高盐废水零排放工艺的设计与应用

摘要: 针对高盐废水水质复杂，含盐量高的特点，某光伏园区厂配套功能中心项目设计采用预处理 － 钠床 － 超滤 － 浓水反渗透 － STRO 的处理工艺。该工艺中反渗透浓水经预处理 － 再浓缩工艺后，采用 STRO － 蒸发工艺对二次浓水进行零排放处理。出水达到回用水质要求，回用水至补给水系统。着重阐述了预处理、STRO 系统工艺流程、设计参数，为该工艺在高盐废水处理工艺提供参考。

关键词：高盐废水; 反渗透; 钠床; STRO; 零排放

随着我国经济的发展与技术的进步，高盐废水已成为石油、化工等行业常见的废水。高盐废水具有水量大、含盐量高、有机物含量高等特点［1 － 2］，如果直接排放会造成土地盐碱化，并对生态环境造成严重的破坏。高盐废水的处理工艺已经成为废水处理中的研究热点。

零排放技术是通过清洁生产、生态产业等对自然资源循环利用，以达到污染物零排放、资源化的生产目标，零排放始于上世纪 70 年代，并逐步得到推广与发展［3 － 4］。本文采用预处理 －钠床 － 超滤 － 浓水反渗透 － STRO － 蒸发的一整套工艺对高盐废水进行处理，并详细阐述各个工艺的流程、设计参数，最终实现对高盐废水的零排放处理。

1 工程概况

该项目位于新疆某光伏园区内，建有锅炉补给水系统、高盐废水零排放系统等，高盐废水进水为锅炉补给水处理系统反渗透浓水、凝液混床再生废水等高含盐废水，根据锅炉补给水处理系统排放废水的种类和水量，对其进行分质分类处理，实现各级废水在本工程内的的合理、最大化回收利用。采用以膜法为主体的处理工艺，最终出水达到回用，浓水蒸发结晶。系统设计水量 190 m³ /h，设 计 要 求 STRO 浓水含盐量不低于90000 mg /L，提浓处理后，保证系统总产水率不低于 90% 。

2 设计进、出水水质

零排放系统进水为本工程锅炉补给水处理系统反渗透浓水、凝液混床再生废水等高含盐废水。原水为地表水经反渗透浓缩 4 倍后进入零排放系统一级浓水反渗透，一级浓水反渗透浓水进入调节池与凝液混床再生废水混合，经预处理软化后再进入后续膜浓缩系统; 该废水具有高含盐、高硬度、硅和磷含量较高、氯离子含量较高等特点，具体水质详见表 1，控制一级反渗透回收率、避免膜结垢、提高膜系统的清洗周期、氯离子含量较高设备材质选型是本工程的处理难点。STRO 浓水至少能满足进入蒸发结晶系统的最低水质要求 ( 要求含盐量不低于90000 mg /L) 。

3 工艺流程

锅炉补给水系统中的反渗透浓水进入反渗透浓水箱，在反渗透浓水箱内的停留时间约为半小时，此时前面所加的阻垢剂 还未失效，也没有絮状物产生。经过水泵提升至一级浓水反渗 透进行浓缩，一级浓水反渗透采用 65% 回收率。为防止离子结 垢，一级浓水反渗透进水预留了阻垢剂接口。一级浓水反渗透产生的浓水和锅炉补给水系统的再生废水均进入调节池均质。

调节池内废水经泵提升进入高效反应澄清池，高效反应澄清池主体为钢砼结构，集化学反应、混凝、泥水分离和储水于一体。根据来水水质条件，投加软化剂、氧化镁、絮凝剂及助凝剂 等药剂，将废水中钙离子、镁离子、硅酸根离子态转化为固体颗粒态，经絮凝反应形成较大颗粒物，在沉淀区经重力分离去除。

