2018年5月1日起施行的《江蘇省太湖水污染防治條例》中提出“太湖流域二、三級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目新增的氮、磷等重點(diǎn)水污染物排放總量應(yīng)當(dāng)從本區(qū)域通過產(chǎn)業(yè)置換、淘汰、關(guān)閉等方式獲得的指標(biāo)中取得，且按照不低于該項(xiàng)目新增年排放總量的1.1倍實(shí)施減量替代”，該企業(yè)位于太湖流域三級(jí)保護(hù)區(qū)，為應(yīng)對(duì)條例中提到的總量控制原則、節(jié)約用水、降低排污量，提出了生產(chǎn)廢水實(shí)現(xiàn)零排放的要求。
文章以該項(xiàng)目生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的有機(jī)廢水為對(duì)象，采用生化處理、回用處理以及濃鹽水處理，主要研究其回用處理、濃鹽水處理工段的工藝參數(shù)，為同類項(xiàng)目提供借鑒。
1、水質(zhì)分析
1.1 水質(zhì)特性
本項(xiàng)目廢水來源為機(jī)臺(tái)生產(chǎn)線產(chǎn)生的有機(jī)廢水，主要是由純水沖洗時(shí)帶入的有機(jī)化學(xué)品。有機(jī)廢水成分為三乙醇胺、異丙醇等含有十幾種有機(jī)物，但是電導(dǎo)率和硬度低，要實(shí)現(xiàn)零排放所需的濃縮倍數(shù)達(dá)300~400倍。水質(zhì)中的成分見表1。
1.2 進(jìn)出水水質(zhì)
2、工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)
生化單元采用“A/O+MBR”的工藝路線，同時(shí)考慮脫碳和脫氮處理，前置反硝化工藝充分利用進(jìn)水中的有機(jī)物滿足反硝化所需的碳源，產(chǎn)生的堿度中和O段硝化反應(yīng)的部分酸度。此外，前置反硝化池消耗了一部分碳源有機(jī)物，有利于降低后續(xù)好氧池的污泥負(fù)荷，硝化池在后，使反硝化殘留的有機(jī)物得以進(jìn)一步去除。采用一體式MBR，膜池MLSS穩(wěn)定控制在8000mg/L左右，提高污染物的去除效率，出水水質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)COD、總氮的去除率分別達(dá)到93%和80%以上。
回用單元采用“活性炭過濾器+中水反滲透”的工藝路線，設(shè)計(jì)規(guī)模126m3/h，將生化產(chǎn)水深度處理后，回用于純水站。
濃鹽水單元采用“弱酸陽床+脫碳塔+濃水反滲透+DTRO+MVR+干燥機(jī)”的工藝路線，設(shè)計(jì)規(guī)模45m3/h，將中水反滲透濃水進(jìn)一步濃縮利用，最后濃鹽水采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝，最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放。
工藝流程如圖1所示。
2.1 回用處理單元
包括活性炭過濾器、中水反滲透。
2.1.1 活性炭過濾器
活性炭過濾器是中水回用經(jīng)常采用的方法，它利用顆�；钚蕴窟M(jìn)一步去除生化產(chǎn)水中殘留的懸浮物雜質(zhì)、有機(jī)物及余氯等，作為保障措施改善后續(xù)工藝的進(jìn)水條件，減輕COD逐步累積對(duì)膜系統(tǒng)造成的污堵。
系統(tǒng)設(shè)置活性炭過濾器共3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)處理量63m3/h，濾速10m/h，活性炭裝填高度2m，底部鋪0.2m石英砂墊層，反洗水采用反滲透產(chǎn)水，反洗強(qiáng)度7L/s·m2。
2.1.2 中水反滲透
活性炭過濾器產(chǎn)水自動(dòng)投加還原劑和阻垢劑，進(jìn)水先經(jīng)保安過濾，保證出水SDI≤3，再經(jīng)高壓泵增壓進(jìn)入反滲透，產(chǎn)水回用，濃水一部分回流至高壓泵之前以提高系統(tǒng)回收率，濃水進(jìn)入濃鹽水處理單元。
