水处理基本知识之工业废水零排放

水处理基本知识 工业废水零排放

现代水处理技术的两个重要发展方向，一个是给水处理方面的超纯水制备，另外一个则是废水处理方面的废水零排放。前者主要基于半导体（精密电子，光伏），精密化工等领域蓬勃发展，结合RO，EDI，离子交换等工艺的成熟运用，主要为技术驱动。后者主要基于日益严格的环境保护要求，在传统废水处理工艺（  水处理基本知识 污水处理的相关工艺  ）的基础上，结合膜分离技术，蒸发结晶技术做到废液零排放，主要为政策驱动。本文将重点介绍工业废水零排放相关工艺及设计。

首先我们先来看一个最简单的废水零排放设计，超声波清洗废水零排放工艺流程图如下

项目名称：长三角某地超声波清洗废水零排放

基本概况：微含油超声波清洗废水，日处理量3-5吨，园区要求废液零排放。

工艺拆解如下：

蓝色部分：一般废水处理工艺，预期达到三级污水排放标准。

绿色部分：基于超滤（UF）+反渗透（RO）的中水回用工艺，预期达到50-60%回用比例。

深绿部分：基于单效蒸发器的蒸发结晶+冷凝回用工艺，处理反渗透浓水结晶及冷凝液回用。

麻雀虽小五脏俱全，通过简单案例的拆解，我们会发现工业废水零排放基本可以三部分，即

预处理阶段 ：基于传统废水处理工艺组合，阶段出水达到或基本达到工业废水回用标准（一级A废水排放标准）。

回用阶段 ：大部分基于膜分离技术，综合运用超滤，纳滤，反渗透（含DTRO,STRO等特种膜），离子吸附交换（特种树脂及软化树脂前置，抛光混床树脂后置）和EDI等技术工艺。

补充介绍一下特种膜和特种树脂。

DTRO膜技术 ：即碟管式反渗透膜技术，是一种可以实现高浓度(高盐、高有机物等)料液处理、回收、达标排放和废水浓缩减量的分离技术（设备）。其结构原理如下图

原液流道：碟管式膜组件采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180°逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT膜组件采用高强度，耐压设计，能够克服更高的渗透压，带有凸点的导流盘形成独特的开放式流道，对预处理要求低，提高了膜抗污染能力，清洗更彻底，延长膜使用寿命。

因为DT膜的特殊的结构和工作原理，所以它能承担起为高盐、高有机物废水的浓缩减量的任务。 在零排放方案设计中一般设计在传统反渗透工艺之后，蒸发结晶工艺之前，起到进一步减少浓缩液处理量，减轻蒸发结晶工作量的作用。

STRO膜技术 ：STRO膜是卷式RO膜的一种形式，由德国DeFraWater 公司为实现高浓度、高盐分、低悬浮物废水的浓缩、回收 和达标排放而研发的一种新型高压管网式反渗透膜。在设计上结合了开放式流道和卷式元件设计上的优势，是一种具有特殊的45°双层开放式流道结构的新型卷式膜元件。

首先这种结构上的差异（不同的产水流道），使它相比普通的卷式RO膜更耐污染的一面。其次STRO膜采用了高压的端板与耐高压的中心杆固定在玻璃钢容器中，使它可以承受相对传统RO膜更高的工作压力，从而在能高盐、高有机物废水的浓缩处理方面具有更强适应力和处理能力。 ST膜装置一般在零排放工艺中所处位置与DT膜相同，当两者同时存在时DT在前，ST在后。

DT膜和ST膜在应用场景上有不少相通的地方，在某些特定领域也都较传统RO膜适应能力强不少（也贵不少）。但是基于不同结构及工作原理，两者之间还是有不少区别的。

其中DT膜优势在于抗压能力（75-200bar）强和膜通量高，从而能在较高工作压力下有效处理高盐，高浓度/浊度的废水。而ST膜的抗压能力（50-120bar）相对传统RO膜（5-60bar）也不差，但是相对于DTRO膜却略有逊色，不过在抗污染性方面较之DTRO膜又强不少。 常见的特定应用场景如垃圾处理厂渗透液处理过程中常见DT膜在前，ST膜在后合作处理工艺。

