浓水回收方案讲解

2021年2月11日发(作者：motherhood)

第一章

系统概述

1.1

系统现状

< br>60m3/hr

的清净下水回收处理系统而作，系统内采用了化学加药软化

+Porex

管式微滤

膜过滤

+

回收反渗透的主体工艺。

客户目前需考虑回用的再生废水量设计值为

60m3/hr

，按 照每天运行

24

小时计算则总

计反渗透 日排放量大约为

1440m3/

天，这些反渗透浓水的排放是个 不可忽视的损失。另外

由于国家对用水的逐步限定，客户希望考虑反渗透浓水的回收再利 用问题。

预期系统整体回收率为

75 %

以上。

1.2

工艺选定

须回收的下水具有高含盐量

(

根据原水含盐量和浓缩倍数而定

)< /p>

、较高有机物浓度、高硬

度

(

< p>
相对原水

)

、

较高含硅量 等特点，

在回用方案设计时，

需针对以上特征做适当的工艺选择 。

比较传统的处理工艺一般是首先化学加药使钙镁离子以及部分硅产生沉降，

< p>
然后用沉淀池做

固液分离，

沉淀池上清液用多介质 过滤器做预过滤处理，

随后往往需要添加中空纤维做进一

步除浊 处理，最后进入回收反渗透系统，

其产水回到主系统中。整个处理工艺流程长、

投资

大、占地面积大、运行成本高，正因这些特点限制了反渗透浓水回收 市场的发展。

本设计方案中我们选择了化学加药软化

+

管式微滤膜

+

回收反 渗透的处理工艺。其中的

管式微滤膜是本处理工艺的最关键部分，

承担着取代沉淀池做固液分离和向后端回收反渗透

装置输送合格进水的双重功能。

本设计方案采用过滤精度为

0.1μm< /p>

的管式微滤

(TMF)

系统，

< p>
作为反渗透的前处理，

大大

缩短简化了工艺流程，

减少了系统占地面积，

提高了反渗透系统的回收率，

< p>
并有效延长反渗

透系统的使用寿命。

< p>
相较于其他微滤或超滤膜组件，

宝利事管式微滤膜具有强度好、

< p>
耐摩擦、

耐高浓度药剂

清洗、可在极高悬浮固体浓 度下稳定运行、可耐受进水水质波动等优良性能。

1.3

设计原则

1.

根据废水水量和水质指标，采用针对性强、效果显著、运行成本低的膜法水处理技

术

;

2.

选 用专用微滤膜，

PVDF

膜材质，抗氧化、耐强酸碱、耐摩擦、 清洗方便。微滤膜

采用特殊工艺制造，表面平整光滑、微孔率高，可在

< br>100

磅的冲击压力下正常运行，不会

出现滤膜破裂、颗 粒穿透现象，使用寿命可达

5

年以上

;

3.

设备制造的外形尺寸满足水处 理设备的要求，化学加药单元、反应单元、管式微滤

单元、反渗透单元均设计成机架式， 方便安装，减少占地面积

;

4. < /p>

系统设计为自动运行，控制先进、稳定、可靠，操作及检修方便

;

5.

系统回收率高，外排废水少< /p>

(

详情参见以下章节的水量平衡分析

);

6.

系统所用主要设备选用质量可 靠产品，包括整套微滤系统、泵、

pH

计、

PLC

程序

控制等，同时满足防腐、流量、压力的要求。< /p>

7.

工艺设计具有很好的耐冲击负荷 和操作的灵活性

;

8.

< p>
整体布局简洁、合理、同时符合国家有关绿化及环保、消防规定

;

9.

动力设备采用先进设备，保证能长期稳定运行。

第二章

设计依据

2.1

设计水量

废水总量设计为

< p>
60m3/hr

，该回收系统的进水流量按照

1×

60m3/hr

考虑，也就是说回

收处 理系统的各处理单元按照

1

套考虑。

本系统各段水量设计为：

1.

