鲁西化工硝铵生产工艺废水处理反渗透的应用情况

2017-09-04张来明贾荣畅

山东化工 2017年8期

关键词：浓水硝酸铵产水

张来明，贾荣畅

(1.鲁西化工集团，山东聊城 252002;2.青岛科技大学山东化工研究院，山东济南 250014))

鲁西化工硝铵生产工艺废水处理反渗透的应用情况

张来明1，贾荣畅2

(1.鲁西化工集团，山东聊城 252002;2.青岛科技大学山东化工研究院，山东济南 250014))

阐述了鲁西化工预处理加反渗透工艺整体工艺方案，该工艺不仅将硝酸铵废水处理达标排放，同时经过浓缩的硝酸铵可以回用，对其他项目都有很好的借鉴和指导意义。

硝酸铵；反渗透；高倍浓缩；出水水质

鲁西化工位于山东省境内，近年来，山东省提出了最为严格的污水排放指标，其中规定，氨氮超过6mg/L的废水不能直接排放，基于此背景，硝酸铵废水主要的污染物是氨氮和总氮，总的硝酸铵的含量一般在2000～5000mg/L。鲁西化工的硝酸铵废水和一般的同类型生产企业的废水非常相似，废水的主要污染物是硝酸铵，盐含量在1000～5000mg/L左右，由于山东省很严格的污水排放指标，要求氨氮含量高于6mg/L的污水不能外排，这样导致传统的生化方法都难以达标，必须考虑其他的物理办法来解决，所以鲁西化工对该废水直接实行更严格意义上的零液体排放，将处理后达标的净水进行回用，处理后的浓水进行回用到生产线上，以回用其中的硝酸铵。但是该废水相比较于一般的废水同时具有如下特性：

(1)废水pH一般在偏酸性，pH值大约在2～3之间。

(2)由于现场后续工艺需要，需要将硝酸铵浓缩到10%的总盐浓度才能回用。

(3)废水中的硝酸铵含量不稳定，浮动很大，对于系统的设计要求较高。

(4)系统需要设计流程简单，便捷，现场管理容易。自动化程度需要较高。

1 工程原理介绍

本项目采取的工作流程如图1。

图1 本项目工作流程

本工艺流程采取的主线是膜分离技术，首先利用超滤去除掉硝酸铵废水里的主要杂质，以防止细小的颗粒在不断浓缩的过程中对膜元件造成堵塞，然后几乎不含颗粒的废水进入到后续的膜过滤环节，经过三次产水过滤和两次浓水浓缩，以达到最终的设计目的。

低压部分反渗透系统涉及三级系统，分别为第一级系统，将进水浓缩至28000mg/L，产水进入第二级反渗透系统和第三级反渗透系统。浓水经过高压反渗透系统的浓缩后可以将废水硝酸铵浓度提高至15%以上。产水经过二级反渗透系统和三级反渗透系统后，产水的氨氮浓度小于6mg/L，可以回用于现场。

原水从原水池被离心泵提升后，经过盘式过滤器后，去除小颗粒后进入管道搅拌器，在管道搅拌器处投加硝酸或氨水，酸碱的投加量根据调节后的废水的pH值进行反馈，调节pH值后的硝酸铵废水进入中间水池后，由泵提升至第一级反渗透系统，一级反渗透的浓水经过中间水箱后，进入高压反渗透单元。一级反渗透的产水进入第二级反渗透和第三级反渗透系统经过过滤后，产水的氨氮浓度小于6mg/L，可以直接回用到现场；第二级反渗透的浓水和第三级反渗透的浓水由于浓度仍然较低，直接回到一级反渗透前端，进行合并处理。同时，第一级反渗透浓水经过高压反渗透系统浓缩后可以将浓水的硝酸铵浓度提高到15%以上，也可以直接回用。

膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物中其他组分，各组分透过膜的迁移率不同，从而达到分离目的的技术。膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离。反渗透过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级至纳米级之间，依据其孔径的不同(或称为截留分子量)，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等[1]。

由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩。

反渗透(RO)是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。

反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水中离子含量很低。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。

膜分离的基本工艺原理是非常成熟的。在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液(浓缩液)出口，另一是透析液出口。在单位时间(h)单位膜面积(m2)透析液流出的量(L)称为膜通量(LMH)，即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量(TDS)、离子浓度等。高压反渗透技术是反渗透技术的延伸，主要是通过膜元件本身的设计，改变膜元件的构型，以提高膜元件的承压能力，应对高含盐量的废水。高压反渗透膜元件的独特设计使得元件进水压力可以高达16MPa。本项目在最终浓缩段采取了16 MPa高压反渗透膜元件来对最终的浓水做进一步浓缩。

该项目的低压反渗透系统选用陶氏化学最新的抗污染膜产品BW30XFR-400/34i，其于传统抗污染膜元件BW30-365FR和BW30-400FR相比，通过DOW专有的膜表面改性技术，使膜的亲水性进一步提高，同时卷膜技术的改进，使得在过滤面积保持37.2m2的同时，膜通道也达到了34mil，与传统的365膜元件膜通道相同，从膜通道的角度来说，这意味着其与BW30-400FR相比，抗污染能力更强，而且具有高脱盐率。

在高压反渗透系统上，由于系统的运行压力较高，本项目选择16 MPa的反渗透膜元件进行系统设计，该膜元件不仅抗压性好，更重要的是在高压系统中因为压力消失或突然停机时，水锤作用对反渗透膜元件的影响要远低于传统的卷式膜。在实际运行中可以通过产水流量的变化及压力的降低对破损的膜元件进行报警，并通过出水的变化可以判断出是哪根膜柱出现了问题，并进行更换[2-3]。

反渗透系统的设计主要取决于原水和产水的水质以及系统的回收率，主要有以下几个方面：

(1)反渗透膜的选择：根据特定的水质，首先选择合适的反渗透膜元件作为设计的基础，本项目根据硝酸铵的透过特性，选择抗污染反渗透膜元件作为系统的设计基础，可延长膜的使用寿命。

(2)操作压力的选择：根据原水的进水水质和系统需要设计的回收率来选择不同压力等级的膜元件。对于相同的水质，压力越高，系统的回收率越高，但是随之吨水的处理成本也越高。颇尔的反渗透膜系统具有更广的运行压力变化范围(4～7MPa)，可以对付各种由于水温变低、回收率变化增加带来的对回收率增加的冲击，从而可以在运行上得到更稳定的出水和更稳定的回收率。

(3)水温：水温影响水的粘度和有机膜的膜通量，粘度增大会提高过膜压力(TMP)，从而降低膜通量；颇尔的压力系统在水温降低时，可以通过增加压力来得到稳定的回收率。

(4)水中污染负荷：水中污染负荷会在膜表面形成结垢层，膜结垢会造成(TMP)的增加和膜通量的衰减。因而污染负荷越大，设计膜通量越低，本项目污染负荷的问题很小。

(5)膜的清洗条件：膜表面的结垢直接造成TMP增加或膜通量的衰减，优化的膜清洗条件可以有效防止膜的有机物与生物结垢，从而达到更高的设计膜通量。颇尔提供专用的清洗药剂，同时根据膜的通量变化来进行全自动清洗。