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摘要：高盐度废水来源广泛且处理技术难度高,如何经济有效开展高盐度废水处理回用技术，具有十分重要的意义。本文介绍了通过采用传统工艺与反渗透技术相结合的方法，对工业园区高盐度废水进行处理回用，得出该回用技术的合理性、可行性，具有较好的应用价值。
关键词：工业园区；高盐度废水处理；反渗透；回用
在我国经济的发展，化工业的发展占据了国民经济中的主要地位。随着工业化进程的加快，废水对环境造成的污染日益严重，已经严重威胁到了人类的健康。工业园区用水量大，也排放大量的高盐度废水。废水经传统化学法处理后往往存在处理不彻底，处理后的废水含大量的Cl-、SO42-、Na+等导致出水电导率较高，对水生环境会有一定危害。因此在传统工艺处理过后，还要使用反渗透技术的方法，对高盐度废水进行处理，这样才能达到可持续发展和治理环境污染。
1 工程概况
某工业园高盐度废水，设计处理水量为250m3/h，即6000m3/d。经处理后的回用水作为工业园区企业生产用水的补充水，具体指标如表1所示。
表1 水质指标
注:硬度用CaCO3表示。
处理后的最终浓排水进入工业园区晾晒池，水质需满足GB8978－1996《污水综合排放标准》一级标准，其主要水质要求为:COD≤100mg/L、ρ(TDS)＞30000mg/L。
2 工艺流程
2.1 工艺流程的确定
该工程进水中硬度偏高，为了保证脱盐单元的稳定运行，需要对来水中的硬度进行去除。去除水中硬度常规采用的方法有煮沸法、化学法、离子交换法、纳滤/反渗透膜法、电渗析法等。其中，煮沸法，仅用于去除水的暂时硬度；离子交换法用于处理高硬度水时，再生频率高，要消耗大量的软化水，同时产生的大量的废水；纳滤/反渗透膜法、电渗析法适用于处理低硬度水，而且硬度过高时，容易造成结垢；化学法为药剂软化法，通常采用石灰-纯碱软化法对水中的硬度进行去除。结合该工程进水水质，选用石灰-纯碱软化法进行除硬处理，同时采用目前使用范围最广的高效澄清池进行混合、絮凝、沉淀。
为保证反渗透进水SDI≤3，采用多介质过滤+超滤工艺对高效澄清池出水中的悬浮物、浊度进行处理。
脱盐单元采用目前应用最广的反渗透工艺，考虑到前端石灰软化系统虽将水中的大部分的硬度进行了去除，但去除效果有限，而且硬度越低其处理效果越差，同时药剂投加量会大大增加，因此实际工程中，为了降低运行费用，会严格控制石灰的投加量，这样导致石灰软化后的出水其硬度值在200～300mg/L之间，为了减缓反渗透装置的结垢倾向，在反渗透系统前设置二级软化处理，二级软化处理采用钠离子交换器，将进入反渗透系统的硬度控制在50mg/L以内，保证反渗透系统的正常运行。
为减少排污量，提高回收率，需要对反渗透浓水进一步处理。反渗透浓水中TDS、COD、NH3-N含量都很高，而且可生化性差，因此采用高效氧化池+O池+MBR+活性炭的处理工艺来降低浓水中COD、NH3-N等污染物，脱盐工艺仍采用反渗透工艺。
2.2 工艺流程说明
工艺流程如图1所示。该工程来水首先进入调节池，再经泵提升进入高效澄清池，通过投加石灰和碳酸钠，降低水中的硬度；高效澄清池出水进入中间水池，再通过泵提升进入多介质过滤器，去除水中的悬浮物、油、胶体、微生物等大颗粒污染物，然后进入超滤系统，进一步去除浊度；超滤系统出水进入超滤产水池，再经泵提升进入钠离子交换器进行二级软化处理，钠离子交换器出水进入钠床产水池，再经泵提升进入反渗透系统，反渗透系统产水进入回用水池。
图1 工艺流程
反渗透系统浓水先进入浓水收集池，再进入高效氧化池通过臭氧氧化将水中的大分子有机物进行断链降解为小分子有机物，提高可生化性；高效氧化池出水依次进入O池、MBR系统，将水中的可生化性有机物去除；为了进一步降低有机物含量，且保证浓水反渗透进水SDI≤3，MBR系统产水先经泵提升进入活性炭过滤器，再进入浓水反渗透系统进行脱盐处理，其产水进入回用水池，浓水达标进入工业园区晾晒池。
3 主要构筑物及设计参数
3.1 调节池及高效澄清池
该工程来水首先进入调节池进行混合，调节池作用为均匀水质和水量，承受来水波动带来的冲击负荷。池体有效容积为500m3，水力停留时间为2h，尺寸10m×10m×5m，池内设置3台潜污提升泵，2用1备。