固态杂质从淡盐水中分离出来后采用脱水机脱水处理，形成泥饼外运，压滤液仍返回到调节池。

高效反应澄清池产水进入产水池，经泵提升至双介质过滤 器和浓水超滤装置进一步去除水中的悬浮物和杂质［5］。浓水超滤产水进入二级浓水反渗透进行浓缩，回收率为 65% 。二级浓水反渗透采用循环回流及段间增压的方式一方面增加浓水流速，另一方面减少浓差极化，降低膜的污染。二级浓水反渗透产生的浓水进入 STRO，本项目采用了 90 bar 的 STRO 膜，可 以使浓水的 TDS 达到 90000 mg /L 以上，大大减少了浓水量。 详细工艺流程见图 1。

4 工程设计

4.1 浓水反渗透系统( RO)

浓水反渗透系统包括浓水反渗透膜组件、浓水反渗透高压 泵( 每套浓水反渗透装置的高压泵进、出口都装有低压保护开 关和高压保护开关) 、浓水反渗透分段清洗装置，反渗透出水口关断门、止回门、防爆膜片等。浓水反渗透装置设计 2 个系列， 每个系列的净产水量≥61 m³ /h，每个系列组装一个组合架，每 列都能单独运行，也可同时运行。采用一级二段布置的抗污染膜元件，浓水反渗透膜平均通量不大于 18 L/( ㎡ ·h) ，系统回 收率为 65% ; 一段与二段膜数量按 2 ∶ 1 布 置，系统脱盐率 ≥98% 。

4.2  预处理系统

浓水反渗透浓水、钠床再生水及凝液混床再生水等混合水 的含盐量高，TDS 质量浓度高达 16800 mg /L，其水质参见表 2。 本工程对浓水反渗透浓水先采用软化与过滤预处理后，再采用二级反渗透及 STRO 进行提浓。

4.2.1 调节池

浓水反渗透浓水进入废水调节池，废水调节池为混凝土结构，调节池设计 1 座，容积约为 150 m³。停留时间大于 2 h; 废水进入调节池进行均质后进入高效反应澄清池。

4.2.2 高效反应澄清池

高效反应澄清池主体为钢砼结构，集化学反应、混凝、泥水分离和储水于一体。设计处理能力为 100 m³ /h，停留时间大于 0． 5 h; 高效反应澄清池设计 1 座。

浓水经提升泵送到高效澄清池絮凝反应池，分别投加NaOH、MgO、Na₂CO3 及其他药剂，使水中 Ca²⁺ 与剩余的 Mg²⁺ 形 成 CaCO₃ 沉淀和 Mg( OH)₂ 沉淀，同时在 MgO 共沉作用下强化去除硅。

为保证软化反应迅速彻底，反应槽设置 4 格专用药剂混合 反应区，反应区通过机械搅拌在混合药剂与来水的同时，强化化学反应效果，最大限度保证化学反应彻底完成。经过化学反应后的淡盐水进入澄清区，在澄清区中化学沉淀物沉降分离出 来后送至污泥脱水系统处理。 水经过软化后总硬度可达到 0． 5 mmol /LCaCO₃ 以下。并且Ca²⁺ 、Mg²⁺ 在后续系统中不发生结垢，即便后续浓缩设备需要酸洗，也使清洗速度加快、过程缩短，减少后续浓缩系统停运 次数和停运间隔时间。

4.2.3 清水池

高效反应沉淀池出水进入清水池，清水池为混凝土结构， 设计 1 座，容积约为 100m³。缓冲时间大于 1.5 h; 清水池出水 经泵提升后进入双介质过滤器。

4.2.4 双介质过滤器

双介质过滤器系统包括 2 台 DN3200 双介质过滤器( 一用 一备) ，反洗罗茨风机、反洗水泵等; 双介质过滤器每台处理量按 80 m³ /h 设计，为钢制设备，内装填料上层为无烟煤、下层为石英砂，高度分别为 400、800 mm， 出水浊度可达 3 度以下，采用气水联合反洗，配备反洗水泵及反洗风机。反洗周期根据实际运行情况调整。反洗水自流进 入调节池。

4.2.5 超滤装置( UF)

