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1/6工业园区污水膜法处理“零排放”工程案例马海波¹徐平2、李一敏2（1、格兰特膜分离设备有限公司2、北京坎普尔环保技术有限公司）1.项目概况江苏省某化工园区废水处理厂废水再生利用项目，是中国和新加坡两国政府合作的水处理示范项目，同时也是国内第一家利用工业园区综合污水作为水源，采用全膜法工艺技术，将达标排放废水进行深度处理，生产除盐水并实现“零排放”的再生水项目。再生水处理厂设计产水能力为20,000吨/日，所用原水为化工园区废水处理厂的尾水作为水源，水质主要指标见表1。再生水厂产水为除盐水，主要用于化工园区工业用户锅炉给水或工艺用水。该项目采用了全膜法（TMS）工艺和蒸发结晶工艺，其中超滤膜（UF）采用加拿大坎普尔公司生产的外压式SVF系列聚偏氟乙烯（PVDF）膜产品，反渗透（RO）采用美国陶氏膜产品，电除盐（EDI）采用坎普尔公司生产的CPS系列膜组件。超滤系统、反渗透系统、浓水回收反渗透系统和电除盐膜系统全部由北京格兰特膜分离设备有限公司设计、制造。表1—原水水质主要指标水质项目单位废水处理厂尾水范围平均值pH6~96.8~7.2浊度NTU=2510电导率umhos/cm=45004200氨氮(asN)mg/L=15(1)10色度HazenUnits=5025硝酸根(asNO3)mg/L=270180油脂mg/L=0.50.1总磷(asP)mg/L=0.50.3硅(asSiO2)mg/L=1512钠(asNa)mg/L=900600锶(asSr)mg/L=0.40.35硫酸根(asSO4)mg/L=900800总碱度(asCaCO3)mg/L=480290总盐量(TDS)mg/L=27002500图1再生水厂效果图2/6总硬度(asCaCO3)mg/L=600517总悬浮物(SS)mg/L=7025生物需氧量(BOD5)mg/L=20(3)10总有机碳(TOC)mg/L=30(4)25化学需氧量(COD)mg/L=100752.工艺流程采用超滤（UF）+一级反渗透（RO）+二级反渗透（RO）+连续电除盐（EDI）工艺，其中，一级RO浓水进入浓水回收RO进一步浓缩，浓水回收RO的浓水进行蒸发处理，工艺流程见图2。3.工艺流程描述3.1.UF单元化工园区废水处理厂的尾水直接进入超滤（UF）单元，采用外压式超滤膜组件。经超滤膜过滤，滤除水中的悬浮物（TSS）、胶体等杂质，超滤出水SDI值小于3，最大限度降低对反渗透膜的污染。超滤反洗水排放到集水池，泵送至废水处理系统，以提高系统回收率。共设5套装置，单套出力230m3/h，膜净通量≤50L/m2h，回收率≥90%。UF膜元件，在气水联合反洗方面，使用了一项专利技术——曝气外压膜专利技术（专利号：ZL200820177859.x），使得在反洗过程中气水混合物对膜丝的擦洗更均匀，保证更好的反洗效原水池超滤产水池超滤系统一级反渗透系统一级反渗透产水池二级反渗透系统二级反渗透产水池EDI系统一级反渗透浓水收集池浓水回收反渗透系统除盐水池蒸发系统脱泥系统污泥浓缩池超滤反洗排水污泥外运盐渣外运供用户一级反渗透系统浓水二级反渗透系统浓水EDI系统浓水废水处理厂尾水来水图2——工艺流程框图3/6果。3.2.一级RO单元超滤单元产水进入超滤产水池，经一级反渗透（RO）给水泵升压后，进入一级RO装置，一级RO膜截留大部分的溶解盐以及有机物，使一级RO产水中的盐份（TDS）从2700mg/L（最高时达4000mg/L）降低到120mg/L以下，总有机物（TOC）从30mg/L降低到1mg/L以下。截留的大部分的无机盐离子以及有机物随着一级RO浓水排至RO浓水收集池。共设5套装置，单套出力200m3/h，膜净通量≤17L/m2h，回收率≥80%。一级RO装置设计为3段式排列，每段间设增压泵。3.3.二级RO单元一级RO产水进入一级RO产水池，经二级RO给水泵升压后，进入二级RO装置，进一步脱除剩余溶解盐以及有机物，使二级RO产水中的盐分降低到5mg/L以下，电导率小于10µΩ/cm，有机物含量小于0.5mg/L。二级RO浓水则全部回流至超滤产水箱作为一级RO的进水，以提高系统回收率。共设5套装置，单套出力186m3/h，膜净通量≤38L/m2h，回收率≥85%。二级RO装置设计为2段式排列。3.4.EDI单元二级RO的产水进入二级RO产水池，经EDI给水泵升压后，进入EDI装置进行脱盐处理，使产品水的电导率小于0.1µS/cm，满足各用户对除盐水水质的要求。EDI产水进入除盐水池。EDI浓水回流至一级RO产水池。EDI极水排入厂区排水集水池，最终回到原水储水池。