浓水回收方案教材.docx

1、浓水回收方案教材第一章 系统概述1.1 系统现状60m3/hr的清净下水回收处理系统而作，系统内采用了化学加药软化+Porex管式微滤膜过滤+回收反渗透的主体工艺。客户目前需考虑回用的再生废水量设计值为60m3/hr，按照每天运行24小时计算则总计反渗透日排放量大约为1440m3/天，这些反渗透浓水的排放是个不可忽视的损失。另外由于国家对用水的逐步限定，客户希望考虑反渗透浓水的回收再利用问题。预期系统整体回收率为75%以上。1.2 工艺选定须回收的下水具有高含盐量(根据原水含盐量和浓缩倍数而定)、较高有机物浓度、高硬度(相对原水)、较高含硅量等特点，在回用方案设计时，需针对以上特征做适当的工艺

2、选择。比较传统的处理工艺一般是首先化学加药使钙镁离子以及部分硅产生沉降，然后用沉淀池做固液分离，沉淀池上清液用多介质过滤器做预过滤处理，随后往往需要添加中空纤维做进一步除浊处理，最后进入回收反渗透系统，其产水回到主系统中。整个处理工艺流程长、投资大、占地面积大、运行成本高，正因这些特点限制了反渗透浓水回收市场的发展。本设计方案中我们选择了化学加药软化+管式微滤膜+回收反渗透的处理工艺。其中的管式微滤膜是本处理工艺的最关键部分，承担着取代沉淀池做固液分离和向后端回收反渗透装置输送合格进水的双重功能。本设计方案采用过滤精度为0.1m的管式微滤(TMF)系统，作为反渗透的前处理，大大缩短简化了工艺流

3、程，减少了系统占地面积，提高了反渗透系统的回收率，并有效延长反渗透系统的使用寿命。相较于其他微滤或超滤膜组件，宝利事管式微滤膜具有强度好、耐摩擦、耐高浓度药剂清洗、可在极高悬浮固体浓度下稳定运行、可耐受进水水质波动等优良性能。1.3 设计原则1. 根据废水水量和水质指标，采用针对性强、效果显著、运行成本低的膜法水处理技术;2. 选用专用微滤膜，PVDF膜材质，抗氧化、耐强酸碱、耐摩擦、清洗方便。微滤膜采用特殊工艺制造，表面平整光滑、微孔率高，可在100磅的冲击压力下正常运行，不会出现滤膜破裂、颗粒穿透现象，使用寿命可达5年以上;3. 设备制造的外形尺寸满足水处理设备的要求，化学加药单元、反应单

4、元、管式微滤单元、反渗透单元均设计成机架式，方便安装，减少占地面积;4. 系统设计为自动运行，控制先进、稳定、可靠，操作及检修方便;5. 系统回收率高，外排废水少(详情参见以下章节的水量平衡分析);6. 系统所用主要设备选用质量可靠产品，包括整套微滤系统、泵、pH计、PLC程序控制等，同时满足防腐、流量、压力的要求。7. 工艺设计具有很好的耐冲击负荷和操作的灵活性;8. 整体布局简洁、合理、同时符合国家有关绿化及环保、消防规定;9. 动力设备采用先进设备，保证能长期稳定运行。第二章 设计依据2.1 设计水量废水总量设计为60m3/hr，该回收系统的进水流量按照160m3/hr考虑，也就是说回收

5、处理系统的各处理单元按照1套考虑。本系统各段水量设计为：1. 化学加药反应单元：160m3/hr;2. 管式微滤单元：160m3/hr;3. 回收反渗透单元：160m3/hr(按进水量核算);4. 污泥处理单元：基于60m3/hr的废水总量和相关水质考虑2.2 进水水质回收系统进水为主系统的反渗透浓水和循环水排污水，以下表格中的数据为客户给定的水质资料。如实际水质与下表水质不符合，或有所波动，尤其是其中pH、钙离子、镁离子、碱度、二氧化硅含量、有机物浓度数据差异较大，请务必明示，以便根据实际水量调整设计工艺。表1 进水水质表项目/单位指标NH4+ （mg/L）3.8K+和Na+ （mg/L）9