中水反滲透采用3×50%的處理能力設(shè)計(jì)，可根據(jù)來水水量或回用水池液位高低靈活開啟一套或全部設(shè)備運(yùn)行。單套處理量61m3/h，75%回收率，單套產(chǎn)水量46m3/h，濃水量15m3/h，設(shè)計(jì)膜通量17.1LMH，脫鹽率≥95%，選用抗污染聚酰胺復(fù)合膜(BW30FR-400/34i)，兩段設(shè)計(jì)，4芯裝膜殼，排列方式11:7。
2.1.3 回用處理單元設(shè)備配置
2.2濃鹽水處理單元
中水反滲透濃水與一期反滲透濃水在濃水箱混合，進(jìn)入濃鹽水處理單元，包括弱酸陽床、脫碳塔、濃水反滲透、DTRO、MVR和干燥機(jī)，設(shè)計(jì)規(guī)模45m3/h。
2.2.1 弱酸陽床和脫碳塔
中水反滲透經(jīng)4倍濃縮后的硬度雖不高，且堿度>硬度，以碳酸鹽硬度存在，但在進(jìn)一步的濃縮過程中仍會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)備產(chǎn)生結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，故采用弱酸陽床將多價(jià)陽離子降到非常低的水平，陽床產(chǎn)水硬度控制在1mg/L以下。
系統(tǒng)設(shè)置弱酸陽床共2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)處理量50m3/h，濾速25m/h，樹脂采用H+大孔型，裝填高度1.6m，上鋪壓脂層0.2m。弱酸陽床H型運(yùn)行，配備1套鹽酸再生裝置，運(yùn)行周期約3~4天。
弱酸陽床出水經(jīng)pH調(diào)節(jié)后進(jìn)入脫碳塔，去除水中溶解性的CO2，經(jīng)脫碳塔后CO2含量小于5mg/L。設(shè)置1臺(tái)處理量50m3/h的脫碳塔，內(nèi)部裝填高2.5m的塑料小球，配套除碳風(fēng)機(jī)。脫碳塔安裝在脫碳水箱之上，底部產(chǎn)水直接進(jìn)入脫碳水箱，出水管設(shè)置水封，防止CO2再溶解于水中。
2.2.2 濃水反滲透
由于離子交換已將水中的硬度及其他結(jié)垢性物質(zhì)基本去除，為濃水RO在高pH條件下運(yùn)行而沒有結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)創(chuàng)造了條件。同時(shí)，濃水反滲透在高pH條件下運(yùn)行，硅主要以離子形式存在，不會(huì)產(chǎn)生硅結(jié)垢，可以達(dá)到高回收率，而水中的有機(jī)物在高pH條件下被乳化或被皂化，不會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生污堵。此種運(yùn)行工況，與反滲透膜元件處于高pH連續(xù)堿清洗模式相似，故也可以減少清洗頻率，從而延長(zhǎng)膜的使用時(shí)間。高pH條件下運(yùn)行，也可有效抑制氯離子對(duì)后續(xù)管材的腐蝕。
濃水反滲透采用2×100%的處理能力設(shè)計(jì)，進(jìn)水投加氫氧化鈉，調(diào)節(jié)pH至10.5左右。單套處理量48m3/h，83%回收率，單套產(chǎn)水量40m3/h，濃水量8m3/h，設(shè)計(jì)膜通量16.6LMH，脫鹽率≥95%，選用抗污染聚酰胺復(fù)合膜(BW30FR-400/34i)，三段設(shè)計(jì)，6芯裝膜殼，排列方式6:3:2。濃水反滲透產(chǎn)水回用，濃水進(jìn)入DTRO裝置繼續(xù)濃縮。
2.2.3 DTRO
經(jīng)過中水和濃水反滲透濃縮后，原水濃縮23.5倍，此時(shí)，水中TDS約11000mg/L，COD約1200mg/L，濃水量8m3/h。要實(shí)現(xiàn)零排放，必須進(jìn)一步濃縮減量，以降低蒸發(fā)器的投資和運(yùn)行成本。
