜由PVDF過濾膜與PVDF支撐骨架結合形成，其特點在于：1)高通量：一般運行通量可以達到300～500L/(m2·h);2)處理高固體含量的廢水，固體物含量可以達到5%(重量比);3)優(yōu)異的化學性能，可在pH從1到14范圍內運行;化學清洗可采用極高濃度的酸堿藥液或氧化劑，可最大程度的恢復原始通量;4)產水濁度低，一般產水濁度等同于中空纖維超濾膜產水，可直接送往后續(xù)系統(tǒng)，從而縮短回收系統(tǒng)工藝流程，減少投資費用和空間;5)與傳統(tǒng)的沉淀池相比，減少了藥劑投加，又由于界面過濾，能獲得更好的出水水質。6)可反洗：通過反洗，可將運行期間在膜表面累計的餅層沖回到膜管內，從而延長膜的清洗周期。通過設計反洗柱，采用壓縮空氣作為驅動力，推動反洗柱內水逆向反沖，可對膜進行極短時間的反沖，節(jié)約了反洗泵和反洗水的消耗。
(6)中間水池
管式微濾系統(tǒng)產水通過管道混合器加鹽酸中和后進入中間水池暫存，并輸送到后續(xù)處理系統(tǒng)。同時根據產水水質狀況，添加適量的NaHSO3以除去水中殘留的氯。中間水池產水停留時間應不小于30min，并設置有液位控制。
(7)污泥處理系統(tǒng)
由于高鹽廢水中的Ca2+和Mg2+濃度較高，在添加藥劑反應之后形成了大量的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，為了維持濃縮水池內合適的污泥濃度(大約3%～5%)，廢水經管式微濾處理后，濃縮液不斷循環(huán)進入濃縮水池，導致濃縮水池內的污泥濃度不斷升高，當濃縮水池里的污泥濃度達到一定程度時就會影響膜的通量，需要排掉部分污泥至污泥儲池。污泥儲池內污泥經過污泥進料泵提升至脫水機入口，期間經過管道混合器引入絮凝藥劑以調理污泥特性。脫水機產生的濾液及沖洗排水重力排入調節(jié)池。
污泥脫水間為二層結構，二層放置脫水機及自動清洗裝置，一層對應廂式自動壓濾機下方設污泥斗，污泥直接卸入停在一層的汽車上外運。
3、預處理工藝的比較及選擇
傳統(tǒng)沉淀-過濾-超濾處理系統(tǒng)和管式微濾系統(tǒng)的區(qū)別如表1所示。由于化學軟化過程中生成的氫氧化鎂晶體細小，存在沉降緩慢、過濾性能差的問題，采用傳統(tǒng)的沉淀-過濾-超濾處理系統(tǒng)工藝流程較長，涉及的處理設施較多，運行較為復雜。而采用管式微濾系統(tǒng)，經過化學軟化處理后的污水無需經沉淀池、多介質過濾，砂濾等處理設施就可以直接進入管式微濾系統(tǒng)，產水排出一步到位。管式微濾系統(tǒng)采用內壓式固液分離，管內流速較高，顆粒不易積存在膜表面，清洗后通量幾乎可以恢復到100%，并且膜壽命較長，出水水質滿足直接進入反滲透系統(tǒng)的要求，可以取代傳統(tǒng)的沉淀-過濾-超濾系統(tǒng)。
除此之外，和傳統(tǒng)的沉淀-過濾-超濾預處理相比，采用管式微濾系統(tǒng)可以自動隨時開/停機，瞬時完成過濾，并且不需要投加PAM等助凝劑，減少了化學藥劑的費用，大大縮短簡化了工藝流程，運行維護方便、簡單，減輕了操作負擔，并且占地面積明顯減少，特別適合于用地緊張的企業(yè)。
表1管式微濾系統(tǒng)和傳統(tǒng)沉降-過濾-超濾系統(tǒng)區(qū)別
管式微濾膜工藝的技術優(yōu)勢在于：
�、俨恍璩恋砗皖A過濾，可直接進行過濾實現固體顆粒和液體的分離，水中污染物不需要沉淀就能有效去除;
�、诠苁轿V工藝可一次性取代沉淀池、砂濾和超濾等多道前處理及過濾設備，可直接作為主系統(tǒng)的RO或回收系統(tǒng)的RO的前處理;
