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反渗透系统在中水回用中的应用

摘要:随着社会的发展,我国科学技术的发展也越来越迅速。在工业生产的过程中,大量的工业废水不断产生,如果我们采用一定的技术手段对废水进行回收利用的话,不但能够减少废水的排放,还能够进一步降低工业生产成本。反渗透技术在众多的工业废水回用技术中是最普遍、最常用的技术之一,其具有操作简单、废水回用率高等特点,因而其广泛地应用于化工企业的中水回用工程中。
引言

      某化工企业采用反渗透技术对污水处理系统产生的污水进行处理,出水用作循环水补水。本文简单介绍了该化工企业的处理工艺及处理效果,为反渗透技术在中水回用工程上提供理论依据和经验指导。

        

1.反渗透原理简介
      反渗透(RO)膜技术是多年来使用十分娴熟的制备超纯水技术。其机理主要是:放置相同体积的稀溶液和浓溶液在半透膜的两边,稀溶液因浓度差会渗透到浓溶液侧的自然过程叫做渗透。渗透达到平衡状态时,浓溶液的液面会比稀溶液液面高出一定的高度,形成一个压差,此压力差称为渗透压。渗透压的大小被液体的性质支配着,与溶液的种类、浓度、温度有关而与半透膜的性质无关。假定人为的在浓溶液一端施加一个比渗透压大的压力的话,此时出现的现象是浓溶液侧溶剂向稀溶液侧移动,即溶质移动的的方向与渗透压方向互为反方向的现象叫做反渗透。通过实验研究0.3nm~1.2nm粒度的溶质分子能被反渗透膜从水溶液中很好的去除,对水溶液中的其它无机离子(除氢离子和氢氧离子外)的去除率高至90%以上,这说明此技术对含氮和氯的化合物以及磷具备良好的脱除功效,所以反渗透技术对中水回用工程特别是某些工业废水的回用有着十分明显的优势。不同的膜对进水要求有较大的差异,半透膜的质量直接影响净化效果,在反渗透系统中是核心物质,对反渗透作用的稳定性有很大关系,通常要求半透膜需要具备一定特征:例如水的渗透性大而且有相对较高的脱盐率;半透膜需要稳定及均匀的结构以及具备耐温、抗氧化、高化学耐久性等。         


2.反渗透水处理工艺流程         

2.1.反渗透预处理工艺流程
       预处理工艺流程是从二级达标废水、好氧生物曝气池、混凝池、沉淀池、杀菌剂、砂滤池、超滤、最后到达反渗透给水池。根据中水回用系统水源的水质特点,为了进一步降低废水COD,应将经过生物曝气池处理后的二级废水通过好氧生物技术进行前期处理,经过混凝、沉淀工艺后,出水投加杀菌剂进行杀菌,通过砂滤池的过滤能更好地清除杂质,然后经过超滤系统进一步去除较小杂质,降低浊度后,将低浊度的水送进反渗透给水池,保持给水池中的余氯浓度维持在
0.2mg/L左右,一定的余氯浓度能更好地杀菌。通常达标排放污水经过预处理后,水质都能有一定程度的改善。         
2.2.反渗透处理工艺流程简介
       反渗透处理工艺的流程是反渗透给水池、增压水泵,加药系统(还原剂+阻垢剂)、保安过滤器、高压泵、反渗透系统,在经过反渗透系统前把亚硫酸氢钠投入水中让余氯还原,主要是避免残留余氯对聚芳香酰胺复合反渗透膜元件的氧化破坏,造成膜性能下降,从而对系统的出水水质产生影响,另外为了预防系统出现结垢需要加入阻垢剂,进而保障反渗透系统的正常稳定运行。                                                                           
2.3.反渗透系统的结垢
       在反渗透膜除盐过程中,给水在流过膜元件时较纯的水透过膜形成产品水,而给水在系统中不断被浓缩,原水中的溶解性物质会因达到过饱和状态而析出。在反渗透系统中最常见的水垢为CaC03垢。但水垢一般很少为纯物质,通常是以一种化合物为主并掺杂了多种其他化合物的混合物,较难清理。因此,膜系统一旦结垢将造成膜系统压差快速上升、产水量减小、产水水质恶化以及膜结构破坏的严重后果,这就要求我们在日常运行中要加强工艺管理,防止结垢现象的出现,减少反渗透膜结垢的方法主要有:
  (1)做好来水的预处理工作,特别要注意反渗透进水SDI值要符合进水要求,对于污水处理后的达标水作为回用水原水要做好杀菌工作防止微生物在系统内滋生。
  (2)在反渗透运行过程中,要维持合适的运行压力,一般情况下,提高操作压力会使产水量增大,但压力过大又会使膜层压实。
  (3)反渗透短期停运时应对膜系统用产水进行低压冲洗,将浓水置换出系统;长期运行时也要定时对系统进行停机冲洗操作。
  (4)在反渗透系统运行时,当出现产水减少及压力上升时,表明膜系统有结垢或污染,应及时进行化学清洗。
  (5)密切关注水质分析情况,依据药剂投加方案调节阻垢剂加药量,一般投加量为2~5ppm。
  (6)严防加药设备及管线的跑、冒、滴、漏,确保药液全部加入反渗透进水管道并混合均匀,真正使药液发挥作用,起到防止结垢的目的。


