RO浓水项目MCR设计方案0417教程文件.docx
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RO浓水项目MCR设计方案0417教程文件
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RO浓水处理项目
方案书
中恒意美环境工程技术有限公司
2012-4-16
第一章RO浓水项目概述
1.1项目介绍
本项目的废水为除盐装置排水和离子交换装置的再生排水。
反渗透（RO）工艺制备纯水的过程中会产生浓水，其中含有各种有机和无机污染物，若直接排放可能会对土壤、地表水、海洋等产生污染；若排入市政污水处理系统，过高的总溶解性固体对活性污泥的生长也非常不利。
将海水淡化厂中被高度浓缩的RO浓水以及由清洗剂、阻垢剂引入的化学物质直接排入环境，也必然会产生不利影响。
因此寻找经济高效的RO浓水处理方法，对保护环境的意义重大。
1.2设计原则
1）从项目实际情况出发，充分考虑业主的需求和排放水水质特性，对现有设施设备尽量进行改造、利用。
结合我公司技术优势,为本项目度身定制技术成熟、投资合理、管理方便、运行可靠、处理成本低的处理工艺。
2）兼顾方案的先进性和可靠性,确保水处理达到预期的处理目标,同时尽量降低工程投资和运行费用。
3）选用高效、节能、经济、耐用的高水平装备，使污水处理站的生产尽可能实现自动化操作，以保证操作简便、运行可靠,提高管理水平。
4）工艺流程及各设施应布置紧凑、整齐美观、总图布置合理流畅，占地面积小。
1.3设计依据
1）《工业水污染物排放标准》（GB4287-92）
2）《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）
3）《建筑结构统一设计标准》（GBJ68-84）
4）《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）
5）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
6）业主提供的相关资料
其他相关设计规范
1.4设计范围
工程范围自进水口起，RO浓水出水至RO浓水净化后排水口止，排放水至原系统标准排放口止。
包括系统工艺流程设计、土建条件设计、设备采购安装、管道安装、电气及自控设计安装。
业主需将总水、电、气引至我方指定的位置，以保障正常施工和设备的正常运转。
主要设计项目及报价项目有：
1）治理方案的选择、工艺流程的制定、控制设备的设计；
2）处理站内各处理设施、设备、管渠的平面及工程布置；
3）工艺条件图纸的设计；
4）设备的设计、加工、制造；
5）控制设备的设计；
6）设备单机调试及系统工程运行调试。
第二章
工程规模及处理程度
2.1污水量预测
根据生产处提供的资料，污水原水分三部分，分别为除盐水装置超滤排污水、除盐水装置反渗透浓排水以及离子交换树脂再生排水。
除盐水装置正常运行时，每套超滤与反渗透的正常排水量分别为20m3/h和48m3/h。
离子交换树脂装置的处理水量为最大300m3/h，其制水率为84％，因此其最大排水量为：
300×（1－84％）＝48m3/h。
根据以上三部分污水的排放情况计算，本工程日常运行的排水量为：
日常排水量：
20m3/h＋48m3/h＋48m3/h＝116m3/h＝2784m3/d
2.2工程规模确定
根据上面的预测，考虑日常排水量处理需求，本工程处理规模确定为即2784m3/d，116m3/h。
2.3进水水质
根据建设方提供的水质资料，反渗透与超滤的排水混合后，其水质参数如下：
表1除盐装置超滤与反渗透排水水质
单位：
mg/l
项目
除盐装置
石油类
挥发酚
氰化物
COD
PH
悬浮物
硫化物
氨氮