③可在高pH條件下持續(xù)運行(pH大于10)，因此更能保證有效去除鈣、鎂、硅等的沉淀，以及鍶、鋇等有結垢傾向的離子成分;
�、軣o需投加絮凝劑、PAM，無需考慮礬花沉降效率;
⑤回收率高，僅污泥帶走少量水;
⑥無需大流量水反沖洗，自用水率很低;
�、卟捎霉苁酱罅髁垮e流過濾，水流切向高速流過膜表面，在過濾的同時還有沖刷清潔膜表面的作用，污染物不易累積，膜面不易污染;
⑧采用堅固的管式結構和燒結法成膜，從原理上杜絕了斷絲泄漏現象的發(fā)生;
�、崮さ牟馁|堅硬，耐高強度化學藥劑清洗，可使用壽命較長。
管式微濾膜的透過水在濁度方面遠遠優(yōu)于沉淀池出水，透過水的水質相當于傳統(tǒng)工藝中經過沉淀池、砂濾器和超濾后的出水水質，可以直接送往納濾系統(tǒng)或反滲透系統(tǒng)進行脫鹽處理。
4、經預處理工藝后產水水質
本實用新型的管式微濾膜的特點在于高濃度懸浮物下良好的固液分離效果，以及經過化學加藥軟化預處理之后，對于鈣、鎂、硅、鋇、鍶等易結垢成分的有效去除，保證了后續(xù)反滲透處理單元良好的運行。根據管式微濾膜技術特點列出預處理之后的預期水質，如表2所示。
表2化學軟化-管式微濾預處理出水水質
項目 單位 出水水質 懸浮物 mg/L ≤1.0 Ca<sup>2+</sup>mg/L ≤20 Mg<sup>2+</sup>mg/L ≤20 Ba<sup>2+</sup>mg/L ≤1 Sr<sup>2+</sup>mg/L ≤1 溶解態(tài)二氧化硅 mg/L ≤10 濁度 NTU ≤1 SDI ≤5
綜上，本實用新型采用化學軟化-管式微濾預處理工藝，相較于其他微濾或超濾膜組件，管式微濾膜具有強度好、耐摩擦、耐高濃度藥劑清洗、可在極高懸浮固體濃度下穩(wěn)定運行、可耐受進水水質波動等優(yōu)良性能。管式微濾膜采用錯流方式運行，在運行和反沖洗時并無水的損耗，僅配套的污泥脫水系統(tǒng)產生的泥餅帶走少量水分，因此幾乎所有進水都將通過管式微濾膜過濾后，送往后續(xù)處理單元或回用。
二、高鹽廢水減量濃縮工藝
1、高鹽廢水減量濃縮方案
由于采用熱法蒸發(fā)技術需要消耗大量的能量，運行成本較高，而高鹽廢水經過化學軟化預處理后，廢水中的Ca2+、Mg2+、Si等物質濃度預計分別不大于20mg/L、20mg/L和10mg/L，易結垢物質得到明顯去除，可以采用膜法對預處理后的廢水進行進一步減量處理。
高鹽廢水經過化學軟化處理后，鈣、鎂和硅等易結垢成分明顯降低，但是化學軟化對廢水中COD去除效果較差，由于納濾膜對COD具有有較高的耐受性，可以在化學軟化工藝后采用納濾-反滲透處理工藝。廢水通過納濾處理可以截留廢水中的大部分二價離子和部分一價離子，起到預濃縮的作用，同時產水的含鹽量以及鈣、鎂等易結垢組分含量明顯降低，有助于提高后續(xù)反滲透處理工藝的回收率以及運行穩(wěn)定性。納濾濃水可以采用DTRO(碟管式反滲透處理系統(tǒng))膜進一步濃縮減量。
2、高鹽廢水減量濃縮系統(tǒng)回收率的確定
管式微濾系統(tǒng)出水進入納濾系統(tǒng)，由于廢水中鈣、鎂和硅等易結垢物質濃度較低，納濾回收率設計為85%，納濾濃水約為18m3/h，TDS(總溶解固體)含量約73600mg/L，再經DTRO(一)(即第一碟管式反滲透處理系統(tǒng))進一步濃縮減量，DTRO(一)系統(tǒng)設計回收率為55%，剩余8.1m3/h的高鹽廢水需進行后續(xù)處理;納濾產水約102m3/h進入RO(反滲透)系統(tǒng)進一步濃縮減量，RO系統(tǒng)設計回收率為85%，RO系統(tǒng)濃水產量約15.3m3/h，TDS含量約為72300mg/L，再經過DTRO(二)(即第二碟管式反滲透處理系統(tǒng))系統(tǒng)濃縮減量，DTRO(二)系統(tǒng)設計回收率為50%，剩余濃水約7.65m3/h需進一步處理。整個系統(tǒng)產水回用。