化学加药反应单元：

1×

60m3/hr;

2.

管式微滤单元：

1×

60m3/hr;

3.

回收反渗透单元：

1×

60m3/hr(

按进水量核算

);

< p>

4.

污泥处理单元：基于

60m3/hr

的废水总量和相关水质考虑

2.2

进水水质

< br>回收系统进水为主系统的反渗透浓水和循环水排污水，

以下表格中的数据为客户给 定的

水质资料。如实际水质与下表水质不符合，或有所波动，尤其是其中

pH

、钙离子、镁离子、

碱度、

二氧化硅含量、有机物浓度数据差异较大，

请务必明示，以便根据实际水量调整设计< /p>

工艺。

表

1

进水水质表

项目

/

单位

NH4+

（

mg/L

）

K+

和

Na+

（

mg/L

）

Na+

（

mg/L

）

Mg2+

（

mg/L

）

Ca2+

（

mg/L

）

CO32-

（

mg/L

）

HCO3-

（

mg/L

）

NO3-

（

mg/L

）

Cl-

（

mg/L

）

F-

（

mg/L

）

SO42-

（

mg/L

）

SiO2

（

mg/L

）

指标

3.8

969.5

6600

330

626.3

0

1983.4

179

1187.1

0

1494.3

164.9

TDS

（

mg/L

）

Fe

（

mg/L

）

CODCr

（

mg/L

）

BOD5

（

mg/L

）

6857.1

0.5

171.4

32.8

从上表得出原水的特点：

·

总硬度大于总碱度，存在永硬，如 果采用石灰软化发则需配合添加碳酸钠。

·

钙硬度小于碱度，因此如使用氢氧 化钠进行软化，则无需投加碳酸钠。

·

二氧化硅的浓度偏高，但镁离子浓 度同样偏高，预计无需为了除硅而添加镁盐，系统

内的镁离子足够携带硅一起沉淀。

2.3

产水水质

客户未对回收系统的产水水 质做明确指定，

而本系统重点描述的管式微滤膜，

其侧重点

在于高浓度悬浮固体下良好的固液分离效果，以及经过化学加药软化预处理之后，对于钙、< /p>

镁、硅、钡、

锶等易结垢成分的有效去除，

以下为根据管式膜技术特点列出的良好化学加药

软化预处理之后管式膜产水水质预期表 ：

表

3

管式膜产水水质表

项目

悬浮物

钙离子

镁离子

溶解态二氧化

硅

mg/L

<10

单位

mg/L

mg/L

mg/L

出水水质

<1.0

<40

<40

2.4

供货范围

< br>(

以下为推定的工程公司供货范围，仅供参考。而宝利事公司仅提供

TMF

管式膜组件

)

主要供货范围：

1.

回收处理系统的深化设计，包括工艺、机械、电气设计

;

2.

系统内所有机械设备、仪表、管路阀门系统的采购 与机架的工厂制作

;

3.

系统内

(

水箱与机架之间，以及各机架之间

)

阀门和管路系统的连接、安装和调试

;< /p>

4.

系统内各种滤料、膜等介质的初 次填装、清洗和预处理

;

5.

系统内控制盘

(

包括硬件与软件

< p>
)

的提供、安装及调试

;

6.

系统内现场仪表

(

包括硬件与软件

)

的提供、安装及调试

;

7.

系统内现场仪表 与控制盘间信号电缆的提供、敷设和连接

;

8.

系统内各动力设备与主动力柜间动力电缆的提供、敷设和 连接

;

9.

系统内电缆的提供、敷设和连接

(

不包括业主提供的各配电柜 上端头的电缆及桥架和

相应施工

);

10.

系统的控制系统及现场仪表的集中供电系统

< p>
;

11.

系统运输至 现场、就位、固定

;

现场机电安装及测试

;

12.

系统整体调试

(

调试前测试、控制模拟运行、压力测试、漏泄测试、阶段试运行、

整机试运行、系统优化调整、系统水质水量确认

);

13.