6、69.5Na+ （mg/L）6600Mg2+ （mg/L）330Ca2+ （mg/L）626.3CO32- （mg/L）0HCO3- （mg/L）1983.4NO3- （mg/L）179Cl- （mg/L）1187.1F- （mg/L）0SO42- （mg/L）1494.3SiO2 （mg/L）164.9TDS （mg/L）6857.1Fe （mg/L）0.5CODCr （mg/L）171.4BOD5 （mg/L）32.8从上表得出原水的特点： 总硬度大于总碱度，存在永硬，如果采用石灰软化发则需配合添加碳酸钠。 钙硬度小于碱度，因此如使用氢氧化钠进行软化，则无需投加碳酸钠。 二氧化硅的浓度偏高

7、，但镁离子浓度同样偏高，预计无需为了除硅而添加镁盐，系统内的镁离子足够携带硅一起沉淀。2.3 产水水质客户未对回收系统的产水水质做明确指定，而本系统重点描述的管式微滤膜，其侧重点在于高浓度悬浮固体下良好的固液分离效果，以及经过化学加药软化预处理之后，对于钙、镁、硅、钡、锶等易结垢成分的有效去除，以下为根据管式膜技术特点列出的良好化学加药软化预处理之后管式膜产水水质预期表：表3 管式膜产水水质表项目单位出水水质悬浮物mg/L1.0钙离子mg/L40镁离子mg/L40溶解态二氧化硅mg/L102.4 供货范围(以下为推定的工程公司供货范围，仅供参考。而宝利事公司仅提供TMF管式膜组件)主要供货范围

8、：1. 回收处理系统的深化设计，包括工艺、机械、电气设计;2. 系统内所有机械设备、仪表、管路阀门系统的采购与机架的工厂制作;3. 系统内(水箱与机架之间，以及各机架之间)阀门和管路系统的连接、安装和调试;4. 系统内各种滤料、膜等介质的初次填装、清洗和预处理;5. 系统内控制盘(包括硬件与软件)的提供、安装及调试;6. 系统内现场仪表(包括硬件与软件)的提供、安装及调试;7. 系统内现场仪表与控制盘间信号电缆的提供、敷设和连接;8. 系统内各动力设备与主动力柜间动力电缆的提供、敷设和连接;9. 系统内电缆的提供、敷设和连接(不包括业主提供的各配电柜上端头的电缆及桥架和相应施工);10. 系统

9、的控制系统及现场仪表的集中供电系统;11. 系统运输至现场、就位、固定;现场机电安装及测试;12. 系统整体调试(调试前测试、控制模拟运行、压力测试、漏泄测试、阶段试运行、整机试运行、系统优化调整、系统水质水量确认);13. 调试报告书、系统操作说明文件等竣工资料的。供货范围外部分：1. 土建及其附属工作，例如基础、防腐、照明、通风等;2. 公用设施(动力电、压缩空气、施工和调试临时水电)的一次侧敷设。(共用设施部分请客户协助提供至所需位置)3. 竣工验收后的设备运行;第三章 工艺方案描述3.1 回收率影响分析3.1.1 过饱和结垢对回收率的影响结垢对于反渗透系统的回收率产生的影响最为重要，主

10、要是由于离子在浓水侧因浓缩后超过其饱和浓度，生成沉淀，因而对反渗透系统产生结垢影响。1. 过饱和结垢描述如钙、镁、钡、锶、锌二价离子与碳酸根、硫酸根、磷酸根、氟离子在反渗透浓水侧超过饱和浓度时产生结垢。硅在浓水侧浓度超过饱和浓度也产生结垢。2. 结垢判断标准如碳酸钙垢类一般采用LSI指数和S&DSI来判断;浓水TDS10000mg/L使用S&DI指数，当S&DSI0时就会产生碳酸钙结垢。二氧化硅一般采用浓度来判断;如一般在浓水中，pH在7左右时，二氧化硅的溶解度约为100120mg/L。3. 离子结垢应对措施：a. 调整进水pH值、温度等条件，提高溶解度;b. 使用阻垢剂，但阻垢剂只在一定范围