3、高鹽廢水減量濃縮系統(tǒng)的設置
3.1納濾系統(tǒng)
納濾系統(tǒng)主要部件為納濾膜元件，納濾膜為專有納濾三層復合膜，截留分子量約為150～300道爾頓(中性有機物分子)。優(yōu)先截留二價及多價陰離子，一價離子的截留率取決于進水濃度和成分。一價離子會透過膜，不會產生滲透壓，納濾膜系統(tǒng)可在低于反滲透系統(tǒng)壓力的進水壓力下操作。
典型運行通量為8～34L/(m2·h);最高操作壓力3.0MPa;最高連續(xù)運行溫度50℃(化學清洗溫度40℃);pH范圍：連續(xù)運行3～9，化學清洗2～10.5;單支元件最大壓降103KPa，耐氯性500ppm·hr。
納濾系統(tǒng)設計為2×60m3/h，每級分為3段，一段進水壓力15.63bar，二段進水壓力18.93bar，三段進水壓力為29.76bar。每套納濾系統(tǒng)一至三段壓力容器數分別為7、4和3，每段采用6芯膜殼，納濾運行通量18L/(m2·h)，采用一級三段排列方式，回收率可以達到85%。納濾配套有相應的化學清洗系統(tǒng)和自動沖洗系統(tǒng)�；瘜W清洗系統(tǒng)包括化學清洗水箱、清洗保安過濾器和清洗泵�？捎糜趯ο到y(tǒng)的清洗，以恢復系統(tǒng)運行通量。
3.2反滲透系統(tǒng)
反滲透系統(tǒng)主要部件為反滲透膜元件，本設計選用特殊的工業(yè)級反滲透膜元件，單只膜元件產水量為34.4m3/日，平均脫鹽率(測試溶液為2000ppm的氯化鈉)為99.5%，最小脫鹽率為99%，膜面積為31m2,流道寬度為0.9mm。該膜元件主要用于廢水濃縮，減少濃水的排放量，同時增大反滲透濃水的濃度，便于后續(xù)工藝系統(tǒng)規(guī)模的減小。
反滲透系統(tǒng)包括保安過濾器，高壓泵，壓力容器以及相應的段間增壓泵。反滲透系統(tǒng)設計為2×51m3/h，進水壓力10bar，每級分為4段，一段進水壓力25.93bar，二段進水壓力35.16bar，三段進水壓力為52.23bar，四段進水壓力為66.44bar。一至四段壓力容器數分別為6、3、2和1，共采用壓力容器12個，每段采用6芯膜殼。同時，配套相應的自動沖洗系統(tǒng)和化學清洗系統(tǒng)。高壓泵與沖洗泵聯(lián)鎖，當高壓泵停止運行時，啟動沖洗泵，以置換膜元件內部的濃水，防止在反滲透膜表面結垢。當膜元件的運行壓差增加15%或系統(tǒng)產水量下降10%的工況下，需要啟動化學清洗系統(tǒng)，根據污染情況配備相應的化學清洗液進行化學清洗，以便恢復膜元件的運行通量。
3.3碟管式反滲透系統(tǒng)
為了進一步濃縮減量，納濾系統(tǒng)的濃水(主要成分為硫酸鈉)送入第一高壓碟管式反滲透系統(tǒng)即DTRO(一)處理系統(tǒng)(用于處理納濾濃水，流量為18m3/h)。NF濃水由泵輸送至保安過濾器后，去除細小顆粒后經過高壓泵，首先進入一段膜元件，一段濃水進入二段膜元件，二段濃水進入后續(xù)的蒸發(fā)系統(tǒng)，兩段的產水合并進入后續(xù)的處理單元。DTRO(一)處理系統(tǒng)共采用160bar膜柱60根，分三套并聯(lián)，每套分兩段，膜柱比例為10:10。
反滲透系統(tǒng)的濃水送入第二高壓碟管式反滲透系統(tǒng)即DTRO(二)處理系統(tǒng)(用于處理反滲透濃水，流量為15m3/h)，該系統(tǒng)采用160bar膜柱72根。分四套并聯(lián)，每套分兩段，膜柱比例為9:9。