调试报告书、系统操作说明文件等竣工资料的。

供货范围外部分：

1.

< p>
土建及其附属工作，例如基础、防腐、照明、通风等

;

2.

公用设施

(

动力电、压缩空气、施工和调试临时水电

)

的一次侧 敷设。

(

共用设施部分

请客户协助提供 至所需位置

)

3.

竣工验收后的设备运行

;

第三章

工艺方案描述

3.1

回收率影响分析

3.1.1

过饱和结垢对回收率的影响

结垢对于 反渗透系统的回收率产生的影响最为重要，

主要是由于离子在浓水侧因浓缩后

< p>
超过其饱和浓度，生成沉淀，因而对反渗透系统产生结垢影响。

1.

过饱和结垢描述

如钙、镁、钡、锶、锌二价离子与碳酸根、硫酸根、磷酸根、氟离子在反渗透浓水侧超

过饱和浓度时产生结垢。

硅在浓水侧浓度超过饱和浓度也产生结垢。

2.

结垢判

·

断标准

如碳酸钙垢类一般采用

LS I

指数和

S&DSI

来判断

< p>
;

浓水

TDS<100 00mg/L

使用

LSI

指数。

浓水

TDS>10000mg/L

使用

S&DI

指数，当

S&DSI>0

时就会产生碳酸钙结垢。

二氧化硅一般采用浓度来判断

;

如一般在浓水中，

pH

在

< br>7

左右时，二氧化硅的溶解度约为

100~120mg/ L

。

3.

离子结垢应对措施：

a.

调整进水

pH

值、温度等条件，提高溶解度

;

b.

使用阻 垢剂，但阻垢剂只在一定范围内有效，如

LSI

：

0~1.8

之间，超过

1.8

需要将

LSI

值调整到

1.8

以内加入阻垢剂才会有效。

c.

采用离子交换、化学沉淀、吸附等方式去除结垢因子。

4.

根据结垢因素计算系统回收率

以二氧化硅为例：

如原水中二氧化硅 的浓度为

50mg/L

，其反渗透系统的浓缩倍率只有

2

倍，即回收率为

50%

时，浓水侧的二氧化硅就会达到

100mg/L

的饱和溶解度

;

若原水经过处理后二氧化硅的浓度 为

20mg/L

，其反渗透的浓缩倍率可达到

< br>5

倍，即回

收率为

80%

时，浓水侧的二氧化硅才会达到

100mg/L

的饱和溶解度

;

5.

针对结垢因子提高系统回收率

由此可 见将去除结垢因子

(

钙、镁、硅

)

与阻垢剂搭配使用是提高反渗透系统回收率的有

效方法。

< p>

钙和镁可利用离子交换软化出去，

但带来非常大 的再生药品消耗。

针对硬度高的反渗透

浓水，通常情况下合适的 处理工艺还是利用添加药剂

(

氢氧化钠或石灰

< br>)

，提高水的

pH

值，

使钙和镁形成碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁

3.1.2

渗透压对回收率的影响

渗透压指的是驱使水透过

RO

膜的驱动 压力。

RO

浓水的回收率是

RO

进水的含盐量和浓水中允许的含盐量决定。也就是说，如果

RO

浓水中溶解性盐

TDS

是

5000ppm

，

由另外一个< /p>

RO

浓缩后能到

10,000mg/l< /p>

，

或者

1%

，< /p>

这时渗透压大约为

1000psi

。

为了确定可以浓缩到的浓度，

必须对进水 进行具体的分析，

然后用计算软件确定另一个

RO

系统需要的驱动压力和可以达到的回收率。一些水要求达到和传统

”

苦咸水

”

系统一样的

4 00psi

设计压力，一些要求压力高达

600-1200ps i

。

1200psi

的

RO

通常用在海水淡化上

,

是 市场上压力最高的

RO

。

< p>
由此可见进水含盐量和渗透压有着密不可分的关系，

由于

< br>RO

膜元件在承受压力上并非

无限，因此

RO

系统的回收率也不可以无限升高。

一般常见的海水淡化系统通常将

TDS:30000mg/L

左右的海水浓缩成为

TDS

为

60000mg/L

左右的浓海水。

3.1.3 RO

系统回收率的确定

1.

