一種廢水回收新技術(shù)

＊陳勝 張語(yǔ)哲 張杰 孫祥波

（1.中電科技集團(tuán)第44研究所 重慶 400060 2.中電科技集團(tuán)重慶聲光電有限公司 重慶 400060）

我國(guó)水資源嚴(yán)重匱乏，水資源短缺已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的“瓶頸”。如何高效合理地利用水資源，是我們應(yīng)該重視并迫切需要解決的問題。把廢水進(jìn)行回收利用，既是一項(xiàng)節(jié)水也是治污措施，兼有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

目前，以我們動(dòng)力站來說，每年自來水消耗量約為70多萬噸，廢水站每年排放的廢水量（三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)排）達(dá)40萬噸，若能將排放掉的廢水進(jìn)行處理后回收再利用，返回動(dòng)力站作為自來水使用，既能起到節(jié)水減排的作用，又能降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。鑒于此，我們提出了將廢水站排放的廢水部分進(jìn)行回收處理再利用的技術(shù)方案。

1.技術(shù)方案

（1）新建一套廢水回收設(shè)備系統(tǒng)，處理能力60t/h，采用全膜法工藝技術(shù)[1]。之所以采用該技術(shù)是因?yàn)槿しǖ膬?yōu)點(diǎn)是不使用化學(xué)樹脂，不大量使用化學(xué)藥品，對(duì)環(huán)境友好。

（2）主要制備工藝流程如圖1：

圖1 制備工藝流程

（3）本系統(tǒng)進(jìn)水（廢水為原水）指標(biāo)[2]見表1，是本系統(tǒng)預(yù)處理設(shè)計(jì)依據(jù)。

表1 廢水總排口WS2檢測(cè)結(jié)果一覽表

2.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)（工藝流程見圖2）

圖2 60t/h廢水回收工藝流程圖

（1）收集水池。將廢水站經(jīng)處理后的水集于收集池中，設(shè)置一只電子液位計(jì)，液位計(jì)功能如下：

L點(diǎn)：只是一個(gè)警戒線。報(bào)警器報(bào)警提示水池液位低，上位機(jī)顯示報(bào)警信息。

LL點(diǎn)：用于控制水泵。水泵的啟動(dòng)/停機(jī)受此液位控制。當(dāng)液位在L點(diǎn)之上時(shí)，在待工作狀態(tài)的水泵將啟動(dòng)。當(dāng)液位下降到LL點(diǎn)時(shí)，在工作狀態(tài)的原水泵將停機(jī)。

（2）原水泵。原水（廢水）泵設(shè)2臺(tái)，流量60m3/hr，揚(yáng)程40m，用于增壓，將廢水泵入過濾器及超濾系統(tǒng)。原水泵采用自吸泵直取集水池內(nèi)的水，在泵的出口設(shè)置壓力表。

（3）超濾反洗水泵。反洗水泵設(shè)計(jì)1臺(tái)，水量65m3/h，揚(yáng)程40m，用于超濾反洗。電機(jī)通過輸出信號(hào)與超濾水箱相關(guān)聯(lián)，以控制水泵啟停。

（4）全自動(dòng)自清洗過濾器。全自動(dòng)自清洗過濾器設(shè)置1套，過濾精度100μm，對(duì)水中大于100μm的顆粒進(jìn)行過濾并自動(dòng)對(duì)濾芯進(jìn)行清洗，且清洗排污時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)水不間斷。

（5）袋式過濾器。設(shè)置袋式過濾器（10μm）1套，對(duì)原水中大于10μm的顆粒進(jìn)行過濾，是一種新型過濾器，過濾器內(nèi)部由金屬網(wǎng)籃支撐濾袋，液體由入口流進(jìn)，經(jīng)濾袋過濾后從出口流出，雜質(zhì)被攔截在濾袋中，濾袋需定期更換。

（6）超濾設(shè)備[3-4]。①設(shè)置超濾系統(tǒng)1套。超濾系統(tǒng)核心部件為超濾（UF）膜，其結(jié)構(gòu)原理見圖3。超濾采用膜分離技術(shù)，其膜為多孔性不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。超濾過濾過程是以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動(dòng)力，以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)的一種溶液分離過程，使用壓力通常為0.01～0.3MPa，篩分孔徑從0.002～0.1μm，截留分子量為1000～100,000D左右。其特點(diǎn)是分離過程不發(fā)生相變化，耗能少；分離過程僅以低壓為推動(dòng)力，設(shè)備及工藝流程可設(shè)計(jì)得更為簡(jiǎn)單，并易于操作、管理及維修。反滲透進(jìn)水控制的一個(gè)重要指標(biāo)是污染指數(shù)SDI，一般要求進(jìn)水SDI＜5。

圖3 超濾膜結(jié)構(gòu)原理

②超濾的特性及優(yōu)點(diǎn)