共设5套装置，单套出力167m3/h，回收率≥90%。EDI模块，使用了两项专利技术，逆流式电除盐装置（专利号：ZL200720153934.4），和浓水室填充逆流式电除盐装置（专利号：ZL200810084695.0），这两项专利技术的使用，使得EDI模块工作在相对较低的电压下，即可获得高电阻率产品水，经测算，EDI系统的单位产水电耗，低于0.23kwh/t，节能效益显著。3.5.浓水回收RO单元一级RO浓水收集至一级RO浓水池，经浓水回收RO给水泵升压后，进入浓水回收RO装置，浓水回收RO采用海水淡化膜元件，产水进入超滤产水池，浓水带压排放至蒸发单元。共设2套装置，单套出力42m3/h，膜净通量≤13.5L/m2h，回收率≥50%。设计为2段式排列，段间设增压泵。4/6一级RO入水含盐量最高时达4000mg/L，经一级RO浓缩后，浓水含盐量最高时达20000mg/L，相当于海水的含盐量。浓水回收反渗透单元设备完全按海水淡化系统的标准设计和制造，采用卧式多级离心高压泵，选用相应压力等级的管道、阀门、容器等。入水和浓水管道全部采用2205和2207双相钢材质，并严格按照双相钢材料的焊接要求进行焊接施工。3.6.蒸发结晶单元蒸发器采用降膜蒸发器形式，采用蒸汽作为热源，系统浓盐水结晶的固废物脱水后填埋处理，产水的冷凝水回用。4.设计要点4.1.超滤的通量恢复措施原水为二级排放水，悬浮物、COD含量较高，直接进入外压式超滤膜系统，超滤系统在高污染物水质条件下运行，通量恢复措施的有效性和可靠性尤为重要。超滤系统的通量恢复措施，设计了水气反洗（BW）、2种化学增强反洗（CEB1、CEB2）、增强通量维护（EFM）、在线化学清洗（CIP）共5种措施，设置不同的周期交替使用。水气反洗于每30分钟的运行周期后进行；CEB1（200ppm的NaClO+NaOH溶液，ph为9-10）于每4个运行周期后进行；CEB2（ph为2的HCl溶液）于每16个运行周期后进行；EFM于每天固定时间进行；CIP于超滤膜跨膜压差达到预设值时进行。从图3可见，每天进行一次EFM（NaClO+NaOH溶液），跨膜压差（TMP）和通量即可得到良好的恢复。5/6从图4可见，每天进行一次EFM，有效的将化学清洗周期延长至80天左右，化学清洗后，跨膜压差和通量得到了良好的恢复。4.2.RO系统的污染预防措施由于原水为二级排放水，经超滤处理后，可滤除悬浮物和胶体等颗粒性杂质，并不能降低呈现为COD的溶解性有机物，势必带来RO膜（包括一级RO和浓水回收RO）的有机物污染和微生物污染。设计了非氧化性杀菌剂投加系统，可采用连续性投加和冲击性投加两种方式，防止RO的微生物污染。设计了RO的分段化学清洗，清洗箱设计有加热措施，以保证清洗效果。4.3.精确监测和控制采用精度较高的过程仪表和分析仪表，并设计了自动连锁程序，可将运行状况控制在合理范围内，并且无需人工干预，实现自动调节。为提高回收率，一级RO为3段式设计，运行时，需要控制每段的产水量，以使系统各段膜元件的通量尽量均衡，并在合理的水力条件下运行。为此，系统采用了精度较高的过程仪表，如电磁流量计、压力变送器仪表。设每段进、出水压力变送器，设每段产水流量、总产水流量、浓水流量检测仪表。高压泵和段间增压泵设计为变频控制，高压泵变频器与总产水流量连锁，控制RO装置恒定总产水流量运行，一、二段段间增压泵变频器与二段产水流量连锁，控制二段恒定产水流量运行，二、三段段间增压泵变频器与三段产水流量连锁，控制三段恒定产水流量运行，浓水自动调节阀与浓水流量连锁，控制恒定总浓水流量运行。浓水回收RO与一级RO运行模式相似。此外，PLC控制系统可自动记录各运行参数，生成记录报表，为系统诊断和维护提供准确的数据依据。6/65.水的再生与资源化利用新理念5.1.企业不需投建水处理厂此项目投资、运营方为新加坡某水务公司，通过政府管理部门的协调，与工业园区多个大型企业达成合作共识，将企业排放的废水收集处理成为除盐水后，供给企业使用，各用水企业不必建设废水深度处理系统，也无需建设除盐水系统，集中对废水进行处理再生利用，节约资源、减少排放，有效改善区域地表环境。5.2.多方共赢这种模式提升了化工园区公用配套基础设施的品质，优化招商引资环境，为构建独特的工业生态系统做出了贡献，是一种多方共赢的合作模式。5.3.以膜换水关于反渗透膜的质量保证的协议问题，水务公司凭借多年投资、运营水处理厂的专业经验，结合系统入水水质情况，规定了一级RO膜3年的更换率不大于100%，浓水回收RO膜1年的更换率不大于100%，而不是一味的坚持“3年质保”，这也说明，在废水再生与利用领域，“以膜换水”的理念将被越来越多的使用者更加理性的接受。