通过化学沉淀的方式，去除结垢因子，使其不成为制约< /p>

RO

回收率的因素，如钙

<40mg/L

，镁

<40mg/L

，硅

<10mg/L

。

2.

由于系统的进水

TDS

约为

< p>
6857.1mg/L

，参照普通苦咸水处理系统，和长期稳定运

行的海水淡化系统，其回收率可设计为

75%

， 即浓缩约

4

倍。

3.1.4

膜元件种类的选择

由于进水的

TDS

约为

6857.1mg/L

，通过计算

450psi(30ba r)

耐压等级的苦咸水膜元件

即可满足其使用要求，采用一级低 压

RO

系统。

3.2

工艺流程选择

根据设计原则，选择化学加药软化

+TMF

管式微滤 膜

+

一级

RO

系统的处理工艺，以

下是系统的工艺流程框图。

< p>

图

1

回收系统流程框图

3.3

系统工艺简述

从主系统的反渗透浓水作为进水，直接进入反应槽，在反应槽

1

内添加石灰或氢氧化

钠

(

具 体药剂种类和投加剂量应通过中试确定

)

，

另外需添加镁盐

(

如果中试表明废水中的现有

镁离子浓度不足以吸附降低二氧化硅浓度

)

，此外还 需要添加一定量次氯酸钠用于抑制微生

物滋生

;

在反应槽

2

内添加碳酸钠溶液

(

如果使用石灰软化的话

)

，

必要时还需要添加氢氧化钠

以维持合理

pH

值。反应槽分别进行搅拌和

pH

监控，使水 中的钙镁等硬度成分形成沉淀。

经过反应后的水溢流到管式微滤膜的浓缩槽内，

用循环泵输送到管式膜进行固液分离。

此时

大流 量的水在废水浓缩槽和管式膜之间循环，

而部分膜透过水

(

等同于输入的水量

)

进入中间

色水槽短期贮存，

然后送往回收反渗透系统。

在反渗 透系统内做进一步的脱盐处理，

该反渗

透产水送往现有主系统的 过滤水箱，

作为过滤水使用，

而回收反渗透的浓水则和主系统内 其

他排水一起排放处理。同时，管式膜还产生少量的浓缩液

(< /p>

污泥

)

