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某自備電廠生產廢水回用預處理工藝優化

發布時間:2019-9-15 7:24:23  中國污水處理工程網

  某自備電廠擬將主要循環水排污水和純水站反滲透濃水混合后,利用反滲透脫鹽設備處理后進行綜合回用。由于廢水水質復雜,硬度等致垢性離子及COD等有機污染物含量均較高,進入反滲透系統前必須對其進行有效預處理,以降低膜表面發生結垢和有機污堵的風險。

  本文采用石灰軟化-高效纖維過濾-超濾預處理工藝對循環水排污水和純水站反滲透濃水進行預處理,探討了預處理工藝中加酸調節pH值與進入高效纖維過濾器的先后順序對預處理效果的影響,確定了最佳的預處理工藝,可使預處理出水水質濁度<2,淤泥密度指數SDI<3,滿足反滲透系統進水要求。

  為治理和保護水環境,某自備電廠開展了以廢水綜合利用為核心的節水工作,擬采用反滲透工藝對廠內循環水排污水和純水站反滲透濃水進行脫鹽回用處理,其產水用作化工純水站系統補充水,濃水作為乙炔發生器水源,以減少外排水量,提高水利用率。

  由于循環水排污水和反滲透濃水的硬度等致垢性離子較高,且水中含有有機物、微生物等,若其直接進入反滲透系統,易導致反滲透膜表面發生結垢,同時存在有機物污堵風險。因此,進入反滲透系統前需要對廢水進行有效預處理。

  目前,關于廢水預處理工藝的研究主要圍繞改變混凝劑的種類、投加量和攪拌時間等混凝條件來進行,而預處理工藝中加酸調節pH值以及進入高效纖維過濾器的先后順序對預處理效果的影響鮮有報道。

  為保證試驗結果具有工程應用價值,本文在實際設計方案的基礎上,強化了試驗條件,對循環水排污水和純水站反滲透濃水混合水樣進行石灰軟化處理試驗和超濾預處理工藝試驗,分析了石灰軟化處理試驗出水調節pH值與進入高效纖維過濾器順序對超濾出水淤泥密度指數(SDI)的影響,以期為石灰軟化-高效纖維過濾-超濾-反滲透組合工藝的實際應用提供參考。

  1預處理工藝及試驗水質

  1.1預處理工藝

  該廠將循環水排污水和反滲透濃水混合后,采用“石灰混凝-高效纖維過濾-超濾-反滲透”工藝,工藝流程如圖1所示。設計處理規模為:循環水排污水流量88m3/h,反滲透濃水流量102m3/h,總廢水處理量為190m3/h。


  圖1廢水預處理工藝流程

  1.2試驗水質

  該廠2種廢水的主要水質指標見表1。由表1可見:該廠循環水排污水的總硬度為12.82mmol/L,鈣硬度為6.26mmol/L,總堿度為6.75mmol/L;反滲透濃水的總硬度為14.97mmol/L,鈣硬度為7.37mmol/L,總堿度為9.21mmol/L。這2種水質的廢水具有較強的結垢傾向,進入反滲透系統前必須進行軟化處理,盡可能降低水中鈣、鎂等致垢性離子含量。

  表1廢水主要水質




  該廠廢水綜合處理系統工程改造后,在純水站除鹽水產量不變的前提下,由于廢水綜合處理系統反滲透產水替代純水站部分反滲透進水,純水站反滲透濃水量實際可降至74m3/h,循環水排污水水量仍為88m3/h。同時,根據表1可知,反滲透濃水的含鹽量、硬度及堿度均高于循環水排污水,水質更差。因此,為強化試驗條件,使試驗結果更具指導意義,此次廢水預處理試驗水樣為循環水排污水與反滲透濃水按體積比1:1混合制得,主要水質指標見表2。

  表2試驗水樣主要水質指標
 

  2試驗方法

  2.1石灰軟化處理試驗

  將試驗水樣放入5個1000mL的燒杯中,分別加入不同劑量的混凝劑PFS后劇烈攪拌(攪拌機轉速為260r/min);5min后加入不同劑量的氧化鈣,快速攪拌20min(攪拌機轉速為160r/min);然后,加入不同劑量的非離子型高分子助凝劑聚丙烯酰胺(PAM),慢速攪拌10min(攪拌機轉速為75r/min),靜置10min(循環水補充水)或25min(循環水)后,用移液管取上清液分析濁度,用定性濾紙過濾水樣,分析堿度、硬度和pH值等。

  1) 首先,試驗確定最佳石灰加藥量及其處理條件,包括選擇最佳pH值、靜置沉淀時間等。石灰加藥量可根據公式(1)計算得到,并在計算值的基礎上進行試驗驗證。

 

  2)確定最佳混凝劑PFS加藥量。

  3)確定最佳助凝劑PAM加藥量。

  2.2石灰軟超濾預處理試驗

  將經過石灰軟化最佳工況處理后的水樣經高效纖維過濾器過濾并調節pH值后進行超濾試驗,分析加酸調節pH值與進入高效纖維過濾器順序對超濾產水SDI的影響。

  3試驗結果與分析

  3.1石灰軟化處理試驗

  3.1.1石灰投加量優選

  取一定量的試驗水樣放入6個1000mL燒杯中(各燒杯內水樣為1000mL,下同),分別加入15mg/L的PFS、0.25mg/L的PAM以及不同劑量石灰進行試驗。試驗以總堿度、硬度等去除效果為評價標準,定性濾紙過濾后分析堿度、硬度和pH值。石灰有效投加量試驗結果如圖2所示。


