高含盐有机废水处理与回用技术

Posted 2023-01-15 有机物

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目前，含盐废水的排放带来十分严重的环境污染，特别是工业含盐有机废水，不仅含有高浓度的盐，还含有大量的有毒、难降解有机物，对环境危害极大。根据国内外有关研究报道，近期发展起来的该类废水的处理方法主要有生物与物化组合工艺、电化学以及膜处理法等。根据盐的种类和浓度不同，盐水分离的方法有：纳滤、反渗透（RO）、多效蒸发等。以某企业高含盐有机废水为处理对象，根据其含盐量高、有机污染物浓度高的特点，结合企业实际，建立了一套三效蒸发器＋MBR＋RO相结合的废水深度处理与回用系统。采用该组合工艺不仅能实现废水达标排放，同时可实现废水的循环利用和零排放，达到节能减排的要求。通过对工程运行情况进行分析，评价了该废水处理与回用系统的有效性和稳定性。

1 项目情况介绍

1.1 水量水质

某企业喷粉线排放的高浓度废水主要包括预脱脂、主脱脂、纳米陶瓷涂层废水换槽及洗槽水、废水做纯水产生的RO浓水等，设计处理水量为132.4 t/d。原水水质指标：COD≤8 000 mg/L，SS≤200 mg/L，电导率≤30 000 μS/cm，pH为10～13。

经过处理后的回用水水质要求：COD≤10 mg/L，电导率≤30 μS/cm，pH为6～9。

1.2 测定指标与方法

COD：重铬酸钾法；SS：重量法；pH：玻璃电极法；电导率：电导率仪法。

1.3 工艺流程

该喷粉线高浓度废水污染物种类包括硅酸盐、碳酸盐、表面活性剂等，含盐量极高，因此考虑将该废水收集后进行三效蒸发，冷凝液进入MBR，通过生物代谢作用去除有机物，出水经保安过滤器和RO系统进一步深度处理后回用，为确保回用水质达到回用要求，RO系统设置为部分产水回到前面，以稀释RO进水。三效蒸发器产生的少量结晶浓缩液经离心脱水后固废委外处置，清液循环蒸发处理。RO系统浓水回到膜生物反应器处理。具体工艺流程如图 1所示。

1.4 工艺特点

该组合工艺具有以下特点：（1）适合于高含盐有机废水的处理与回用。（2）系统运行效率高，盐分和有机物去除率高。（3）MBR采用外压式过滤，可及时进行在线或离线清洗。（4）RO 系统采用短流程大流量设计，能有效抵抗污染，延长清洗时间。（5）系统流程短占地面积小。（6）系统自动化程度高，操作简单、管理方便。

1.5 主要设备组成和工艺参数

三效蒸发器：主要由一、二、三效蒸发器，一、二、三效分离器，水环式真空泵，一、二、三强制循环泵，出料泵，冷凝水泵等组成。 MBR系统：主要由膜组件、膜机架、膜出水泵和鼓风机、PLC 自控系统以及相应清洗加药系统组成。膜通量为10 L/（m2·h）；膜机架为不锈钢材质。 RO系统：主要由RO膜元件、高压泵、加药系统、保安过滤器和PLC自控系统等组成。

2 工程运行结果与讨论

2.1 三效蒸发器对COD和盐分的去除

针对高盐度有机废水的特点，三效低温减压蒸发结晶器采用列管式循环外加热工作原理，物理受热时间短、蒸发速度快、浓缩比大，节能效果显著，强制循环，提高溶液流速，对于黏度较大或容易结晶、结垢的物料，适应性较好。三效低温减压蒸发结晶器采用强制循环与真空负压（真空度0.08 MPa）蒸发方式，以确保物料在较低温度下（65～80 ℃）沸腾蒸发，该设备具有物料受热时间短、蒸发速度快、浓缩比大的特点，三效蒸发器采用三效同时蒸发，二次蒸汽得到反复使用，与普通单效蒸发器相比节约能耗约70％。

三效蒸发器对COD、盐分去除效果如表 1所示。

表 1 三效蒸发器对COD、盐分去除效果

工况	进水COD/（mg·L -1 ）	出水COD/（mg·L -1 ）	去除率/%	进水电导率/（μS·/cm -1 ）	出水电导率/（μS·/cm -1 ）	去除率/%
1	6230	734	88.2	28241	862	96.9
2	7985	888	88.9	26426	581	97.8
3	6939	782	88.7	25397	694	97.3
4	7060	795	88.7	29751	492	98.3
5	6995	694	90.1	28561	780	97.3
6	7664	785	90.0	26978	504	98.1