高效澄清池是集混合、絮凝、沉淀于一体的设施，将石灰乳液、碳酸钠溶液、絮凝剂投加到进水，通过搅拌机混合均匀后，进入反应区进行充分接触反应产生沉淀物，混合液进入沉淀区进行固液分离，达到去除水中硬度、悬浮物的目的。高效澄清池设置1座，分为混合区、反应区、沉淀区、污泥区、清水区，设计处理能力为250m3/h。
3.2 多介质过滤器
高效澄清池出水中仍含有部分较小粒径的悬浮物、胶体、细小颗粒等，为保证后续超滤系统的正常稳定运行，需将这些物质进一步去除。该工程采用石英砂和无烟煤作为滤料的多介质过滤器，石英砂粒径为Φ0.5～1.0mm、无烟煤粒径为Φ0.8～1.2mm。多介质过滤器设置5台，4用1备，单台设计处理能力为62.5m3/h。
3.3 超滤系统
超滤的过滤过程通常可理解成与膜孔大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质。在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质通过，以达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。
超滤系统包括超滤给水泵、自清洗过滤器、超滤装置、反洗水泵、清洗装置、加药装置，其中超滤装置采用2套，单套设计处理能力为125m3/h。
3.4 钠离子交换器
钠离子交换器装有强酸性阳树脂，作为软化交换剂，来水进入交换器的交换剂层时，交换剂上的钠离子将水中的钙、镁离子进行置换，使水得到软化。钠离子交换器树脂失效后，为了恢复其交换能力，用工业盐溶液进行再生。
钠离子交换器设置3台，2用1备，单台设计处理能力为125m3/h。
3.5 反渗透系统
反渗透技术工作原理是利用反渗透膜对通过物质的选择性，在膜的进水(浓溶液)侧施加高于自然渗透压的压力，引起溶剂反向渗透流动，使进水(浓溶液)中的溶剂部分通过膜成为稀溶液侧的净化产水，从而达到除去水中绝大部分可溶性盐分、有机物及微生物等的目的。
反渗透进水中可能存在大于5μm的颗粒，这种颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件，造成大量漏盐的情况，同时可能划伤高压泵的叶轮，因此为防止其进入反渗透系统，确保高压泵和反渗透膜元件安全、长期、稳定的运行，在高压泵前设置保安过滤器。
反渗透系统包括反渗透给水泵、保安过滤器、高压泵、反渗透装置、清洗装置、冲洗水泵、加药装置，其中反渗透装置采用2套，单套设计处理能力为125m3/h，回收率为70%。
3.6 高效氧化池及O池
高效氧化池为利用臭氧氧化将浓水中的大分子有机物进行断链降解为小分子有机物，提高可生化性，同时去除部分COD。高效氧化池设置1座，设计处理能力为75m3/h，配套臭氧制备系统1套。
O池主要进行硝化反应和含碳有机物的降解，以达到降解废水中COD、NH3-N、总氮等污染物的目的。O池设置1座，分两格，设计处理能力为75m3/h，配套曝气系统1套。
3.7 MBR系统
浓水在经过O池处理后采用MBR系统进一步处理，以达到降低来水COD、悬浮物等污染物的目的。
MBR即膜生物反应器，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的水处理技术，以膜组件取代二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度以减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量[1]。
MBR系统包括MBR池、MBR膜组件、MBR产水泵、鼓风机、清洗装置，其中MBR池设置1座，分两格，设计处理能力为75m3/h。
3.8 活性炭过滤器
为了进一步降低水中有机物含量，且保证浓水反渗透进水SDI≤3，在浓水反渗透系统前设置活性炭过滤器3台，2用1备，单台设计处理能力为37.5m3/h。
浓水反渗透主要作用为脱盐，同时去除水中COD等污染物，其产水进入回用水池，浓水达标进入工业园区晾晒池。
