零动力回收装置在反渗透浓水回收处理中的应用

　　年来，反渗透水处理(RO)技术已广泛应用于海水淡化、生活污水回用、工业水处理等领域，RO膜工艺其具有效率高、能耗低、无二次污染、设备占地面积小、可长期稳定运行等优点，是解决当前能源、资源和环境问题的重要高新技术。但是，原水经过反渗透系统处理后所排放的浓水具有较高的含盐量，有机物浓度高，可生化性差的特点。目前，针对RO浓水的处理方法主要有回流法、综合利用、蒸馏浓缩等。研究发现，过高的回流率使进水盐度升高，膜系统易发生结垢现象，从而减少膜的使用寿命。膜蒸馏(MD)技术是指在常压下利用温差可将浓水尽可能地回收(回收率>95%)甚至结晶化。研究表明，通过构建反渗透-膜蒸馏集成系统，可使总产水率达95%以上。但膜蒸馏浓缩面临的较大问题是RO回收率不够高，进入蒸发系统的浓水量大，致使能耗太高，大部分企业很难承受。而且，目前经济、高质量的疏水微孔膜尚未研发成熟。因此，如何更好地回收处理反渗透浓水，提高工业用水的利用率，实现水资源的可持续利用，同时降低用水能耗，成为很多企业需要面对的课题，也是制约水资源匮乏地区经济发展的一个重要因素。本文针对陕西某煤化公司反渗透浓水含盐量高、主要污染物成分复杂以及所在地区水资源匮乏、水质差等特点，自主研发了一种零动力反渗透浓水回收装置。该装置不占用平面位置，只在原有反渗透设备基础上进行改造，同时，不需改动原设备电气控制系统;运行时，不需使用增压泵，不需投加药剂，大大降低了浓水回收成本，为解决水资源匮乏地区的反渗透浓水处理回收提供了可资借鉴的案例。

　　1 项目水质情况

　　陕西某煤化公司的京府生活污水处理流程中有3套反渗透系统，原水水价为8元/吨，每套额定产水量18 m3/h，回收率70%，浓水排放量单套8m3/h，合计浓水排放20～25 m3/h，原水经反渗透系统处理后的水质情况见表1。由表1可见，原水电导率为2 383.0μS/cm，经反渗透系统浓缩后，浓水电导率约为5 800μS/cm。如经反渗透系统继续再浓缩，回收率极低，且反渗透膜极易结垢，容易造成经济损失。为节约用水成本，响应国家节水减排的号召，公司决定研发反渗透浓水回用装置。

　　2 工艺设计

　　鉴于本项目浓水中主要含盐分、COD的特点，且项目现场无空余用地，决定在反渗透浓水管后安装零动力浓水回收装置，安装位置如图1所示。图中零动力浓水回收装置安装在原有反渗透系统上方的1号位。

　　图1 京府生活污水回收处理工艺流程

　　表1 反渗透系统浓水水质情况

　　3 主要设备及工作原理

　　零动力反渗透浓水回收装置及主要设备组成见图2、表2。其以杭州英普环境技术股份有限公司研制的脱盐膜为核心，能除去浓水中大部分的离子及COD。该脱盐膜采用特殊工艺对膜表面进行处理，增强了膜元件的抗污染性能，增大膜元件的通量，从而减小了微生物、胶体等附着在膜表面造成的污堵。

　　零动力反渗透浓水回收装置中阀门为自动阀，由压力传感器所设定压力控制。通过前两级反渗透处理后，浓水的余压达0.5MPa以上，阀门自动开启。利用余压，可将浓水引入零动力反渗透浓水回收装置进一步处理，并且可得到50%以上的产水。产水水质虽然比反渗透系统的产水略差一些，但是优于原水。因此，将零动力反渗透浓水回收装置产水回流管接至反渗透系统的进水管，让产水直接送至原水中去，既可大大节约水资源，又可减低排放，且只是利用原有的余压能量，不需要额外提供压力。同时，反渗透浓水管与零动力反渗透浓水回收装置浓水管通过手动阀连接，使得改造前和改造后的系统既成一个完整的系统，又可保持相对独立，既可根据实际需要开启和保护零动力反渗透浓水回收装置，又便于维护和保养。

　　本项目采用的脱盐膜具有高效抗污染、抗结垢的特性，不需要再次投加阻垢、杀菌等药剂，大幅降低了运行维护成本。

　　图2 零动力反渗透浓水回收装置

　　表2 零动力反渗透浓水回收装置主要设备

　　4 运行使用结果

　　零动力反渗透浓水回收装置调试完成后，系统即可投入运行，可充分利用PLC系统的自动保护功能控制装置的自动运行。

　　自零动力反渗透浓水回收装置运行以来，项目的进出水量及回收率变化如图3所示。由图3可见，装置的进水流量在20.0m3/h～25.0m3/h之间波动，产水流量在13.0 m3/h左右波动，较大总出水水量≥12.5吨/小时(20℃)，回收率保持在50%左右。原装置的产水电导率在700.0μS/cm左右波动，浓水回用装置总产水电导率≤1 160μs/cm(20℃)，远低于原水电导率(2 383.0μS/cm)。运行情况表明，零动力反渗透浓水回收装置产水水质不仅能完全满足用水要求，甚至更优于该项目原水水质。

　　5 效益分析

　　5.1 经济效益分析

　　(1)节水效果明显

　　按原设计的反渗透系统，每小时产生24m3的浓水，经过浓水回收装置后，每小时最多可以回收12m3的水，一年可节约水资源12m3/h×8000 h= 96 000 m3，按目前一次水价格为8元/吨计，年节水金额为8元/m3×96 000m3=768000元。

　　(2)水处理成本降低

　　经改造后的设备运行时无须添加化学品，运行费用较低，同时可回收一半的浓水，减轻了浓水处理压力，降低了浓水处理成本。

　　5.2 社会效益分析

　　国务院〔2012〕40号印发了《节能减排“十二五”规划》，大力提倡节能减排。而陕西是中国水资源较为匮乏的省份之一，如何提高工业用水的利

　　图3 零动力反渗透浓水回收装置运行结果

　　用率，实现水资源可持续发展，同时降低用水能耗，是制约该地区经济发展的一个重要因素。该浓水无动力回收装置技改完成后，不仅为该公司解决了水处理技术难题，也为水资源匮乏地区的反渗透浓水处理回收提供了可资借鉴的案例，完全符合国家的政策法规引导，还可到当地所在地的经贸委、科委申请节能减排专项奖励资金。

　　6 结束语

　　结合零动力反渗透浓水回收装置在陕西某煤化工公司的应用案例，探讨了该装置的可行性，为高含盐量浓水回收开辟了一种新思路，提供了一个新方法，形成了浓水回用的新模式。运行结果表明，应用该回收装置，一方面可节约大量水资源，另一方面又可减少废水排放量，不仅为陕西某煤化工公司切实解决了用水困境，提高了经济效益，也取得了相应的社会效益

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