高效反渗透与多级蒸发协同技术打造工业废水零排放闭环系统

高效反渗透与多级蒸发协同技术打造工业废水零排放闭环系统

前言：随着工业发展对水资源的依赖日益增强，废水处理与资源化利用成为可持续发展的关键挑战。传统废水处理技术常因高能耗、二次污染或无法实现“零排放”而受到限制。本项目以创新工艺为核心，深度融合高效反渗透技术与蒸发结晶技术，针对高盐、高硬度废水处理难题，构建了一套从预处理、膜浓缩到蒸发结晶的全流程系统，实现废水回用与盐分资源化，最终达成“零排放”目标。

 

 本方案突破性地整合了离子交换与反渗透技术，通过精准的pH调控与膜工艺优化，不仅显著提升了盐分脱除效率和系统抗污染能力，更大幅减少了化学药剂的依赖。同时，蒸发器与蒸发塘的协同设计，将浓缩盐水高效转化为可资源化盐晶与无害化干盐，形成环境友好、经济可行的闭环体系。

一、预处理及膜浓缩单元

本项目采用一种创新的反渗透技术，即高效反渗透技术，以处理特定废水。该技术是在传统反渗透技术基础上的进一步发展，它整合了离子交换和反渗透的优势，同时规避了它们各自的不足，代表了当前反渗透技术的最高水平。其核心工艺原理包括：利用离子交换技术去除水中的硬度，而大部分盐分则通过反渗透技术去除；在高pH环境下运行的反渗透系统，硅以离子形态存在，避免了对反渗透膜的污染，并可通过反渗透系统去除；同时，高pH条件下，水中的有机物发生皂化或弱电离，不会引起膜的有机物和生物污染，从而显著减少了酸碱的使用量。具体工艺流程如下：

 

原水首先进入原水池进行水量和水质的调节。鉴于原水中硬度含量较高，设置了石灰处理环节，通过向原水中添加石灰以去除硬度。经过澄清池去除悬浮物后，水送入硬度去除系统，其中硬度通过两级离子交换去除：一级使用强酸性钠离子交换器去除大部分硬度，二级则采用弱酸性阳离子交换器去除剩余硬度。脱除硬度后的软水送至脱气塔以去除大部分CO₂。脱碳后的产水由反渗透进水泵预提升，并通过精密过滤器去除可能存在的直径大于5μm的颗粒，以保护RO系统中的膜元件不受损伤。随后，产水由反渗透高压泵增压后送入一级反渗透系统；一级反渗透作为脱盐的核心部分，能够去除97%以上的盐分。一级反渗透的产水送至反渗透水箱，作为循环冷却水补水回用，而经浓缩后的浓水则储存于浓水箱中，作为后续处理系统的进水。一级反渗透的产水送至反渗透产水箱，外送至循环水站作为循环水补充水。一级反渗透的浓水送至浓水箱，钠离子交换器和弱酸阳离子交换器的再生废水送至再生废水箱，经过单独预处理后进行浓缩处理。最终，浓缩的浓盐水送至蒸发器系统。

 

各工艺段的详细描述如下：

（1）石灰澄清池（固体接触澄清池）

石灰澄清池采用固体接触反应澄清池，其采用七流式固体接触单元，集成了混合、混凝、絮凝、固／液分离、自动污泥沉淀和固体同流等功能。阴离子絮凝剂通过澄清池中心锥筒内的单速搅拌机与废水充分混合。投加阴离子絮凝剂有助于废水中悬浮固体的混凝和絮凝。当废水呈上流式运动时，固体颗粒沉淀形成污泥床，可作为一个滤床过滤更小的颗粒，从而进一步促进沉淀反应的完成。每个反应澄清池出水通过池顶边缘的V形堰溢流进入集水槽，然后流入清水池。沉淀污泥通过澄清池底部的污泥耙不断搅拌。反应澄清池底污泥通过螺杆泵不断送入污泥浓缩池脱水和污泥回流池添加石灰。污泥回流工艺受一个位于排泥管线上的带可调节控制器的气动阀控制。污泥回流池内污泥排入进水混凝调节池处理。回流加石灰污泥将使进入反应澄清池的废水中固体含量达到6～10％((质量分数)。反应澄清池为机电一体化设备，包括电气设备搅拌电机、刮泥机驱动电机、泥耙提升电机及扭矩仪等。剩余污泥通过污泥泵由污泥池送至污泥浓缩池，浓缩后的污泥再泵送到离心脱水机进行脱水，污泥最终含水量约为70%。污泥固体外运填埋或送至堆灰场。

 