，需要送往污泥脱水系统，

经过板框压滤机脱水之后，

脱水泥饼委外处理或直接填埋，

< p>
脱离水则回流到系统前端再次处

理。

< p>
考虑到待回用的废水可能含有一定的

TOC

，

在此基础上需要活性炭过滤器将

TOC

降低

到一定程度，避免造成回收反渗透的污堵，但若进水

TOC

足够低，则无需考虑设置活性炭

过滤器。同时，活性炭过滤器还能去 除前处理水中的残留氧化剂

(

余氯

)< /p>

。

表

3

各工艺段功能特点

工艺设

备

主要功能

备注

添加氢氧化钠或石灰，和镁盐等，

反应槽

重点形成氢氧化镁沉淀物并与硅共沉淀，同

1

时添加次氯酸钠用于抑制微生物滋生

反应槽

2

浓缩槽

管式膜错流供水和浓缩污泥暂时存

放

0.1μm

的微滤膜，错流模式下进行

固液分离，截留悬浮固体

中间水

管式膜透过水暂存，并输送到后段

添加碳酸钠，重点形成碳酸钙沉淀

不小于

30

分钟停留时间，

带搅拌和

pH

监控

不小于

30

分钟停留时间，

带搅拌和

pH

监控

不小于循环泵

3

分钟吸水

量，带液位控制

TMF

系统

错流流速不小于

3.5m/s

不小于

3 0

分钟停留时间，

槽

活性炭

过滤器

吸附降低废水

TOC

浓度，

避免

RO

< p>
膜污堵

去除绝大部分盐类，大部分二氧化

反渗透

硅，及部分有机物，产水送往 脱盐水系统回

用

带液位控制

系统脱盐率：

≥97%

3.4

废水处理主体工艺说明

3.4.1

主系统废水接入

如进水只限于现有主系统的反渗透浓水，

则可在现有主系统的反渗透浓 水的排放管路上

接三通，将支管送往回收系统，

利用主系统现有 的压力、

流量监控系统进行监控，

同时引入

主系统的运行信号作为回收系统的启动信号。

如进水包括 其他废水，

或主系统反渗透浓水已采用调节池收集，

或因其他原 因无法直接

用管道接到回收系统，则考虑调节池集水加提升泵的接入方式。

3.4.2 TMF

预处理系统

系统由化学加药系 统和两级级反应池组成，

第一个反应池添加石灰或氢氧化钠，

另 根据

需要选择镁盐和次氯酸钠，搅拌反应，控制

pH

< p>
在

11.5

左右

;

第二个反应池内添加碳酸钠，

可能需要添加液碱用于维持

pH

值，

控制

pH

值在

10.5

以上，

经 过两级反应后的含沉淀物的

水溢流进入到

TMF

的浓缩池。两级反应池的停留时间均考虑

30

分钟以保 证反应充分。同

时两级反应池均配套有搅拌装置，避免沉淀物沉入池底。

3.4.3 TMF

系统

TMF

系统由浓缩水池、微滤膜和其他配套设备组成。

浓缩水池可接收不断被微滤膜浓缩的污水，保持污泥浓度达到最佳状态 。

微滤膜的结构是膜被浇铸在多孔 材料管的内部。含被过滤物质

(

固体

)

的水流透过膜后，

再透过多孔支撑材料，进入产水侧

< p>
(

水被净化

)

。被膜截留 的固体颗粒在水流的推动下，不会

停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的冲刷作用， 避免污染物在膜表面停留。

错流式微滤作为过滤是为了达到非 常好的出水水质代替传统的沉降或澄清工艺。

微滤利

用微孔的膜 把废水中的沉淀物分离出来。

它不需要沉淀物粒径足够大和比重足够大，

所以当

把物质从溶解状态转化为不溶状态后，它是一种更有效的分离方法。

与普通的中空纤维超滤不同，

TMF

微滤膜可以承受很高的污泥浓度

2~5%

， 和很高的

pH

值，在

pH

为

14

的条件下也能正常稳定的工作。

3.4.3.1 TMF

系统简介：

1.

< p>
废水直接进入调节池后再进入微滤系统。在第一个反应池里，通常加入共沉剂。在

< br>多数情况下，共沉剂是一些形式的铁或钙。废水再进入第二个反应池，利用

NaO H

或石灰

将

PH

调高。

对于软化水处理系统，

第一个反应池添加熟石灰或碱加 氯化钙，第二个反应池

则添加碳酸钠或镁盐。

来自第二个反应池 的出水靠重力流到微滤的浓缩池里。

这就开始了固

体分离。来自 浓缩池的水被泵提升到微滤膜组件。

2.

< br>利用错流过滤技术，废水中的污泥被高速打到膜管中间，然后回到浓水罐。澄清水

或渗透水透过膜后进到最终

PH

调节系统。

每通过膜一次，污泥就浓缩一点。为了阻止快速

的堵塞或污堵膜要用气和干净的产水 反洗。从而迫使膜孔内或膜表面的堵塞物回到污泥流

里。

3.

在浓缩池里安装了一套液位计来控制微滤供给泵的启和停 。这个罐子的目的是保证

被打到膜组件的水固体浓度在

2-5%

之间，固体的脱水是自动或手动的

.

浓缩池的固体被用