全年最大值
3.96
0.33
0.04
289.00
8.25
102.00
0.19
76.00
全年最小值
0.01
0.01
0.00
41.30
6.03
12.00
0.00
0.10
全年平均值
0.62
0.05
0.01
93.67
7.15
56.84
0.02
8.43
离子交换树脂装置的排水水质如下：
表2离子交换排水水质
单位：
mg/l
项目
离子交换
石油类
挥发酚
氰化物
COD
PH
悬浮物
硫化物
氨氮
全年最大值
8.61
0.14
0.01
230.00
8.87
74.00
0.05
19.02
全年最小值
0.01
0.00
0.01
48.10
6.34
8.00
0.00
0.05
全年平均值
0.46
0.04
0.01
89.30
7.54
26.81
0.01
2.40
通过分析比较上述两表，可以看出除盐装置排水水质与离子交换树脂再生排水水质基本相同，因此可将两股水混合后，进行集中处理。
混合后水质如下：
表3排水混合后综合水质
单位：
mg/l
项目
离子交换
石油类
挥发酚
氰化物
COD
PH
悬浮物
硫化物
氨氮
全年最大值
5.88
0.25
0.03
264.59
8.51
90.41
0.13
52.42
全年最小值
0.01
0.01
0.00
44.11
6.16
10.34
0.00
0.08
全年平均值
0.55
0.05
0.01
91.86
7.31
44.41
0.02
5.93
为满足日常处理需求，且不对处理设备造成资源浪费，本工程的设计进水水质设计为全年的平均值，并考虑一定的富裕量，其具体指标如下：
表4设计进水水质
单位：
mg/l
项目
石油类
挥发酚
氰化物
COD
PH
悬浮物
硫化物
氨氮
设计指标
0.6
0.05
0.01
150.00
7.50
50.00
0.02
20.00
2.4出水水质
根据国家政策与环保部门要求，本工程出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A的出水要求。
具体水质要求如下：
表5设计出水水质
单位：
mg/l
项目
石油类
挥发酚
氰化物
COD
PH
悬浮物
硫化物
氨氮
标准限值
1
0.5
0.5
50.00
6～9
10.00
1.0
5.00
第三章废水处理工艺选择
3.1水质分析
RO浓水主要包括盐、TDS和DOM，DOM中又包含内分泌干扰物、药物和病原菌等对环境产生严重危害的优先控制污染物。
国内外对RO浓水的处理方式有：
提高回收率、直接或间接排放、综合利用、蒸发浓缩以及去除污染物、电解法等。
根据表4及表5的水质指标,RO浓水主要处理项目为COD、SS及NH3-N。
RO浓水处理方式有多种，因适用范围和条件的不同，宜采取不同方案。
3.2RO浓水处理工艺比较
3.1.1国内RO浓水处理方式
表6国内RO浓水处理方式
处理方式
特点和适用范围
回流法
RO浓水回流可提高回收率，增大膜表面冲洗流速，减少污堵；但回流率过高，又会使进水盐度升高，增加膜的负担，影响膜寿命。
回流法未从根本上解决RO浓水净化问题。
回用作生产用水
由于RO浓水中无悬浮物，含阻垢剂且有压力，可用作过滤装置的反冲洗水、除尘水、冲灰冲渣水、冷却水；或经过简单处理后混入原水回收。
如果浓水中含环境优先控制污染物，则需慎重使用。
资源化利用
可采用水力涡轮增压器、功交换器和压力交换器等利用余压产能；海水淡化厂的RO浓水用于制盐，可节约盐田，缩短晒盐周期；预处理后适当勾兑，可用于海产品养殖。
蒸馏浓缩
膜蒸馏（MD）技术是一项新技术，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，但目前经济、高质量的疏水微孔膜尚未研发成熟。