采用超濾工藝要比傳統(tǒng)預(yù)處理工藝節(jié)省反滲透膜元件的數(shù)量和壓力容器組件的數(shù)量；設(shè)備占地空間減小，廠房土建費(fèi)用降低；操作簡(jiǎn)便，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行；降低運(yùn)行費(fèi)用，采用超濾作為反滲透的預(yù)處理工藝，可使反滲透膜的使用壽命由通常的3年（一般的預(yù)處理系統(tǒng)），延長(zhǎng)至5～6年以上；UF膜不需要經(jīng)常更換。

③超濾膜的結(jié)構(gòu)特性及清洗設(shè)計(jì)要求

UF膜由PVDF（聚偏氟乙烯）中空纖維組成，每根膜元件是由上萬根中空纖維組成的纖維束，每根膜元件長(zhǎng)度60英寸（1500mm），其膜面積為50m2，其截留分子量為100000道爾頓以內(nèi)，進(jìn)水從中空纖維的內(nèi)部進(jìn)入，產(chǎn)水則由內(nèi)壁向外壁透過（稱為內(nèi)壓式）收集管后從產(chǎn)水管排出，在纖維內(nèi)表面，會(huì)被截留的懸浮物、細(xì)菌、大分子有機(jī)物、膠體等就會(huì)堆積，每運(yùn)行一段時(shí)間后，必須進(jìn)行反沖洗。

④超濾膜的反洗加藥

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的反洗過程是在產(chǎn)水運(yùn)行模式下，按照一個(gè)預(yù)設(shè)并可調(diào)節(jié)的時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行的，但是為適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)的變化，操作管理人員可以在遠(yuǎn)控端改變時(shí)間間隔設(shè)置，在水質(zhì)特差時(shí)，縮短反洗時(shí)間間隔，在水質(zhì)較好時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)反洗時(shí)間間隔。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，超濾加藥反洗殺菌劑的投加濃度為15～40mg/L，每天為2～3次（可視運(yùn)行情況而定）。

⑤加藥泵裝置

超濾增強(qiáng)反洗次氯酸鈉（NaClO）計(jì)量投加裝置，因NaClO加藥量比較大，故選擇美國(guó)LMI公司提供的電磁隔膜加藥泵，該泵最大加藥量12L/h，NaCLO使用10%工業(yè)級(jí)產(chǎn)品即可。藥箱配比濃度0.5%，通過調(diào)整加藥泵的沖程和頻率，在運(yùn)行時(shí)使其水中濃度為2～5ppm。藥箱容積為100L。

（7）超濾水箱。用于存儲(chǔ)超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水，水箱容積設(shè)計(jì)為30m3，水箱材質(zhì)為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）。水箱的液位控制將同后續(xù)水泵相連，以控制水泵的啟停。上下配檢修人孔、液位傳感器、帶玻璃液位顯示和附件以及配套的閥門。

（8）阻垢劑加藥裝置[5]。本系統(tǒng)選用美國(guó)GE公司HYPERSPERSE MDC220阻垢劑，該藥劑是一種分散型隱蔽劑，阻垢效能高，在不加酸的條件下，原水水溶液pH值最大允許值為2.8，在此范圍內(nèi)能有效的控制無機(jī)物結(jié)垢。

（9）還原劑加藥裝置。RO復(fù)合膜要求進(jìn)水余氯必須小于0.1mg/L，否則會(huì)對(duì)RO膜造成損壞。而原水中的余氯為0.4mg/L左右，超出RO進(jìn)水要求，需加入還原劑去除余氯。加入亞硫酸氫鈉（SBS），該還原劑可有效中和水中余氯等氧化性殺菌劑的有效成分，防止其對(duì)RO膜元件的損壞。

根據(jù)理論計(jì)算1.34mg的SBS可以脫除1.0mg的余氯，但是在實(shí)踐中，每脫除1.0mg的余氯至少需要加入3.0mg的SBS。

單單是想通過新文人流派來實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)粉彩人物到現(xiàn)代粉彩人物的轉(zhuǎn)型還是相對(duì)困難的，其處境于新文人畫相似。新文人畫由于轉(zhuǎn)型的失敗逐漸衰退。這個(gè)時(shí)期一些新的流派悄然興起，猶如雨后春筍一般屹立在陶瓷繪畫行業(yè)。其中有很大一部分畫家起初就是師承傳統(tǒng)的民間藝術(shù)風(fēng)格，之后也融入了些許現(xiàn)代元素，這部分畫家可以稱作現(xiàn)代民間粉彩人物瓷畫流派。

SBS必須是食品級(jí)，不含雜質(zhì)，同時(shí)，配好的SBS溶液不能長(zhǎng)時(shí)間存放。使其在原水中的濃度控制在5ppm左右。

（10）過濾水泵。過濾水泵1臺(tái)，水量85m3/h，揚(yáng)程40m，用于RO進(jìn)水增壓和低壓沖洗用。與預(yù)處理系統(tǒng)及水箱相關(guān)聯(lián)，以保護(hù)水泵運(yùn)行。

