污水處理新技術 設備自動化控制

含鹽廢水是較難處理的廢水之一，高鹽度有機廢水是指含有機物和至少3．5%(質量分數)的總溶解性固體物的廢水。含鹽廢水成分復雜又不具備回收價值，高鹽度廢水的處理成為當前化工廢水處理的難點之一。

隨著膜分離技術的快速發展，反滲透技術(RO)逐漸成為石油煉制、電力、化工、冶金等行業純水制備的技術。但受反滲透膜污染、結垢等因素的限制，反滲透技術的產水率一般僅能達到75%左右，仍有25%的高鹽度廢水需要排放。為了降低RO濃排水水量，提高系統產水率，實現零排放目標，國內外研究人員做了大量的工作，但效果均不理想。

本文介紹了一套膜蒸餾組合系統，其核心膜材料為NACE膜，該材料對于水中溶解性固體具有很好的分離功能，該膜具有非常獨特的親水性，僅允許水分子通過，而其他離子無法通過。該技術是一項新型水處理技術，它以溫度差作為分離驅動力，完美地將反滲透和蒸餾技術的佳屬性結合為一體，又避開了以上兩種技術的缺陷，具有運行成本低、抗污染性強、處理效果穩定等優點。

1、工藝原理

膜蒸餾是膜技術與蒸餾過程相結合的分離過程。研究人員在試驗中發現NACE膜材料對水中溶解性固體具有非常良好的分離功能，進而將其應用領域拓展為廢水中無機鹽類和有機物的去除。膜蒸餾采用的NACE膜具有一個非常獨特的性質，僅允許水分子通過，而其他離子無法通過。該膜材料主要成分是一種有機/無機混合磺化的苯乙烯聚合物，由親水區和疏水區交替構成，是一種高分子聚合物無孔化學隔膜。親水區形成的酸性通道可以迅速吸收和釋放水分子，形成一條從聚合物一面貫穿到另一面的僅允許水分子快速通過的通道；疏水區為膜材料提供強度保證，化學性質極其穩定，使用壽命長。

NACE膜的特性主要包括：?高選擇性：僅允許水分子通過；?高膜通量：處理量大；?高密閉性：全封閉結構；?低投入：運行費用低；?高品質的出水：直接回用。

在膜組件中，NACE膜材料的一側與熱的待處理廢水直接接觸(稱為熱側)，另一側直接或間接地與冷介質接觸(稱為冷側)，熱側中的液相水在膜面處擴散并在冷側汽化，水蒸氣通過和冷介質的熱交換被冷凝成液相，廢水中其他組分則被NACE膜材料阻擋在熱側，從而實現廢水中污染物的分離。這一過程包括了熱量和質量的傳遞，傳質的推動力為冷、熱兩側水的蒸氣壓差。

2、工藝說明

2．1 工藝流程

膜蒸餾組合系統主要由進料單元、預處理單元、加熱單元、膜蒸發器單元、蒸發結晶單元、冷凝出水單元以及相關附屬設備組成，核心設備為膜組件。高含鹽廢水的試驗設備工藝流程見圖1。

2．1．1 預處理單元

預處理單元以去除細小顆粒和懸浮物質為目的，來滿足后續膜蒸發器進水的要求。預處理裝置采用保安過濾器，進水槽通過隔膜計量泵泵入保安過濾器，處理量為0．5m3/h，共計1臺。

2．1．2 加熱單元

保安過濾器出水進入中間貯槽，中間貯槽有效容積為1m3，超高為0．2m。加熱設備采用蒸氣盤管加熱，蒸氣盤管置于中間貯槽內部，熱源為廠內蒸氣。

2．1．3 膜蒸發器單元

膜蒸發器為國外進口成套設備，由蜘蛛形支撐結構、壓板、膜片子組件和壓縮桿4個部分組成。每臺設備包含空氣排放口、水蒸氣出口、廢水出入口和傳感器接入口。膜蒸發器進口壓力要求小于13kPa，前端通過設置回路和閥門調節。

含鹽廢水進行預處理，去除來水中的懸浮物(大于20μm)，避免對后續工藝的正常運行造成影響，對來水進行升溫。經預處理后的廢水進入膜蒸發器模塊內，利用真空泵抽取膜組件冷側的真空，形成冷、熱兩側水的蒸氣壓差，熱側的液相水在膜面汽化轉移至冷側，以水蒸氣的形式存在。水蒸氣經冷凝后轉化為液相純凈水，利用清水泵導出處理系統。隨著含鹽廢水的不斷流入，膜蒸發器模塊內廢水的污染物濃度逐漸升高，當達到設定值時，系統停止工作，將濃縮廢液排出系統中，系統開始下一批次工作。

2．1．4 蒸發結晶裝置單元

本項目中蒸發結晶裝置采用單效降膜蒸發器，由換熱器、分離器、冷凝器、進料泵、出料泵、真空泵以及配套管路閥門組成。

其工作流程為：膜蒸發器排出的濃液在進料泵的作用下進入蒸發室內；物料在加熱室內均勻地在加熱管內壁從下而上流動，被加熱至物料沸騰狀態，加熱后水進入分離室完成氣、液分離，物料達到一定濃度后，母液由分離器下出料口的出料泵析出，由離心機固液分離得到鹽結晶物，母液繼續返回系統蒸發。分離器產生的二次蒸汽進入冷凝器冷凝后由冷凝水罐收集；不凝性氣體經真空泵抽取，全系統使用1臺真空泵，通過管路及閥門控制真空度。加熱器、分離室的壓力由冷凝水罐串聯的冷凝器進行控制。

2．2 工藝特點

膜蒸餾工藝是一項新型水處理技術，它以溫度差作為分離驅動力，將反滲透和蒸餾技術的佳屬性結為一體，又避開了以上兩種技術的缺陷，具有運行成本低、抗污染性強、處理效果穩定等優點。主要特點如下：

a．處理效果穩定，出水直接回用，可實現零排放。膜蒸餾系統對水中無機鹽的去除率可以達到90%以上，能夠獲得高品質的出水，大限度地減少濃排水的終排放量。

b．充分利用余熱，形成運行成本的優勢。由于企業在生產的過程中有著豐富的余熱，而膜蒸餾技術的分離驅動力為溫度差，可以和企業生產緊密銜接起來，實現余熱資源的有效利用。通過“膜蒸餾”系統中熱量回收單元，大限度地降低系統能耗，并且動力設備少，可節約大量的電能。

c．系統運行簡單，無須復雜的前后處理及維護。膜蒸餾系統沒有較多的運動部件，運行維護簡單，配置靈活，可根據用戶需要按使用點進行組裝。

d．系統穩定，使用壽命長。膜蒸餾系統所采用的膜是一種高分子聚合物無孔化學隔膜，化學性質極其穩定，使用壽命長。

3、處理效果

經過探究進水鹽濃度、進料溫度、膜面流速、真空度對工藝參數的影響，找出優工藝條件后，將膜蒸餾與蒸發結晶系統聯動運行，并對終冷凝水(包含膜蒸餾和蒸發兩部分)水質和產水率進行檢測分析，分析結果如下：

當進水含鹽量在49000mg/L時，該套膜蒸餾和蒸發結晶兩部分產水情況為膜蒸餾產水率不小于60%，含鹽量不大于300mg/L，蒸發結晶產水率不小于90%，含鹽量不大于800mg/L，兩股產水混合后含鹽量不大于350mg/L，脫鹽率達到99%，回用水回收率達到92%。由此可以看出，該套膜蒸餾設備對高含鹽廢水有較好的處理效果。