11、内有效，如LSI：01.8之间，超过1.8需要将LSI值调整到1.8以内加入阻垢剂才会有效。c. 采用离子交换、化学沉淀、吸附等方式去除结垢因子。4. 根据结垢因素计算系统回收率以二氧化硅为例：如原水中二氧化硅的浓度为50mg/L，其反渗透系统的浓缩倍率只有2倍，即回收率为50%时，浓水侧的二氧化硅就会达到100mg/L的饱和溶解度;若原水经过处理后二氧化硅的浓度为20mg/L，其反渗透的浓缩倍率可达到5倍，即回收率为80%时，浓水侧的二氧化硅才会达到100mg/L的饱和溶解度;5. 针对结垢因子提高系统回收率由此可见将去除结垢因子(钙、镁、硅)与阻垢剂搭配使用是提高反渗透系统回收率的有效方法

12、。钙和镁可利用离子交换软化出去，但带来非常大的再生药品消耗。针对硬度高的反渗透浓水，通常情况下合适的处理工艺还是利用添加药剂(氢氧化钠或石灰)，提高水的pH值，使钙和镁形成碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁3.1.2 渗透压对回收率的影响渗透压指的是驱使水透过RO膜的驱动压力。RO浓水的回收率是RO进水的含盐量和浓水中允许的含盐量决定。也就是说，如果RO浓水中溶解性盐TDS是5000ppm，由另外一个RO浓缩后能到10,000mg/l，或者1%，这时渗透压大约为1000psi。为了确定可以浓缩到的浓度，必须对进水进行具体的分析，然后用计算软件确定另一个RO系统需要的驱动压力和可以达到的回收率。一些水要求

13、达到和传统”苦咸水”系统一样的400psi设计压力，一些要求压力高达600-1200psi。1200psi的RO通常用在海水淡化上,是市场上压力最高的RO。由此可见进水含盐量和渗透压有着密不可分的关系，由于RO膜元件在承受压力上并非无限，因此RO系统的回收率也不可以无限升高。一般常见的海水淡化系统通常将TDS:30000mg/L左右的海水浓缩成为TDS为60000mg/L左右的浓海水。3.1.3 RO系统回收率的确定1. 通过化学沉淀的方式，去除结垢因子，使其不成为制约RO回收率的因素，如钙40mg/L，镁40mg/L，硅10mg/L。2. 由于系统的进水TDS约为6857.1mg/L，参照普

14、通苦咸水处理系统，和长期稳定运行的海水淡化系统，其回收率可设计为75%，即浓缩约4倍。3.1.4 膜元件种类的选择由于进水的TDS约为6857.1mg/L，通过计算450psi(30bar)耐压等级的苦咸水膜元件即可满足其使用要求，采用一级低压RO系统。3.2 工艺流程选择根据设计原则，选择化学加药软化+TMF管式微滤膜 + 一级RO系统的处理工艺，以下是系统的工艺流程框图。图1 回收系统流程框图3.3 系统工艺简述从主系统的反渗透浓水作为进水，直接进入反应槽，在反应槽1内添加石灰或氢氧化钠(具体药剂种类和投加剂量应通过中试确定)，另外需添加镁盐(如果中试表明废水中的现有镁离子浓度不足以吸附降

15、低二氧化硅浓度)，此外还需要添加一定量次氯酸钠用于抑制微生物滋生;在反应槽2内添加碳酸钠溶液(如果使用石灰软化的话)，必要时还需要添加氢氧化钠以维持合理pH值。反应槽分别进行搅拌和pH监控，使水中的钙镁等硬度成分形成沉淀。经过反应后的水溢流到管式微滤膜的浓缩槽内，用循环泵输送到管式膜进行固液分离。此时大流量的水在废水浓缩槽和管式膜之间循环，而部分膜透过水(等同于输入的水量)进入中间色水槽短期贮存，然后送往回收反渗透系统。在反渗透系统内做进一步的脱盐处理，该反渗透产水送往现有主系统的过滤水箱，作为过滤水使用，而回收反渗透的浓水则和主系统内其他排水一起排放处理。同时，管式膜还产生少量的浓缩液(污泥