DTRO膜柱特性：
DTRO系統(tǒng)由水泵系統(tǒng)、預過濾系統(tǒng)、膜/閥組件系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)、化學清洗系統(tǒng)、手動/自動閥門系統(tǒng)、各類儀表和控制檢測元器件、計算機控制系統(tǒng)以及必要的設備附件組成。
DTRO系統(tǒng)運行為全自動運行方式，包括過濾、沖洗、化學清洗等。
DTRO系統(tǒng)采用供水泵定量運行、反滲透膜元件恒流過濾的原則，系統(tǒng)配有的儀表測量點及數量滿足系統(tǒng)的安全、運行穩(wěn)定可靠的需要。
在整個反滲透膜柱組的進出水口設置有流量傳感計、壓力傳感器，流量調節(jié)閥，保證系統(tǒng)恒流安全運行;在整個反滲透膜柱組的出水口設有壓力傳感器、電導率檢測儀等，檢測反滲透膜柱的運行狀況及出水水質，保證系統(tǒng)的可靠性;整個系統(tǒng)配有溫度傳感器、壓力變送器、液位變送器，及系統(tǒng)總的出水口配有電導率檢測儀、流量傳感器等，確保整個系統(tǒng)運行的可靠性。
系統(tǒng)按照全自動運行的需求配備有一系列氣動自動閥，系統(tǒng)安裝設定的自動程序，全自動運行。
由于反滲透濃水中NaCl含量較高，經過RO處理后，其濃水中NaCl含量約為7%，可以作為次氯酸鈉發(fā)生器的原料用來生產次氯酸鈉。產生的次氯酸鈉可用作殺菌劑，一方面減少了外購次氯酸鈉的量，另一方面充分利用了濃水中的NaCl，減少了濃水的處理量。
三、結晶工藝
高鹽廢水經DTRO系統(tǒng)處理后，含鹽量約為150000-170000mg/L，廢水中的主要離子為Na+、Cl-和SO42-等�？梢钥闯鰪U水含鹽量距離NaCl和Na2SO4的結晶析出濃度差距較大，還需要進一步濃縮處理。
1、機械蒸汽再壓縮結晶工藝
機械蒸汽再壓縮結晶技術適用于高鹽廢水的結晶，濃鹽水送到強制循環(huán)結晶器系統(tǒng)進行濃縮結晶，將水中高含量的鹽分結晶成固體，出水回用，固體鹽分經離心分離、干燥后外運回用或其他安置處理。
來自DTRO的濃水進入結晶器進料罐，罐內可通蒸汽進行加熱。進料罐內的濃鹽水由泵送至結晶器濃鹽水循環(huán)管，進入結晶器。
在強制循環(huán)結晶系統(tǒng)中，結晶器的閃蒸罐通過循環(huán)管連接一臺管殼式換熱器，循環(huán)泵將濃鹽水從閃蒸罐送至換熱器進行熱交換，因此為“強制循環(huán)結晶器”。本實用新型中管殼式換熱器為臥式兩管程換熱器。結晶器進水與系統(tǒng)內循環(huán)的濃鹽漿混合，經管殼式換熱器加熱后，有幾度溫升(顯熱)，再次進入到閃蒸罐，發(fā)生閃蒸，析出鹽份結晶。從換熱器出來的濃鹽漿從閃蒸罐中部切線進入，在罐內產生渦流。渦流的產生有助于形成更大的液體閃蒸表面。工廠蒸汽連續(xù)進入換熱器殼程，將潛熱釋放給循環(huán)的濃鹽漿。蒸汽冷凝液在冷凝液罐內收集后，由泵送回用戶的蒸汽冷凝液系統(tǒng)。
蒸汽在閃蒸罐內積聚，經除霧分離器，進入一臺蒸汽壓縮機。蒸汽經壓縮后壓力得以提升，其飽和溫度比濃鹽漿的沸點高幾度。壓縮后的蒸汽隨后進入管殼式換熱器的殼程，在此，蒸汽釋放潛熱給管殼式換熱器管程的濃鹽漿。蒸汽在殼程冷凝后，冷凝液經收集后由泵送至蒸發(fā)器蒸餾水罐，與蒸發(fā)器蒸餾水混合后，進入板式換熱器將顯熱釋放給進水，然后進入產品水儲罐儲存，并回用。
混鹽晶體在結晶器閃蒸罐內不斷形成。在加熱和閃蒸的過程中，水蒸發(fā)出來，濃鹽漿變成過飽和狀態(tài)，隨之鹽的晶體從溶液中析出。部分濃鹽漿從循環(huán)管道上排至離心機進行液固分離。離心母液收集在母液罐內返回結晶器。從離心機排出的固體鹽回收或進行其它處置。
