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膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

北极星环保网  来源:《煤炭加工与综合利用》  作者:何守昭等  2018/2/14 8:23:23  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:煤化工废水 MVR 环保政策

北极星环保网讯:1煤化工废水零排放常见工艺

随着环保政策的收紧,国家对已建和新建的煤化工项目要求废水“零排放”。虽然不同煤化工工艺产生的废水性质有所差异,但传统处理煤化工废水的工艺大多包括生物活性处理、化学沉淀、悬浮物过滤、膜浓缩产水回用和蒸发固化等。图1 为煤化工废水“零排放”主要阶段示意。

膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

膜浓缩和蒸发结晶工艺对进水硬度有严格要求,进水硬度越低,结晶过程越顺利,效果越好,通常要求进水硬度低于200 mg ˙ L-1。因此,可通过加入碳酸钠将硬度沉淀,以溶解度高的Na+ 离子交换溶解度低的Ca2+ 离子,防止蒸发器结垢。

蒸发技术一般采用多效蒸发或机械式蒸汽再压缩技术(MVR),对进水硬度要求也同样高。MVR 是目前效率最高的蒸发技术,但在投资和营运上的费用仍较高。如何能在生物降解后提高浓缩比、减少蒸发量是目前面临的重要问题。

2蒸发阶段的投资和运行成本

蒸发回收是整个零排放要求的最终环节。因废水中氯离子含量高,会对一般钢材造成严重腐蚀,故蒸发装置需使用钛金属或其它特殊合金,设备制造成本高昂。近期业界多采用MVR,具有一定规模的MVR 建造成本约100 万元/h ˙ t-1。除了建造成本,运行成本也是需要重点考虑的因素。MVR 使用蒸汽再压缩技术,可提高蒸汽使用率,极具效益的MVR每吨进液蒸发成本约为60~80 元/t。

3膜浓缩技术的难点

为减少蒸发量,部分厂家采用RO 膜技术进行浓缩。煤化工废水TDS浓度约为3 000 mg ˙ L-1,硬度约为300 mg ˙ L-1,COD 约为300 mg ˙L-1。在高浓缩比的工况下,长时间运行会对膜进口和膜面产生污染。因此需投加药剂除硬,增加了污泥外置费用。卷式RO 膜无法进一步提高浓缩比的主要原因有两个:第一是卷式RO 膜的进入通道较窄,第二是其膜面剪切力不足。RO 膜进口结垢堵塞情况见图2。

膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

3.1通道结构:卷式RO 膜组的进口空隙是指膜层间隔离层的厚度,距离仅约为0.5 mm。有些RO 膜组采用较大厚度的隔离层,但应用在高浓度的废水中效果不明显。不同盐的溶解度各有不同,如纳、钾、氯盐等单价盐的溶解度很高,而如钙、镁盐等双价盐的溶解度却非常低。当钙、镁盐进入RO 膜,加上胶状有机物,很容易累积在进口,产生堵塞。解决这一问题的方法较简单,扩大膜与膜之间的空隙即可。市面上采用平板膜设计的一般都可解决通道窄的问题。

3.2膜面结晶:膜面结晶是RO 膜应用的重要议题。按结晶理论,结晶状态通常可分为粒状结晶和膜面结晶。当溶液达到溶解度极限范围时,分子相互碰撞产生晶体,晶体是不溶解的粒状固体,随水流方向压到膜面上。粒状晶体堆在膜面上比较松散,或随着水流冲到浓液出口,因此粒状结晶不会对膜通量带来太大影响。粒状结晶见图3。

膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

膜面结晶是盐水在通过膜面时进行脱盐,水被压过膜产生清液,膜面瞬时在高盐浓度下结晶(见图4)。

膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

因高盐分物质平均分布在膜面,晶体逐渐在膜面向外生长,成为一层很坚固的晶体,覆盖在膜面,而且与膜面结合。通常结晶先从低溶解性的盐分开始,如钙、镁离子。钙、镁盐溶解度非常低,虽然含量也相对较低,但几乎无法在不破坏膜的前提下能清洗掉这类结晶盐而恢复通量。

4震动膜工作原理

震动膜的工作原理就是针对膜浓缩的两个难点来设计的。震动膜主要由两个部分组成,膜组和使膜组产生往复运动的振动机械。膜组里是圆形的平板膜,膜片可按需求使用不同精度的膜材。膜片与膜片的间隙为3 mm,进口通道比较宽,有效避免了在进口位置产生结垢。进液在压力作用下从进口流到浓液口。在进料泵压力下,清液通过膜片,盐份被截留。膜组剖面示意见图5。

膜浓缩技术在煤化工废水处理中的应用经验

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