16、)，需要送往污泥脱水系统，经过板框压滤机脱水之后，脱水泥饼委外处理或直接填埋，脱离水则回流到系统前端再次处理。考虑到待回用的废水可能含有一定的TOC，在此基础上需要活性炭过滤器将TOC降低到一定程度，避免造成回收反渗透的污堵，但若进水TOC足够低，则无需考虑设置活性炭过滤器。同时，活性炭过滤器还能去除前处理水中的残留氧化剂(余氯)。表3 各工艺段功能特点工艺设备主要功能备注反应槽1添加氢氧化钠或石灰，和镁盐等，重点形成氢氧化镁沉淀物并与硅共沉淀，同时添加次氯酸钠用于抑制微生物滋生不小于30分钟停留时间，带搅拌和pH监控反应槽2添加碳酸钠，重点形成碳酸钙沉淀不小于30分钟停留时间，带搅拌和pH监

17、控浓缩槽管式膜错流供水和浓缩污泥暂时存放不小于循环泵3分钟吸水量，带液位控制TMF系统0.1m的微滤膜，错流模式下进行固液分离，截留悬浮固体错流流速不小于3.5m/s中间水槽管式膜透过水暂存，并输送到后段不小于30分钟停留时间，带液位控制活性炭过滤器吸附降低废水TOC浓度，避免RO膜污堵反渗透去除绝大部分盐类，大部分二氧化硅，及部分有机物，产水送往脱盐水系统回用系统脱盐率：97%3.4 废水处理主体工艺说明3.4.1 主系统废水接入如进水只限于现有主系统的反渗透浓水，则可在现有主系统的反渗透浓水的排放管路上接三通，将支管送往回收系统，利用主系统现有的压力、流量监控系统进行监控，同时引入主系统的

18、运行信号作为回收系统的启动信号。如进水包括其他废水，或主系统反渗透浓水已采用调节池收集，或因其他原因无法直接用管道接到回收系统，则考虑调节池集水加提升泵的接入方式。3.4.2 TMF预处理系统系统由化学加药系统和两级级反应池组成，第一个反应池添加石灰或氢氧化钠，另根据需要选择镁盐和次氯酸钠，搅拌反应，控制pH在11.5左右;第二个反应池内添加碳酸钠，可能需要添加液碱用于维持pH值，控制pH值在10.5以上，经过两级反应后的含沉淀物的水溢流进入到TMF的浓缩池。两级反应池的停留时间均考虑30分钟以保证反应充分。同时两级反应池均配套有搅拌装置，避免沉淀物沉入池底。3.4.3 TMF系统TMF系统由

19、浓缩水池、微滤膜和其他配套设备组成。浓缩水池可接收不断被微滤膜浓缩的污水，保持污泥浓度达到最佳状态。微滤膜的结构是膜被浇铸在多孔材料管的内部。含被过滤物质(固体)的水流透过膜后，再透过多孔支撑材料，进入产水侧(水被净化)。被膜截留的固体颗粒在水流的推动下，不会停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的冲刷作用，避免污染物在膜表面停留。错流式微滤作为过滤是为了达到非常好的出水水质代替传统的沉降或澄清工艺。微滤利用微孔的膜把废水中的沉淀物分离出来。它不需要沉淀物粒径足够大和比重足够大，所以当把物质从溶解状态转化为不溶状态后，它是一种更有效的分离方法。与普通的中空纤维超滤不同，TMF微滤膜可以承受很高的

20、污泥浓度25%，和很高的pH值，在pH为14的条件下也能正常稳定的工作。3.4.3.1 TMF系统简介：1. 废水直接进入调节池后再进入微滤系统。在第一个反应池里，通常加入共沉剂。在多数情况下，共沉剂是一些形式的铁或钙。废水再进入第二个反应池，利用NaOH或石灰将PH调高。对于软化水处理系统，第一个反应池添加熟石灰或碱加氯化钙，第二个反应池则添加碳酸钠或镁盐。来自第二个反应池的出水靠重力流到微滤的浓缩池里。这就开始了固体分离。来自浓缩池的水被泵提升到微滤膜组件。2. 利用错流过滤技术，废水中的污泥被高速打到膜管中间，然后回到浓水罐。澄清水或渗透水透过膜后进到最终PH调节系统。每通过膜一次，污泥