3.回用水处理装置

        某化工企业年产20万吨甲醇20万吨醋酸,根据工艺条件的不同,该化工企业回用水的综合进水水质包括循环水排污水、除盐水站排污水、污水处理站排水水等。回用水装置主要处理目标为除盐,目前在我国常用的水的除盐工艺包括化学除盐、电渗析、电吸附、膜分离技术、离子交换除盐水处理等工艺。由于该化工企业回用水站中的污水处理站出水及清净废水的水质差别较大,水质稳定性也不同,对应的回用水处理有差别。同时也为了考虑后续浓盐水的处理,确定回用水装置采用以反渗透为核心的处理工艺,工艺流程为:石化软化+多介质过滤+超滤+一级反渗透。通过生化处理后的出水中主要包括悬浮物、盐分、菌体和少量残留的CODcr等,故回用水单元在流程设置上充分思量对这些净化物质的去除能力和适用性。污水处理装置出水提升进入回用水处理装置,首先通过多介质过滤器除去悬浮物和大分子有机污染物,出水进入超滤单元,经过超滤膜完成了去除废水中的生物污染物、颗粒物、胶体、浊度、细菌等,满足反渗透系统的进水水质,超滤装置的产水率为92%,定时进行清水反洗和加药反洗,每隔3~6月对膜进行一次化学清洗,清除膜表面污堵。超滤单元包括超滤水罐、提升泵、精密过滤器、超滤主机以及配套的加药和清洗设备。超滤出水进入超滤产水罐,提升去反渗透单元。经RO给水泵提升,并经过保安过滤器过滤,且在RO给水泵出口设置管道混合器,向其投加还原剂和阻垢剂,投加还原剂是为了防止余氯损伤反渗透膜,投加阻垢剂是避免水中的盐在膜表面结垢;加药后的水通过RO高压泵后进入反渗透膜系统,一级反渗透系统产水进入产品水池、浓水进入浓水池;反渗透水回收率为75%,脱盐率大于95%。反渗透产水用作循环水系统补水,反渗透产生的浓水进入浓水排放处理单元,进入臭氧接触池以及BAF单元进行处理,进一步降低浓水中的有机物后进入出水检测池,达标后排放。为安全起见,流程中加入活性炭吸附系统,出水不能稳定达标排放时采用活性炭吸附进行最后把关。         


结语

       结合复杂的进水水质,设计采用反渗透技术对该化工企业废水进行深度处理与回用。作为比较先进的工业废水回用技术,反渗透技术具备降低功耗、节约成本、操作简略及净化率高等方面的优势,能够广泛地应用在各类工业废水的处理和回收过程中,有效的提高工业废水的回用率,有利于企业的可持续发展。     

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