DTRO是一種碟管式反滲透膜，相較卷式反滲透膜具有通道寬、流程短的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗污染能力和較高的操作壓力，專門用來處理高濃度污水。
DTRO裝置采用3×50%的處理能力設(shè)計(jì)，單套處理量4m3/h，83%回收率，單套產(chǎn)水量3.3m3/h，濃水量0.7m3/h，設(shè)計(jì)膜通量18LMH，脫鹽率≥95%，選用90bar膜柱。濃水中TDS約6%。
DTRO的化學(xué)清洗和卷式RO膜一樣，先進(jìn)行5~10min的自動(dòng)沖洗，再切換到化學(xué)清洗，根據(jù)膜污染情況選用相應(yīng)的清洗劑。DTRO清洗頻率為2次/月。
2.2.4 MVR
將DTRO濃水箱中的濃鹽水溶液，由進(jìn)料泵輸送至板式換熱器預(yù)加熱，而后進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮，濃縮液通過循環(huán)泵送到蒸發(fā)器頂部，經(jīng)布水器布水后下降到管內(nèi)部，降落的鹽水膜從殼程冷凝的水蒸汽吸收潛熱進(jìn)行蒸發(fā)。蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽經(jīng)過蒸汽壓縮機(jī)升壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器的殼程作為系統(tǒng)加熱熱源，重復(fù)利用蒸汽的潛熱。MVR僅在初次啟動(dòng)時(shí)需要外源蒸汽，穩(wěn)定運(yùn)行后通過壓縮機(jī)回收二次蒸汽作為系統(tǒng)熱源。工藝流程如圖2所示。
系統(tǒng)設(shè)置MVR裝置1套，原液處理量1.5m3/h，蒸發(fā)量1m3/h，濃縮液0.5m3/h，濃縮倍率3倍，濃縮液TDS約18%，濃縮液進(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮至結(jié)晶，冷凝液回收利用。為保護(hù)設(shè)備材質(zhì)，進(jìn)水投加氫氧化鈉將pH調(diào)整到8~9。因MVR沒有備用能力，另設(shè)置1臺(tái)事故水箱收集MVR清洗或事故時(shí)產(chǎn)生的DTRO濃水，待MVR恢復(fù)正常后再進(jìn)入MVR濃縮。
2.2.5 干燥機(jī)
結(jié)晶工藝采用序批式干燥結(jié)晶器，由3組250L型蒸餾罐組成，通過將罐內(nèi)壓力減壓至真空(約-0.1MPa)，水在50℃左右沸騰蒸發(fā)，水中的有機(jī)物和鹽分最終轉(zhuǎn)化為固體鹽形式，含水率≤10%，沒有母液排放，真正實(shí)現(xiàn)了零排放。
2.2.6 濃鹽水處理單元設(shè)備配置
3、運(yùn)行情況及效益分析
該項(xiàng)目于2017年4月投入生產(chǎn)應(yīng)用，到目前為止，裝置運(yùn)行基本穩(wěn)定，出水水質(zhì)滿足回用要求。
此廢水零排放項(xiàng)目回用水作為企業(yè)純水站補(bǔ)水，年運(yùn)行時(shí)間按8400h計(jì)，則每年減少純水站自來水補(bǔ)水110萬m3/年，每年減少向太湖流域排放總氮69噸/年，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯。
4、結(jié)語
本項(xiàng)目將高有機(jī)物、低鹽度、低硬度的顯示器生產(chǎn)廢水逐步濃縮減量，最終實(shí)現(xiàn)零排放，產(chǎn)水回用于純水站補(bǔ)水，工藝可行，運(yùn)行穩(wěn)定。隨著環(huán)保政策的趨于嚴(yán)格，企業(yè)生產(chǎn)廢水的再生利用，減少?gòu)U水排放量，提高水資源利用率，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。(來源：博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司)