2、機械蒸汽再壓縮結晶技術優(yōu)勢
(1)物料循環(huán)利用，實現廢水“零排放”的目標，結晶產生的固體鹽分可作為化工原料重復利用，或集中外運統(tǒng)一處理。蒸發(fā)冷凝水可作為鍋爐補給水回用。
(2)采用機械蒸汽再壓縮結晶技術，可較大限度的節(jié)能降耗，較傳統(tǒng)多效蒸發(fā)結晶器節(jié)約大量能耗。
(3)通過預處理去除可結垢物質，同時接觸水、氣部分采用相應不同的材質，降低了設備的腐蝕，延長了設備的使用壽命。
(4)系統(tǒng)布置緊湊、布局合理、易于檢修。
(5)自動化程度高，基本實現全自動運行。
3、多種結晶工藝比較
多效強制循環(huán)蒸發(fā)結晶工藝、機械蒸汽再壓縮結晶工藝和低溫常壓蒸發(fā)結晶工藝技術比較如表3所示。
表3蒸發(fā)結晶工藝主要技術指標比較
從各結晶工藝綜合性能比較來看，低溫常壓蒸發(fā)結晶系統(tǒng)技術較為先進，但其裝機功率較大，運行電耗也相對較高，會較大的影響電廠廠用電率指標。多效強制循環(huán)蒸發(fā)結晶工藝需要較多的蒸汽量，并且其存在占地面積大、運行費用高的問題。機械蒸汽再壓縮結晶工藝相較于多效強制循環(huán)蒸發(fā)結晶工藝具有占地面積小，投資和運行成本低的優(yōu)點，廣泛應用于廢水處理領域。雖然機械蒸汽再壓縮結晶工藝的運行成本稍高于低溫常壓蒸發(fā)結晶，但機械蒸汽再壓縮結晶系統(tǒng)整套設備的國產化率較高，后續(xù)維護方便。同時，低溫常壓蒸發(fā)結晶技術由于未設有結晶器，結晶鹽為混鹽，幾乎無利用價值，且產水的水質較其他工藝差。因此，采用機械蒸汽再壓縮結晶工藝。
四、產水回用與廢物處理
高鹽廢水采用化學軟化—管式微濾—納濾—(RO)—DTRO—蒸發(fā)結晶處理工藝后，廢水得到完全處理，最終產品為回用水及固體鹽�；赜盟饕煞礉B透產水以及結晶器凝結水組成，水質預期如表4所示。回用水含鹽量明顯偏低，硬度也較低，可以用于冷卻塔補充水，廢水產水回用于冷卻塔后，綜合進水水質較原來具有一定程度的改善，完全可以滿足冷卻塔補充水的要求。
采用本實用新型的裝置對廢水進行處理后，分別產生大量的固體結晶鹽(氯化鈉和硫酸鈉)，可以作為工業(yè)原料進行外售處理。
綜上，采用本實用新型的裝置處理后，最終產品可以實現綜合利用和處理，無外排。
表4回用水水質預估情況
項目 回用水 Ca<sup>2+</sup>(mg/L) 0.22～0.56 Mg<sup>2+</sup>(mg/L) 0.22～0.56 SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>(mg/L) 69.05～172.40 SiO<sub>2</sub>(mg/L) 0.30～0.46 全鹽量(mg/L) 553.85～881.50 Cl<sup>-</sup>(mg/L) 255.59～354.97 pH 6.5～7.5 COD(mg/L) 9.52～18.32 氨氮(mg/L) 0.60～0.72
本實用新型的有益之處在于：本實用新型提供一種高鹽廢水零排放且鹽分離的處理裝置，能夠對廢水進行高效處理，對廢水中液體和鹽成分進行有效分離，廢水處理后的產物可以進行循環(huán)使用或者作為其他工業(yè)產品出售，從而實現對廢水的零排放。本實用新型的裝置簡單易實現，處理效率高，能耗小，采用本實用新型的裝置，不僅避免了對環(huán)境造成污染，對改善區(qū)域水環(huán)境質量具有積極作用，同時提高了廢水利用效率，節(jié)約了生產成本，環(huán)境和社會效益非常顯著。本實用新型的裝置運行效率高，組裝方便，成本低，耗能小。