3.1.2国外RO浓水处理方式
美国饮用水工业调查分析了产水量>95m3/d的137个膜装置的类型和浓水处理方式，其浓水的处理程度很低，以以下处理方式为主：
回流法
浓水回流试验表明，当回流率为80％时，膜装置运行正常。
反渗透的回流率最高可达90％，但易导致结垢现象。
试验表明当体积浓缩因子为2.5（浓水回流比为60％）时，能维持稳定的出水量。
苦咸水淡化厂通过增设浓水回收膜系统，可使淡水总回收率从75％上升至87％～90％。
直接或间接排放
表7直接或间接排放处理方式
处理方式
特点和适用范围
排入地表水或海水
该法是处理浓水最常用的方法，高效价廉，但RO浓水中的有害物质及离子会影响到受纳水体的水生环境或对水源产生污染。
将RO浓水排放口设在远离海岸的地方，会减小其对海岸及海洋环境的影响。
若利用潮汐周期规律排放浓水，稀释扩散效果更好，但需要浓水储存池，只适于小型海水淡化厂。
排人污水处理系统
远离含盐水体的淡化厂可将浓水排人污水处理系统，但浓水的流量不宜过大，否则会影响污水厂生物处理工艺的稳定运行。
深井注入地下
将浓水注入土地的场所要慎重选择，注入管应做防腐处理，还需在线监测周围的土壤。
可将RO浓水混凝、沉淀、过滤处理后一部分排人沙漠深井，另一部分回流，继续处理。
排入垃圾填埋场
浓水可作为液体废物处理，也可加入凝固剂后作为固体废物处理，减少渗滤液的渗透和泄漏，从而减轻环境危害。
综合利用
表8直接或间接排放处理方式
处理方式
特点和适用范围
资源回收
浓水有时比渗透液更有价值，尤其是食品行业，在化学和制药工业也常用压力驱动膜来浓缩有机溶剂。
用过滤／中和／纳滤／反渗透工艺处理染料废水，纳滤排出的浓缩染料、反渗透排出的浓缩盐水可多次回用，既减少了原料投入，又减少了废水排放量。
灌溉用水
浓水可灌溉耐盐度高的植物、产籽类作物，还可作为生态景区的补充水，但当地的地质也必须适合浓水灌溉，需要密切监测地下水或受纳水体的污染情况。
用海水灌溉油籽类盐土植物，生长季过后植物生长良好。
蒸发浓缩
浓水的蒸发塘法适用于气候炎热、蒸发率高、年降雨量低、土地广袤、地价低廉的地区，且要做好防渗工作，保护地下含水层。
污染物的去除
表9污染物的去除处理方式
处理
方式
特点和适用范围
吸附
颗粒活性炭预处理主要去除疏水性和可生物降解性的DOM（减少80％～90％的DOM），使膜渗透稳定、渗透液质量提高。
活性炭吸附容量有限，更换吸附剂费用高。
生物法
厌氧生物系统可以降解多种染料，在纺织废水和浓水处理方面也是可行的。
然而，厌氧法处理RO浓水的研究尚处于开始阶段，需解决高盐度和有机组分抑制或毒害微生物等问题。
高级
氧化
臭氧和过氧化氢氧化高效但昂贵；Fenton试剂法对一些有机物有效，但氧化程度较低；臭氧光催化氧化法高效且经济，综合经济和技术上的考虑,可采用臭氧和紫外联用。
电化
学法
电解法可有效去除RO浓水中的氨氮、COD和色度,设备简单、高效、清洁，但运行费用和一次投资太大。
通过以上比较可以看出，回流，直、间接排放，蒸发浓缩以及回用都有其特定的适用条件，有一定的局限性。
如果处理条件控制不当，容易引起二次环境污染。
要彻底净化RO浓水带来的污染，须通过对RO浓水中污染物的去除,才能达到完全净的目的。
在污染物去除的主要处理方式中，使用生物法费用最低，以下对生物法的不同工艺处理效果进行比较：
表10生物法处理RO浓水效果
处理
项目
方案1
（常规生化处理）
方案2
（常规生化处理+过滤）
方案3
（MCR）
COD
能有效去除
能有效去除
能有效去除
BOD
能有效去除
能有效去除
能有效去除
色度
不能有效去除
不能有效去除
能有效去除
SS
去除部分悬浮物
能去除绝大部分悬浮物
能去除绝大部分悬浮物
细菌
不能有效去除
能去除大部分细菌
能去除绝大部分细菌