  圖2石灰有效投加量試驗結果

  由圖2可知,在石灰加藥量為400mg/L左右時,出水水質相對最好,總堿度降低58.38%,鈣硬度、總硬度去除率分別為41.80%、38.93%,出水濁度低于3NTU。

  3.1.2PFS投加量優選試驗

  取一定量的試驗水樣放入6個1000mL的燒杯中,分別加入400mg/L石灰、0.25mg/L的PAM以及不同劑量的PFS進行試驗。試驗以濁度、總磷去除效果為評價標準,試驗結果如圖3所示。


  圖3 PFS有效投加量試驗結果

  由圖3可知,在PFS投加量大于10mg/L時,繼續增加PFS投加量總磷去除率變化較小,出水濁度和COD去除率反而降低。可見,PFS的最佳投加量可取10mg/L,此時出水濁度、COD和總磷去除率分別為76.67%、27.78%和78.11%,處理效果較好。具體聯系污水寶或參見http://www.1vfq.com更多相關技術文檔。

  3.1.3PAM投加量優選試驗

  取一定量的試驗水樣放入6個1000mL的燒杯中,分別加入400mg/L石灰、10mg/LPFS以及不同劑量的PAM進行試驗,試驗結果如圖4所示。


  圖4 PAM有效投加量試驗結果

  由圖4可見,助凝劑PAM投加量為0.20mg/L時出水濁度最低,繼續提高助凝劑的投加量,出水濁度反而上升。因此,助凝劑PAM投加量可選擇0.20mg/L。另外,試驗過程中添加助凝劑后,礬花明顯變大,沉降速度加快。

  根據以上試驗結果,確定石灰軟化預處理工藝的最佳工況為:石灰、PFS、助凝劑PAM添加量分別為400、10、0.20mg/L。

  3.2超濾預處理工藝試驗

  在石灰軟化最佳工況下水樣的pH值升高至10.50左右,在進入超濾處理單元之前,需加酸將水樣的pH值調低,以降低后續反滲透的結垢傾向。試驗通過改變加酸調節pH值與進入高效纖維過濾器順序得到不同的預處理效果,以超濾產水的SDI值和濁度作為評價標準,實驗結果見表3。

  由表3可見:采用工藝1,后續超濾產水的SDI偏高,不能滿足反滲透進水要求;而采用工藝2即石灰混凝澄清處理出水經過高效纖維過濾器,再調節pH值,超濾出水能滿足后續反滲透系統進水SDI<3的要求。

  表3超濾預處理工藝試驗結果

  這可能是由于:在加酸調節pH值的過程中,由于酸的加入降低了水的pH值,部分析出且未完全沉降的有機物絮體發生了溶解,影響了水中CaCO3等膠體團塊的增長,因而減小了混凝-軟化過程的速率;同時,水中投加混凝劑后,CaCO3等膠體形成粗分散顆粒沉淀需要較長的時間,工藝1未將沉淀物質充分分離,混凝過程不完全,水中殘留的雜質含量較高,導致出水SDI增大,加劇了后續膜污堵的風險。因此,根據試驗結果,建議采用工藝2作為該廠超濾預處理工藝。采用工藝2后超濾產水主要水質指標見表4。

  表4超濾產水主要水質指標

 

  由表4可知,石灰軟化處理能去除水中的暫時硬度,卻不能降低水中的永久硬度。原水經石灰軟化后可將堿度降至較低水平,出水可通過加酸調節pH值達到7~8,出水堿度小于1mmol/L,在堿度較低的情況下,殘留的硬度不會導致反滲透結垢。

  4結論與建議

  本文依據某自備電廠循環水排污水和純水站反滲透濃水水質及該廠現有水處理系統的特點設計了廢水回用方案,并通過石灰軟化預處理試驗和超濾預處理試驗,確定了軟化藥劑最佳投加量和超濾預處理工藝路線。

  1)采用該廠生產副產品CaO作為軟化劑進行石灰-混凝澄清試驗時,出水水質較好,在最佳試驗條件下,PFS加藥量為10mg/L、CaO有效加藥量為400mg/L、助凝劑PAM加藥量0.20mg/L,總堿度降低58.38%,鈣硬度和總硬度去除率分別為41.80%和38.93%,濁度的去除效果也相對較好。

  2)將循環水排污水與反滲透濃水混合水樣經石灰軟化-高效纖維過濾器處理后,再加酸調節pH值至8.30,該水作為超濾進水的運行工況下,超濾產水滿足反滲透裝置的水質要求。

  3)對反滲透進水采用石灰-混凝澄清工藝作為軟化預處理工藝時,應通過模擬實驗來確定石灰-混凝處理的條件及相關預處理的步驟,否則可能會加劇后續膜系統的污堵。

  4)在電廠實際運行中,建議澄清池出水先經過濾處理,待水質相對穩定后,再調節pH值,以確保加酸量和pH值的精確控制。另外,對于實際生產中遇到的過濾器結垢問題,可采用過濾器反洗加酸的形式進行反洗。

  5)由于不同地區電廠的水源水水質差別較大,因此各廠節水和廢水治理技術路線應從電廠的實際出發,建議開展相關工藝模擬試驗研究,為電廠節水和廢水治理方案的制定提供依據。(來源:熱力發電 盧劍 等)

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