浓水反渗透系统包括保安过滤器、高压泵、浓水反渗透装置、清洗装置、冲洗水泵、加药装置，其中浓水反渗透装置采用2套，单套设计处理能力为37.5m3/h，回收率为66.7%[2]。
3.9 回用水池
回用水池用于收集反渗透及浓水反渗透的产水，供工业园区企业生产补充用水。池体有效容积为450m3，水力停留时间为2h，尺寸20m×5m×4.5m。
4 运行效果分析
该工程从2015年12月28日开始试运行，2016年1月5日正式开始连续运行。运行期间1月5日至4月5日，设备运行稳定，工作状况良好，各项运行数据均达到设计要求。
4.1 总进出水COD曲线
由图2可以看出，整个系统对COD的平均去除率为85%左右，虽有个别天数进水COD已经超过设计进水值50mg/L，但出水仍能满足设计值≤15mg/L要求，其他天数出水基本在10mg/L以下，达到设计要求。
图3 总进出水TDS曲线
4.2 总进出水TDS曲线
由图3可以看出，整个系统对TDS的平均去除率为93%左右，进水TDS质量浓度在3000mg/L左右，出水TDS质量浓度为200mg/L左右，优于设计出水值名350mg/L要求，达到设计要求。
4.3 总进出水水量曲线
由图4可以看出，整个系统回收率为90%左右，进水水量在250m3/h左右，出水在225m3/h左右，达到设计要求。
图4 总进出水水量曲线
5 效益分析
5.1 经济效益
该工程处理后的回用水作为工业园区企业生产用水的补充水，水量为5400m3/d，当地工业用水成本按6元/m3计，则每年可节省费用为1182.6万元。
工程建成后，可减少排污量为6000m3/d，排污费按4.9元/m3，则该废水处理后每年可免交排污费1073.1万元。
该工程废水处理水量为6000m3/d，处理总成本为4.5元/m3水，每年需要支出的费用为985.5万元/年。
综上，每年可为工业园区节省费用为1270.2万元，该工程建设投资约5000万元，四年可以收回成本。
因此，该工程的建设为工业园区节省了大量的给水费及排污费，不仅能减少污染物排放，还能节约生产用水，降低产品生产成本，提高产品的价格优势和竞争力，产生明显的经济效益。
5.2 环境效益
该工程建设完成后，每年减少排污量:COD为109.5t/a、盐分为6570t/a，同时为工业园区企业提供1.971×106m3/a的回用水作为生产用水补充水，0.219×106m3/a的浓排水进入工业园区晾晒池，实现了水资源循环利用，提高园区环境质量。因此，该工程的建设带来了良好的环境效益。
5.3 社会效益
随着人民生活水平的提高和经济的高速发展，水资源利用必将成为经济发展的重要因素。该工程的建设节约了清水资源，减轻了对周边环境的影响，促进了工业、经济和环境的可持续性发展。
6 讨论
通过上述分析，该工业园区高盐度废水处理回用工程设计处理规模为6000m3/d，回用水出水为5400m3/d，作为工业园区企业生产用水的补充水；最终浓排水为600m3/d，排入工业园区晾晒池。经过以上三个月的运行效果分析以及一年多的运行实践表明，设备运行稳定，工作状况良好，处理工艺设计合理，各项运行数据均达到设计要求，每年可向园区企业提供1.971×106m3工业用水，为企业节约了大量水费。
7.结束语
高盐度废水产生途径广泛，且水量逐年递增，采取充分回收，循环利用水资源的方法，可以减少各种高盐度废水对水资源的“盐化”污染和对土壤造成的污染伤害，加强对高盐度废水的有效处理，对环境对企业都具有十分重要的意义。该工程中传统工艺与反渗透技术相结合的方法取得了良好的经济效益、环境效益、社会效益，具有较好的应用价值，值得在类似的工业园区高盐度废水处理回用工程中推广。
参考文献：
[1]伊学农, 范彦华, 洪德松,等. 反渗透处理高盐化工废水的试验研究[J]. 水资源与水工程学报, 2011, 22(3):99-101.
[2]王欣. 化工高盐废水微滤反渗透处理及再生回用[J]. 山东化工, 2017, 46(9):175-178.
论文作者:杨志
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/15
标签：反渗透论文; 盐度论文; 用水论文; 系统论文; 高效论文; 水中论文; 工业园区论文; 《防护工程》2017年第20期论文;