以上方案中，使用膜法与传统生物法相比较具有以下优点：
Ø占地面积小，约为传统工艺占地的1/2~1/5；
Ø能彻底去除水中的悬浮物质；
Ø出水可回用，真正实现污水的零排放（视具体情况而定，与进水水质有关）；
ØCOD、固体及营养物可以在一个单元内去除；
Ø高负荷率，可达2~5KgCOD/m3.d；
Ø低污泥产率，为常规方法的10~30%；
Ø流程启动快；
Ø系统不受污泥膨胀的影响；
Ø出水水质良好稳定。
要保证出水达《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A的要求，需用好氧生物法与膜法联用。
由于盐份对好氧生物法影响不大，只需在膜法之前对RO浓水的硬度进行去除即可。
拟采用加药软化预处理，与MCR膜法生物法结合对RO浓水进行处理。
3.3膜生物反应器（MCR）技术介绍
3.3.1MCR技术简介
膜生物反应器（MCR）是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的废水处理新工艺，目前被普遍认为是性能最为稳定，效果最好，和最具发展潜力的废水处理技术。
该技术的特点是以低压膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的重力沉降分离过程，使水力停留时间和泥龄完全分离，有效地保存了反应器中的生物量，使生物处理过程可达到除去70%以上的COD及50%左右的脱氮效功能：
为去除氨氮浓度，需有硝化与反硝化过程，而反硝化过程要在缺氧的状态下进行。
好氧区池底铺设有曝气装置，提供生化需氧，污水中有机物在微生物作用下进行生化降解，有机物转化为无毒无害的二氧化碳和水，氨氮在硝化菌的作用下转化为硝态氮。
膜区中的MCR膜组件自身配置了空气曝气系统，用于提供生化所需的需氧以及用于抖动膜丝，减轻膜污染。
MCR膜组件置于MCR膜区，主要功能是进行泥水分离。
处理后的泥水混合液在清水泵（或虹吸）的抽吸作用下，清水进入MCR中空纤维膜丝，再汇集于MCR集水管后由清水泵抽出，几乎全部细菌及悬浮物均被截流在好氧曝气池中，因此省去了二沉池，并使出水达到悬浮物接近于零的优良水质。
同时，MCR中0.1微米的中空纤维膜可以完全阻止细菌的通过，将菌胶团和游离细菌保留在生化反应器中，大大提高了反应器内的污泥浓度，强化生化生化效果。
MCR因膜的高效截流作用，使微生物完全截流在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。
反应器内的微生物浓度高，可达3000-5000毫克/升以上，生化效率高，停留时间一般设计在2—10h。
3.3.2MCR运行方式
MCR工艺出水膜采用PVDF膜，膜水通量约为12-18L/m2.h，膜安装在特制的不锈钢架上，为一个整体安装、维修护养。
MCR膜的化学清洗是在MCR运行四天（具体时间需根据进水水质以及设备运行情况确定）对膜组件进行的清洗。
将配好药液（柠檬酸或次氯酸钠）的注入到需要清洗的一组膜池中，浸泡30分钟，以充分去除附在膜组件上的污染物，每次化学清洗并非都需要上述两种药液浸泡，而是根据MCR的运行情况而定。
膜池内的清洗药液可定时定量计量,通过柠檬酸加药泵和次氯酸钠加药泵以及槽内的液位控制装置可自动控制槽内的药液浓度。
每次化学清洗结束后，膜池内的清洗废液排至污水井，经污水井提升泵送到原水池。
四组MCR膜组件轮换清洗，实现在线自动化学清洗。
MCR安装方式MCR膜池置于好氧池之上，通过潜水泵浦将好氧池的污水提升至膜池中过滤，潜水泵浦还起着活性污泥回流的作用，回流的污水通过膜池的溢流堰溢流入兼氧池，让活性污泥回流至兼氧池中，形成活性污泥的循环，有利于活性污泥的新陈代谢。
MCR膜安装、维修护养时，是以整个膜架和膜为单位，重量非常重，需要设计吊车作为起吊工具，吊车最大吊重为1.5T。