21、就浓缩一点。为了阻止快速的堵塞或污堵膜要用气和干净的产水反洗。从而迫使膜孔内或膜表面的堵塞物回到污泥流里。3. 在浓缩池里安装了一套液位计来控制微滤供给泵的启和停。这个罐子的目的是保证被打到膜组件的水固体浓度在2-5%之间，固体的脱水是自动或手动的. 浓缩池的固体被用一个气动隔膜泵打到污泥浓缩池或压滤机。气动隔膜泵的周期和频率是自动控制的。有时，运行人员需要从浓水罐里取样做一个简单的沉降测试。这个测试的结果可能有时导致气动隔膜泵的现场调节。此外，作为简单的操作模式，也可不设气动隔膜泵，而是由运行人员间歇地开启浓缩槽底部排水阀，将多余的浓缩液排放;4. 产水流量连续监测。如果运行人员观察到流量低

22、到预定值时，那么膜就需要化学清洗了。根据膜组件的排列布置，可以对全部或部分膜进行清洗。 每清洗一次需要几个小时完成。在清洗操作时，运行人员需要手动开关阀门。酸性清洗液用来清洗无机污垢，NaClO用来去除有机物。在重新投入运行前，需要用新鲜水冲洗膜。化学清洗罐和新鲜水罐以及循环泵是就地清洗系统的主要部分。5. 膜组件的产水在重力流的情况下流到最终PH调节系统。6. 管式 微滤膜系统包括固定架、反洗装置、循环泵、就地清洗系统、清洗罐、气动隔膜泵、电力控制、仪表、浓水罐和PLC控制。这个系统配齐了运行的所有管道、线缆和设备。3.4.3.2 TMF工艺的技术优势1. 不需沉淀和预过滤，可直接进行过滤实

23、现固体颗粒和液体的分离，水中污染物不需要沉淀就能有效去除。2. 可在高pH条件下持续运行(pH大于10)，因此更能保证有效去除钙镁硅沉淀，和锶、钡等有结垢倾向的离子成分。3. 如有必要，可通过压滤机实现彻底的固液分离，固体微粒可回收利用，可将固体废弃物资源化。4. 回收率接近100%(考虑配置压滤机的情况下)。5. 化学清洗药品仅仅需要常规的无机酸、碱和氧化剂，没有废水排放限制。6. 采用管式大流量错流过滤，水流切向高速流过膜表面，在过滤的同时还有冲刷清洁膜表面的作用，污染物不易累积，膜面不易污染。7. 适合过滤高浊度(50g/L)和污染物粒径相近的料液。8. 采用坚固的管式结构，和烧结法成膜

24、，从原理上杜绝了断丝泄漏现象的发生。9. 0.1um的绝对过滤孔径，产水浊度1NTU，可以有效的保护反渗透。10. 丰富的使用经验，从上世纪70年代就开始被应用11. 管式微滤膜专门针对废水处理设计，具有出色的耐化学性和耐磨擦性。3.4.4 TMF水槽及pH回调TMF产水基本无压，自留到TMF产水槽，然后用泵输送到回收反渗透单元，在此前添加酸将pH回调到大约7.5。pH回调采用管道加药和pH监控的方式，即在提升泵后管路上注入盐酸，加药点后加装管道混合器，之后管道上设置pH计用于监测pH和控制加药泵注入量。3.4.5 回收反渗透系统反渗透膜是在一定压力驱动下，允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过

25、的一种功能性选择半透膜。反渗透是最精密的膜法液体分离技术，将溶剂和溶剂中离子范围的溶质分开，它能阻挡几乎所有溶解性盐，只允许水溶剂通过，可脱除水中绝大部分的悬浮物、胶体、有机物及盐份。回收反渗透系统由高压泵、反渗透膜壳、反渗透膜、流量/压力/电导率等仪表和相应的管阀系统、钢制滑架组成。基本情况与一般反渗透系统类似，在此不做赘述。3.5 工艺单元设计说明3.5.1 第一反应槽(1) 反应池数量：1座设计规模：60m3/hr结构：地上水槽材质：碳钢槽体或混凝土地上水池，内面玻璃钢防腐尺寸：3.2m长3.2m宽3.5m高有效水深：3.2m有效容积：30m3有效停留时间：30min设计压力：常压试验压