（11）保安過濾器。材質(zhì)不銹鋼304，精度5μm，側(cè)進(jìn)下出水，無死水端。過濾器的結(jié)構(gòu)滿足快速更換濾芯的要求，并且配備必要的檢修更換平臺(tái)，過濾器頂部、底部設(shè)有排放口，過濾器頂部、進(jìn)出口安裝壓力表；過濾器帶有搖臂，方便更換濾芯。

（12）反滲透高壓泵。反滲透高壓水泵1臺(tái)，水量85m3/h，揚(yáng)程140m，用于給RO系統(tǒng)增壓。為了滿足RO系統(tǒng)進(jìn)水壓力，預(yù)處理產(chǎn)品水在進(jìn)入到RO壓力容器，分別通過變頻增壓泵進(jìn)行升壓。在水泵的出口還將設(shè)置相應(yīng)的壓力表、閥門及軟連接。

（13）RO膜。BW30FR-400/34i卷式聚酰胺復(fù)合膜（舊膜利用），iLEC端面自鎖連接，膜元件長(zhǎng)40.5英寸（1029mm），連接后的凈長(zhǎng)度40英寸（1016mm），60支膜，按6×10串、并行排列，據(jù)此配備相應(yīng)的膜殼。

（14）現(xiàn)場(chǎng)清洗裝置。清洗裝置包括1個(gè)化學(xué)混合罐，1臺(tái)清洗泵（與超濾反水泵共用）。

（16）輸送水泵。水量，65m3/h，揚(yáng)程40m，用于RO產(chǎn)水供出，采用多級(jí)離心水泵形式，機(jī)械密封。與動(dòng)力站水池液位聯(lián)動(dòng)控制啟動(dòng)。

（17）TOC裝置。經(jīng)計(jì)算，采用120W×8185nm UV裝置，去除水中有機(jī)物。

（18）管道。DN100 PVC管，從回收站接至動(dòng)力站水池。

（19）控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式為：集中式西門子PLC+電腦微機(jī)程序控制[6]，在控制室顯示工藝過程中的運(yùn)行狀態(tài)、主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)以及報(bào)警等。

可選擇控制方式：自動(dòng)/手動(dòng)雙功能。當(dāng)PLC系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可轉(zhuǎn)換為手動(dòng)操作狀態(tài)，操作人員可通過就地控制柜儀表盤及觸摸屏操作完成。

（20）所有水泵葉輪和軸的材質(zhì)為不銹鋼304，泵體為碳鋼，采用多級(jí)立式離心水泵形式，機(jī)械密封，其控制與控制系統(tǒng)相連。

（21）產(chǎn)水主要指標(biāo)見表2，是本系統(tǒng)反滲透及后面部分設(shè)備的設(shè)計(jì)依據(jù)。

表2 產(chǎn)水主要指標(biāo)

續(xù)表

3.效益測(cè)算

（1）產(chǎn)水量設(shè)計(jì)為60t/h的回收水設(shè)備，每天可產(chǎn)水600t左右供給動(dòng)力站作為自來水使用，可節(jié)約自來水20萬噸/年左右，自來水費(fèi)91萬元，每年還可減少相應(yīng)的三級(jí)廢水排放到市政廢水系統(tǒng)的排放指標(biāo)。（2）化學(xué)品、電、耗材、設(shè)備折舊等運(yùn)行成本約55萬元/年。（3）節(jié)約費(fèi)用約36萬元/年。（4）廠房、人工成本未計(jì)。（5）本套設(shè)備的RO膜采用動(dòng)力純水站換下的舊膜，可使用2年左右。以后純水站設(shè)備陸續(xù)換下的廢舊RO膜可用在廢水回用設(shè)備上，充分利用廢舊物資。

4.討論在實(shí)施時(shí)遇到的問題

（1）廢水排放水池吸水口位置一定要設(shè)置合理，位置太低會(huì)吸入大量沉淀物。（2）在反滲透裝置設(shè)置不合格產(chǎn)品水送回前一級(jí)水箱循環(huán)的設(shè)計(jì)，以免不合格水進(jìn)入動(dòng)力站。（3）對(duì)廢水三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的水作實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，水質(zhì)太差時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，防止回收系統(tǒng)反滲透裝置循環(huán)時(shí)間太長(zhǎng)，浪費(fèi)能源。（4）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行無人值守，只需配備少量維修人員。

5.結(jié)論

該廢水回收系統(tǒng)于2021年12月底建成并投入使用，在廢水排放水質(zhì)穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。從產(chǎn)水水質(zhì)看，可用于動(dòng)力站自來水或中水使用。