（2）双介质过滤器

过滤系统可以进一步去除进入其系统的残余悬浮固体。这些过滤器的滤料中应包括无烟煤，砂和石榴石介质。这些过滤器会配备一些鼓风机进行气洗，和用于反洗的反洗泵。

（3）硬度去除

由于原水的碱度比硬度高（即水中的硬度全部为暂时硬度），通过石灰可以去除大部分的硬度，但由于其运行的局限性，并不能去除所有的硬度，因此，还需要设置硬度去除设备。高效反渗透的软化过程，采用两级去除，第一级为强酸钠离子交换器，通过钠离子交换树脂去除水中大部分的硬度。钠离子交换器的再生是采用盐水再生。硬度去除部分设置3 套相对独立的系统，任何一台设备在反洗再生时，系统的产水量等均可以达到设计规范，并且运行非常灵活。

（4）脱气

在高效反渗透系统中的后阶段是把所有剩余的碱度降到非常低的水平。由于给水碱度的变化不同，从WAC 中出来的水有大量的碱度，我们可加入一定量的硫酸降低PH 值,这样通过常规的大气脱气器就可以非常容易地去除碱度，脱完气的水将被存放在脱气器的中间水池内。消耗非常少的原水和化学药品，使用简单的方法，就可以使进水达到了零硬度、零碱度。

（5）反渗透

反渗透膜运行在高PH 值下，高效反渗透膜系统有下面的优点特征：不怕有机物及生物污染，系统可以在高的COD及BOD 浓度甚至有油的环境下运行而不出问题；在高PH 环境，脂肪酸进行皂化，有机物弱电离而溶解在水中，不会附着在膜的表面；系统不怕难溶盐产生的污垢，所有的多价阳离子都能被除掉；有耐颗粒污染的能力，膜能忍受相对高浓度的大颗粒污染物；系统不怕硅垢，能忍受系统给水高浓度的胶体和活性硅。

二、蒸发器系统单元

（1）流程示意图及说明

 

 

蒸发流程示意图

工艺流程说明：

进入蒸发系统的物料由高效反渗透浓水组成。盐水在板式换热器中使用蒸发器产生的高温蒸馏水作为热源加热。预热后的盐水然后进入各自的脱氧罐中使用蒸发器中产生的二次蒸汽脱氧。预热脱氧后的盐水进入蒸发器的底部物料罐。

蒸发器是立式降膜设计。盐水从底部物料罐循环至顶部物料罐，通过物料分配系统进入换热管，并在管壁上形成物料膜，在盐水物料通过换热管的过程中水分蒸发，盐水和二次蒸汽从换热管底部进入底部物料罐与循环盐水混合，盐水完成少量的浓缩。

二次蒸汽从底部物料罐水平进入折板消雾器。夹带的盐水雾滴在通过消雾器的过程中被去除，重新回到底部物料罐。消雾后的二次蒸汽，几乎不含任何液滴，进入机械蒸汽压缩机。压缩机提高二次蒸汽的压力，增压后的二次蒸汽的冷凝点高于换热管中盐水的沸点，通过管道进入蒸发器的壳程，并在换热管外壁冷凝。

在蒸发器中浓缩的盐水然后被泵入蒸发塘。

 

三、蒸发塘单元

回用水处理装置中蒸发器排放20M3/H浓盐水，沿道路边设置管道，输送浓盐水到处置和蒸发的设施，简称蒸发塘。本蒸发塘包括储存池、蒸发池和干盐池。项目达到污水“零”排放的目标。

总结：本项目构建的高效反渗透-蒸发结晶零排放系统，通过三大核心单元的协同作用，实现了工业废水处理的突破性进展：

1. 预处理与膜浓缩单元：采用石灰软化、离子交换与高pH反渗透技术，高效去除硬度、碱度及盐分，产水回用于循环冷却系统，系统脱盐率超97%，同时通过工艺优化显著降低酸碱消耗与膜污染风险。

2. 蒸发器单元：以机械蒸汽压缩（MVR）技术为核心，利用二次蒸汽热能实现盐水高效浓缩，结合立式降膜设计与消雾技术，大幅减少能源损耗与盐晶堵塞问题，浓缩液回收率高达90%以上。

3. 蒸发塘单元：通过三级分区（储存-蒸发-干盐）设计，最终将浓缩盐水完全蒸发结晶，实现“零液体排放”，盐分资源化潜力显著。

该技术体系具有以下核心优势：

· 环保性：彻底消除废水排放，减少环境污染风险；

· 经济性：通过热能回收与低药剂消耗降低运行成本；

· 可靠性：多级处理单元冗余设计，保障系统连续稳定运行；

· 创新性：高pH反渗透抗污染设计与MVR蒸发工艺的结合，填补了复杂废水处理的技术空白.

本项目的成功实施，不仅为高盐、高硬度废水处理提供了系统性解决方案，更为工业领域实现循环经济与“双碳”目标树立了标杆。未来，该技术有望在化工、电力、冶金等行业广泛推广，推动废水处理向绿色、高效、零排放方向转型升级。