26、力：满水漏泄试验附属设备：pH计1台，浸渍安装型，测量范围0-14，无温度补偿，玻璃电极(2) 反应槽搅拌机数量：1台，分别对应1台反应槽参数：转速=98rpm，功率=5.5KW型式：直联式减速机材质：不锈钢轴桨附属设备：搅拌机底座3.5.2 第二反应槽(1) 反应池数量：1座设计规模：60m3/hr结构：地上水槽材质：碳钢槽体或混凝土地上水池，内面玻璃钢防腐尺寸：3.2m长3.2m宽3.5m高有效水深：3.2m有效容积：30m3有效停留时间：30min设计压力：常压试验压力：满水漏泄试验附属设备：pH计1台，浸渍安装型，测量范围0-14，无温度补偿，玻璃电极(2) 反应槽搅拌机数量：1台，分

27、别对应1台反应槽参数：转速=98rpm，功率=5.5KW型式：直联式减速机材质：不锈钢轴桨附属设备：搅拌机底座3.5.3 管式膜浓缩槽(1) 浓缩槽本体数量：1座材质：碳钢槽体或混凝土地上水池，内面玻璃钢防腐尺寸：3.2m长3.2m宽3.5m高有效水深：3.2m有效容积：30m3有效停留时间：30min设计压力：常压试验压力：满水漏泄试验附属设备：配管接口、超声波液位计或5点电极式液位开关或磁翻转液位计(2) 浓缩循环泵数量：3台(2用1备)参数：Q=131m3/h，H=45m，N=37kW/380V。型式：卧式离心泵材质：316不锈钢叶轮，304泵壳(3) 污泥供给泵数量：4台(3用1备)参

28、数：Q=20m3/h，H=60m型式：气动隔膜泵材质：铝合金或铸铁材质，橡胶隔膜3.5.4 管式微滤膜系统(TMF)(1) 管式膜组件特性参数总截留面积：123.84生产厂家：美国Porex公司运行方式：错流设计通量：500L/m2h (净产水)膜材质：PVDF膜型号：MME2S01637VP膜元件总数量：48支(分成2组，每组2列，每列12只串联)设备出力：67m3/hr(进水60m3/hr，另外板框压滤机脱离水大约6.7m3/hr)最大运行透膜压差：0.2MPa最大进水压力： 0.4 MPa最高进水温度： 40 摄氏度pH范围：210工作形式：压力式过滤周期：530分钟反洗总历时：530秒

29、(2) 维护性化学清洗装置(NaClO)(2组管式膜机架共用)数量：1套1)化学清洗药箱数量：2台容积： 每台1.2 m3材质： 聚丙烯尺寸：1.2m长1.2m宽1.0m高设计压力：常压试验压力：满水漏泄试验2) 化学清洗水泵型式：气动隔膜泵数量：1台流量：8 m3/h扬程：20m材质：PP塑料泵壳3.5.5 中间水槽(1) 中间水槽主体数量：1座结构：地上水槽材质：混凝土地上水池，内面玻璃钢防腐尺寸：3.2m长3.2m宽3.5m高有效水深：3.2m有效容积：30m3设计压力：常压试验压力：满水漏泄试验附属设备：配管接口、5点电缆浮球液位开关(2) pH回调槽(在中间水槽中)数量：1座设计规模

30、：60m3/hr结构：地上水槽材质：碳钢槽体或混凝土地上水池，内面玻璃钢防腐尺寸：2.0m长2.0m宽3.5m高有效水深：3.2m有效容积：12m3有效停留时间：6.5min设计压力：常压试验压力：满水漏泄试验附属设备：pH计1台，浸渍安装型，测量范围0-14，无温度补偿，玻璃电极(3) pH回调槽搅拌机数量：1台参数：转速=98rpm，功率=2.2 KW型式：直联式减速机材质：不锈钢轴桨附属设备：搅拌机底座(4) 中间水泵数量：2台(1用，1备)参数：Q=60m3/h，H=35m，N=7.5kW/380V。型式：卧式离心泵或立式离心泵材质：304泵壳及叶轮附属设备：管路阀门1套、泵出口压力表2只、管道流量计1只3.5.6 活性炭过滤器(备选设备)数量：3座(2用1备)结构：压力式过滤器，带上下封头材质：碳钢衬胶尺寸：1.8m3.2m直边高度活性炭填充量：每罐5.0