由表 1可见，三效蒸发器在65～80 ℃蒸发浓缩，对大分子有机物有较高的去除效率，当原水COD为6 230～7 985 mg/L时，出水冷凝液COD为694～888 mg/L，对有机物的去除率达到88.2％～90.1％，这是因为大部分有机物均在浓缩液中，只有小部分低沸点的挥发性小分子有机物随冷凝液流出的缘故〔1〕。三效蒸发器对盐分也有较高的去除效率，当原水电导率在25 397～29 751 μS/cm时，出水电导率在492～862 μS/cm。

2.2 MBR对COD的去除

MBR为膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。利用沉浸于好氧生物池内的膜组件截留槽内的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥（MLSS）浓度稳定在8 000～10 000 mg/L，有利于生化反应的进行。MBR能够高效截留污泥，实现污泥停留时间与水力停留时间的分离，保持较高的污泥浓度，丰富污泥中微生物种类，同时截留大分子污染物，延长生化作用时间，表现出优良的COD去除能力〔2，3〕。

MBR对有机物的去除效果如图 2所示。

由图 2可见，当进水COD为694～888 mg/L时，出水COD为32～47 mg/L，对有机物的去除率达到94.3％～95.6％，这是因为冷凝液中的小分子有机物大部分属于易生物降解的物质。

2.3 RO系统对COD和盐分的去除

RO采用反渗透抗污染膜，在上述三效蒸发器和MBR可将大部分污染物的浓度降低到可接受的范围，RO 可进一步提高出水水质，脱除大部分的盐分，以满足生产工艺用水水质要求〔4〕。

RO系统对COD、电导率去除效果如表 2所示。

表 2 RO系统对COD、电导率去除效果

工况	进水COD/（mg·L -1 ）	出水COD/（mg·L -1 ）	去除率/%	进水电导率/（μS·/cm -1 ）	出水电导率/（μS·/cm -1 ）	去除率/%
1	34	8.3	75.6	1752	24.8	98.6
2	47	8.7	81.5	1644	26.1	98.4
3	42	7.3	82.6	1732	19.2	98.9
4	35	6.2	82.3	1539	17.2	98.9
5	32	5.8	81.9	1598	14.9	99.1
6	45	6.2	86.2	1647	16.5	99

由表 2可见，当进水COD为32～47 mg/L时，出水COD为5.8～8.7 mg/L，对有机物的去除率达到75.6％～86.2％，这是因为RO系统对不同分子质量的有机物去除程度是不同的，对于相对分子质量在200以上的有机物可以完全去除，而相对分子质量小于200的有机物可以去除一部分。 RO系统进水电导率在1 539～1 752 μS/cm时，出水电导率在14.9～26.1 μS/cm，表明RO系统对离子有很好的截留作用，脱盐效果明显。

2.4 工程应用情况

该废水处理及回用设备自2011年3月正式投入实际应用以来，各处理工艺段运行情况如表 3所示。

表 3 各处理工艺段水质情况

项目	COD/（mg·L -1 ）	SS/（mg·L -1 ）	电导率/（μS·/cm -1 ）	pH
高浓度废水	≤8000	≤200	≤30000	10～13
三效蒸发器出水	≤1000	≤40	≤1000	7～9
MBR出水	≤50	≤5	≤2000	6～9
RO系统出水	≤10	≤1	≤30	6～9

由表 3可见，出水水质完全可以达到该企业生产工艺用水水质要求，废水回用率达到100％，实现了废水零排放，该企业每天节省了130余t新鲜自来水，节能减排效果明显。。

3 结论

（1）三效蒸发器在真空度为0.08 MPa、温度 65～80 ℃条件下蒸发浓缩，对大分子有机物有较高的去除效率，当原水COD为6 230～7 985 mg/L时，出水冷凝液COD为694～888 mg/L，对有机物的去除率达到88.2％～90.1％。

（2）MBR对有机物的去除效率较高，当进水COD为694～888 mg/L时，出水COD为32～47 mg/L，对有机物的去除率达到94.3％～95.6％。

（3）RO系统对废水中的污染物具有很强的截留能力，当进水COD为32～47 mg/L时，出水COD为5.8～8.7 mg/L，对有机物的去除率达到75.6％～86.2％，进水电导率为1 539～1 752 μS/cm时，出水电导率为14.9～26.1 μS/cm。

（4）采用三效蒸发器、MBR与RO组合工艺，对高含盐有机废水进行深度处理，出水水质可满足企业生产工艺用水水质要求，并达到零排放的目的。