MCR池出水、化学清洗等操作通过PLC自动控制实现。
3.3.3MCR工艺优势
1）节省运行费用：
由于膜池单独设置，膜吹扫风机可以单独配置，风压可以降低，风机的运行功率可以大大降低。
2）节省占地面积：
膜池可以置于兼氧池或好氧池之上，节省膜池的占用空间。
3）节省清洗药品的用量：
取消了常规的化学反洗和化学清洗，避免离线化学清洗化学药剂的浪费，使得清洗药剂的用量降低。
4）延长膜的使用寿命：
由于化学清洗频率的加大，膜的化学污染程度会大大减轻，可以长时间保持高的水通量。
5）节省建设投资：
取消了反洗系统、化学反洗及离线化学清洗系统，而且不需采用大型的行吊系统，大大降低了投资费用。
6）在线化学清洗系统可以完全实现自动化操作，大大节省了人力成本，降低了劳动强度。
独特的在线反冲洗方式，大大提高了膜污染后通量恢复的效率，同时大大降低能耗。
3.4MCR工艺设计
RO浓水中含有一定量的悬浮物/胶体，COD、硬度、色度均不能达到直接回用的要求，须有效去除水中含有的悬浮物、硬度、色度等，降低COD指标。
因此设计采用MCR深度处理工艺以确保产水稳定达标。
工艺初步设计方案如下图所示：
图1MCR膜法工艺图
RO浓水首先进入软化反应池，降低废水中的硬度，防止后续处理工艺中的膜结垢和管道堵塞，采用的药品为碳酸钠，碳酸钠和废水中的钙镁离子发生反应后生成碳酸钙和碳酸镁沉淀，通过沉淀池加以去除。
沉淀池上清液流入MCR池，MCR池包括好氧池及MCR膜池两部分，MCR膜组件自身配置了空气曝气系统，用于提供生化所需的需氧量以及用于抖动膜丝，减轻膜污染。
处理后的水汇集于MCR集水管后由清水泵抽出，几乎全部细菌及悬浮物均被截流在好氧曝气池中，因此省去了二沉池，出水悬浮物接近于零，可达预期水质要求。
MCR生化剩余污泥和沉淀池污泥排至污泥池，定期外运。
第四章废水处理工艺设计
4.1MCR工艺各部分单体设计
4.1.1进水提升单元
由于污水水质水量不稳定，因此需要设置调节池来调节水质水量，污水首先进入调节池中，然后通过潜污泵进行提升至下一处理单元。
本工程采用潜污提升泵对污水进行提升。
污水调节池
外形尺寸：
15*10*5m
结构形式：
钢砼
数量：
1座
停留时间：
5h
潜水搅拌器
数量：
1台`
功率：
10Kw
材质：
SS304
供应商：
ITT或同等
污水潜污提升泵
流量：
Q=150m3/h
扬程：
H=15m
功率：
P=11Kw
安装方式：
潜水安装
数量：
2台（一用一备）
4.1.2降硬度处理单元
由于废水中硬度较高，本方案采取废水中添加碳酸钠来降低废水的硬度，投加碳酸钠去除废水中的永久硬度与暂时硬度。
去除永久硬度反应原理：
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4；
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2Na2Cl；
MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4；
MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaCl。
去除部分暂时硬度反应原理：
Ca（HCO3）2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaHCO3；Mg（HCO3）2+Na2CO3→MgCO3↓+2NaHCO3。
产生的碳酸钙及碳酸镁沉淀通过斜管沉淀沉于池底加以去除。
由于剩余硬度仍然较高，可以通过调节PH值的方式阻止结垢，以降低对后续膜处理工艺的影响。
加药反应池
外形尺寸：
5*4*3.5m
结构形式：
钢砼
数量：