特种树脂 ：特种树脂种类繁多，大多按照功能和作用命名。比如除金属（铁，铬，镍，铜，汞等）树脂，回用重金属（金，铂等）树脂，除磷树脂，脱色树脂等等。每个厂家不同产品都有自己的卖点，根据实际需要适量选择即可。 在零排放工艺中，特种树脂一般在预处理阶段前置。

蒸发结晶阶段 ：基于蒸发结晶冷凝工艺，合理选用低温蒸发-低温刮刀结晶，MBR蒸发-结晶，多效蒸发（含单效蒸发）等工艺（设备），达到浓缩液结晶，蒸汽冷凝回用的目的。

低温蒸发器 ：低温真空处理方式，处理量较小，一般有200L/H---3000L/H的处理量。常见于的清洗剂、电镀废水、切削液废水等机械加工废液，一般工作温度30-37℃左右，浓缩废水不能结晶。

低温刮刀结晶器 ：刮板式热泵低温真空干燥结晶，利用真空高压环境使废水在低于40摄氏度状态下沸腾，从而起到蒸发，结晶固液分离的目的。能耗一般，单吨废水能耗200KW左右。

MVR蒸发器 ：低温与低压汽蒸技术相结合，处理量适中，一般处理量在0.5T/H以上。常见于化工、食品、造纸、医药、海水淡化、污水处理等领域，一般工作温度70-90℃。

MVR蒸发-结晶器工作原理

多效蒸发器 ：传统高温蒸发器，通过蒸汽的多次利用来提高能量的综合利用效率，具备蒸发器和冷凝器两部分，系统稳定，运行能耗较高，需要配备蒸汽系统（有单独的蒸汽发生器设备）。

案例解析

案例一：电泳废水零排放（一）

预处理：物化+生化

中水回用：纳滤NF，产水用于清洗工艺

蒸发结晶：单效蒸发结晶，冷凝水经过反渗透RO装置，产水用于电泳工艺

案例二：电泳废水零排放（二）

预处理：分类处理芬顿/物化+生化

中水回用：超滤UF+一段RO+二段RO，产水收集按需回用。

蒸发结晶：双效蒸发结晶，冷凝水收集按需用于清洗或者纯水制备

备注：纯水制备的二段RO和一段RO是共用一个高压泵（压力装置），而废水浓缩的二段RO是有独立的高压泵，将一段RO的浓水再次浓缩，常采用抗污染膜或者DT/STRO膜。

案例（一）和（二）同样都是电泳废水的零排放工艺，但是因为生产工艺的不同，回用需求的不同，废水处理量的不同等，所以废水零排放的设计工艺会有所不同，不过其基本原理都是相通的，按照预处理+回用+蒸发结晶的三部曲走。

案例三：电镀废水零排放 （典型的废水分类处理+部分零排放工艺）

预处理：重金属捕捉+物化

中水回用：超滤UF+一段RO+二段RO，产水收集按需回用。

蒸发结晶：低温蒸发结晶，冷凝水收集按需回用。

案例四：中水回用+二次净化 （纯化水标准）

预处理：机械过滤，原水为经过物化+生化处理的中水

中水回用：超滤+一段抗污染RO膜+二段DTRO膜+二级低压RO膜+EDI装置

蒸发结晶：浓缩液（超浓水箱）根据需要选用MVR蒸发结晶装置或多效蒸发器。

写在最后（吐槽）：工业废水项目，有时候经验比理论都重要。前期需要”深刻理解”客户或者环评报告的思路及要求，调试及运行阶段还要时刻面对废水多变的水质，必要的备用池，备用设备需要充分考虑，可能出现的中长期问题做好交代和提醒。