超滤系统包括了超滤膜组件、超滤反洗水泵、反洗风机、 100 μm 反洗过滤器、反洗加药装置等。超滤装置设计 2 个系列，每个系列净产水量 ≥37 m³ /h，都能单独运行或反洗，也可同时运行。选 用 GE ZeeWeed1500 超滤膜元件，膜材质为PVDF，单支膜面积 51.1 ㎡，设计通量小于 50 L/( ㎡·h) ，每个系列安装 15 支膜。超滤装置采取全量过滤和错流过滤相结合的过滤方式，在进水水质较好时，采用全量过滤; 水质差时，可切换为错流过滤，以增加操作弹性、节约用水。每套超滤装置反洗排水安装流量控制装置，以控制水的回收率。

4.2.6 钠床

为了防止后续处理系统中氟化钙结垢。在超滤后面增加了钠床系统，钠床系统包括 2 台 DN2000 钠床( 一用一备) ，再生设备等; 钠床每台处理量按 80 m3 /h 设计，为钢制设备，内装填料强酸阳树脂，填充高度为 1800 mm，运行周期为 1 天以上。再生水自流进入调节池。

4.3 提浓处理系统

4.3.1 二级浓水反渗透装置

浓水反渗透浓水经软化除硬过滤后进入二级浓水反渗透装置。二级浓水反渗透装置设计为 2 套，每套设计出力为 24 m³ /h，平均通量不大于 14 L/( ㎡ ·h) ，每套按一级两段( 5∶ 3)排列，回收率为 65% ，段间设置增压泵。膜元件采用陶氏专用于高难度水处理系统的富耐 CR100，膜材质为芳香族聚酰胺复合膜，单支膜面积 37 ㎡。

4.3.2 STRO 装置

二级浓水反渗透浓水的成分复杂，含无机盐、有机物，也有预处理、脱盐等过程使用的少量化学品，如阻垢剂和其他反应产物。浓盐水的处理是高含盐废水“零排放”的关键技术［6］。

本工程对二级浓水反渗透浓水采用 STRO 装置进一步提浓，最后进入蒸发装置进行固化处理，最终实现废水零排放。 STRO( 网管式高压反渗透膜) 装置采用 RECHEM 公司的STRO 膜产品，脱盐率在 95% 以上。

本工程设计 2 套 STRO 装置，每套 STRO 装置进水量 13 m³/ h，每套产生浓水量小于6.2m³ /h，回收率大于 50% ，每套选用 24 支 90bar 的 STRO 膜柱，单支膜柱面积 26.5 ㎡，将单套STRO 分成两个组块，第一组块 1 串，每串 6 支膜组件串联排列，第二组 3 串，每串 6 支膜组件串联排列，共 24 支膜组件，串与串并联排列。第二个组块单独设置一台错流循环泵，以保证每一串膜的进膜水量，以及补充过膜后的压力损失。 STRO 浓水保证 TDS≥90000，其中 Na⁺ 浓度为 32000 mg /L，Cl^－ 浓度为 25000 mg /L，SO₄^2－ 浓 度 为 36400 mg /L。确保STRO 浓水高含盐量，可以有效减少蒸发环节的蒸发量，减少蒸发装置的规模，维持蒸发的性能稳定。

5 结语

( 1) 反渗透浓水、再生废水混合后产生的混合水水质复杂，含盐量高，必须采用完善的预处理工艺进行处理，为后续膜法的稳定运行提供保证。

( 2) 采用先进的膜技术，大大降低了酸、碱等药剂的使用量，最终实现废水的零排放。

( 3) STRO 具有开放式的通道结构，对进水水质适应性强，膜结垢少，不易污堵，易清洗，使用寿命长，浓缩倍率高，产水水质好等优点，对高盐废水的浓缩处理具有非常显著的效果。

( 4) 用 STRO 进行浓缩，可以减少进入蒸发结晶装置中浓盐水的量，从而减少蒸发量及蒸发装置的规模，减少零排放项目的投资费用及运行费用。