1座
停留时间：
20min
碳酸钠加药装置
流量：
1000l/h
数量：
1套
电机功率：
0.55Kw
斜管沉淀池
外形尺寸：
5*4*5m
结构形式：
钢砼
数量：
1座
斜管数量：
40m3
停留时间：
30min
4.1.3MCR生化处理单元
MCR生化池
数量：
1座
尺寸：
18m×10m×5.5m
停留时间：
6h
材质：
RC
有效容积：
900m3
MCR设备间
数量：
1座
外形尺寸：
10*6*4.5m
结构形式：
框架
鼓风机房
数量：
1座
外形尺寸：
10*6*4.5m
结构形式：
框架
膜组件设计
MCR产水量150吨/小时；
膜片型号：
SMM1010；
膜数量：
40片/套，共24套；
设计流量：
10-15L/m2·h；
膜架外型尺寸：
1500×1300×1300（mm）
行车
功能：
安装、维修护养膜起吊用
最大吊重：
2吨
最大提升高度：
6米
功率：
1.5Kw
数量：
1台
膜池设计
数量：
6座
外形尺寸：
8.3*1.56*1.5m
有效容积：
30m3
材质：
FRP
潜水泵浦
数量：
2台（1用1备）
流量：
500m3/h
扬程：
6m
功率：
15Kw
清水泵（含真空装置）
流量：
Q=100m3/h
扬程：
H=20m
功率：
P=15KW
数量：
3台（两用一备）
部分设备采用变频后，受提升扬程不高之影响，抽吸泵电耗将节省10～15%。
清水池
外形尺寸：
4*5*4m
结构形式：
钢砼
数量：
1座
有效容积：
75m3
污泥池
外形尺寸：
5*5*4m
结构形式：
钢砼
数量：
1座
有效容积：
90m3
剩余污泥泵
流量：
30m3/h
扬程：
18m
功率：
3.7Kw
数量：
2台（二用二备）
化学清洗装置
膜清洗剂药量的确定
MCR化学清洗NaClO液按200ppm浓度投加：
化学清洗池容积为15m3,配成200ppm浓度的溶液，
NaClO投加量为：
15×200×10-6×200=3kg/次
NaClO按10%浓度配置，则NaClO液的体积为：
3/0.1=30L/次
每次加药时间为0.06小时，则加药泵流量500L/h.
MCR化学清洗柠檬酸（或盐酸）酸按0.3-1%浓度投加：
化学清洗罐容积为15m3,配成0.5%浓度的溶液，
柠檬酸投加量为：
15×0.5%×1000=75kg/次
柠檬酸按30%浓度配置，则柠檬酸的体积为：
75/0.3=250L/次
每次加药时间为0.2小时，则加药泵流量1250L/h.
NaClO清洗系统
数量：
1台
加药泵流量：
500L/H
加药泵数量：
2台（一用一备）
加药泵扬程：
10m
加药箱容积：
0.5m3
酸清洗系统
数量：
1台
加药泵流量：
1250L/H
加药泵扬程：
10m
加药箱容积：
0.5m3
4.1.4鼓风系统
鼓风机功能
为好氧池及MCR池体供氧。
一部分用于好氧池，采用微孔管式曝气器，提高氧利用率，满足生化反应的供氧需求。
另一部分用于MCR池，作为膜的吹扫风源。
生化系统鼓风机
型式：
三叶罗茨风机
流量：
Q=13.60m3/min
功率：
P=22KW
压力58.8kpa
数量：
2台（1用1备）
膜吹扫鼓风机
型式：
三叶罗茨风机
风量：
40m3/min
风压：
19.6Kpa
功率：
30Kw
数量：
2台（一用一备）
电动葫芦
起吊重量：
1.5吨
起吊高度：
4m
功率：
1.5Kw
数量：
1台
无油空压机（为气动阀提供气源）
风量：
110L/min
风压：
7Kgf/cm2
功率：
0.55Kw
数量：
1台
第五章主要处理构筑物及设备一览表
表10主要处理构筑物一览表
序号
名称
尺寸
数量
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