環保新質生產力 |高含鹽礦井水深度處理與分鹽資源化裝備

　　生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
 

　　生態環境保護實用裝備
 

　　2023-Z-7
 

　　申報單位
 

　　南京萬德斯環保科技股份有限公司
 

　　推薦單位
 

　　南京環境保護產業協會
 

　　一、技術簡介
 

　　適用范圍
 

　　本技術裝備適用于高含鹽、高有機物含量、高污染等工業廢水深度處理與資源化利用，包括石化、冶金、造紙、煤化工、紡織、制藥、垃圾焚燒發電等行業。可根據不同行業廢水的特點，針對性地制定最佳工藝流程及運行參數，實施應用本技術裝備。
 

　　技術原理
 

　　針對高含鹽礦井水具有礦化程度高、高含鹽量、高污染等特點，本技術裝備采用預處理(膜應用技術)+化學軟化+膜濃縮+結晶分鹽，利用膜因其對離子的選擇透過性，采用不同的功能膜為分離組件，采用物化沉淀、超/微濾及納濾等不同功能的膜組合技術，選擇性脫除鈣、鎂等易結垢離子，實現一、二價含鹽廢水分離分流，再通過低溫、多效蒸發結晶等技術，實現水資源的回用與廢鹽資源回收，同時降低能耗與成本。
 

　　工藝路線
 

　　高含鹽礦井水的處理流程主要包括預處理、多級膜濃縮和蒸發結晶。礦井水收集至調節池均質均量后，利用曝氣系統氧化廢水中的鐵錳等離子，通過過濾器/格柵、混凝沉淀等物理方法，過濾去除水中殘留懸浮物、膠體及鐵錳沉淀物。一級濃縮采用超濾+BW反滲透工藝，二級濃縮采用BW反滲透工藝，三級濃縮采用DTRO反滲透工藝，并且在各級膜濃縮過程添加不同的化學藥劑，利用藥劑軟化水中的鈣、鎂、硅等無機離子，形成特殊的化學沉淀物，通過管式微濾去除鈣、鎂沉淀物后利用離子交換系統，去除鋇離子及少量鈣、鎂離子，脫碳后等待蒸發結晶。多級膜高效濃縮產生的產品水混合后收集到產品水池回用。管式微濾的濃縮液、離子交換的再生廢液收集經管式微濾、化學沉淀處理后，產生的泥渣壓濾處理，上清液返回至各級濃水預處理系統，循環處理利用。
 

　　經過預處理與膜濃縮產生的濃鹽水進入由多個單效蒸發器組成的多效蒸發系統，在蒸發器循環泵中的加熱室和分離室進行循環濃縮，進一步濃縮濃鹽水，最終獲得飽和的結晶鹽，并通過離心機進行脫水，提高結晶鹽的純度。加設雜鹽干化系統，為系統內的雜質離子找一個出口，使系統內的雜質離子維持在一定水平，以保證結晶鹽的品質。
 

　　裝備性能參數及執行標準
 

　　(1)調節凈化處理系統，出水濁度≤5NUT、鐵≤0.03mg/L、錳≤0.03mg/L、鋁≤0.01mg/L；(2)一級濃縮預處理超濾系統，出水濁度≤1NTU；SDI15≤3；(3)一級濃縮反滲透系統，產品水含鹽量≤200mg/L；(4))二級濃縮預處理TMF系統，產品水濁度≤3NTU、SDI15≤5、鈣≤15mg/L、鎂≤15mg/L、硅≤10mg/L；(5)二級濃縮反滲透系統，產品水含鹽量≤250mg/L；(6)三級濃縮預處理TMF系統，產品水濁度≤3NTU、SDI15≤5、鈣≤15mg/L、鎂≤15mg/L、硅≤10mg/L；(7)三級濃縮預處理離子交換系統，產品水濁度≤3NTU、SDI15≤5、鈣+鎂≤0.03mmol/L；(8)三級濃縮反滲透系統，產品水含鹽量≤3500mg/L；(9)蒸發結晶系統，工藝冷凝水含鹽量≤200mg/L，結晶鹽分為硫酸鈉及雜鹽。
 

　　本技術裝備嚴格按照《工業廢水處理與回用技術評價導則》(GB/T 32327-2015)。
 

　　應用效果
 

　　出水水質滿足《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)表1III類水質(非湖、庫)和表2水質指標標準要求，且系統回收率≥96%；并且雜鹽率≤8%，雜鹽含水率≤5%，產生的硫酸鈉達到《工業無水硫酸鈉》(GB/T6009-2014)標準中Ⅱ類鹽一等品標準，氯化鈉的質量達到《工業鹽》(GB/T5462-2015)標準中精制工業鹽工業干鹽二級標準。
 

　　研發背景
 

　　我國作為世界上的工業大國，工業用水量和排污量增長幅度很大，特別是高濃、高鹽有機廢水總量近年來以每年以2%的速率逐年增加。全球“雙碳”目標下，綠色低碳轉型已然成為發展大趨勢，“十四五”時期我國生態文明建設進入以降碳為重點戰略方向，推動“減污降碳”協同增效的關鍵時期。國家綠色可持續發展戰略提出到2025年基本建立綠色制造體系，2050年實現資源消耗“零增長”、生態占用“零赤字”和環境污染“零排放”。因此生化-物化聯用的高濃度有機廢水處理技術，將為廢水達標排放及資源化奠定堅實的基礎，推動相關行業綠色發展進程，具有重大的發展應用前景。
 

　　技術特點
 

　　(1)多軸旋轉膜過濾裝置采用了獨創的雙旋流清洗技術工藝，在運行過程中膜片處于運動狀態，減少了污染物的沉積與濃差極化效應，抗污染性更強。相比傳統膜處理裝備，通過研發的雙旋流自清洗工藝和動態膜旋轉過濾裝置，實現了高通量、低污染的膜處理過程，抗污染性更強，進水要求更低，操作壓力更小，使用壽命更長，工藝產水率達80%以上，濃縮液減少30%以上，處理成本降低20%，并延長了膜組件清洗周期(2-7倍)。
 

　　(2)“化學軟化+管式超濾膜”代替常規的“化學軟化+高效沉淀+超濾”工藝，0.1μm的過濾精度使得出水可直接進到反滲透系統，簡化工藝流程；500LMH的通量可大幅節省占地面積；5%的剩余污泥濃度可直接進到污泥脫水機，省略污泥濃縮過程；結晶理論值的藥劑利用率可大幅節省藥劑消耗，并減少剩余污泥產量；產水水質優于傳統工藝，可穩定保持 Ca2+<10ppm，Mg2+<10ppm，SiO2<20ppm；自動化程度高。
 

　　(3)采用多級膜高效濃縮組合工藝，開發出經濟高效的膜濃縮技術及裝備，將膜濃縮回收率提高至65%——75%，濃縮后濃鹽水濃度達100000mg/L以上，解決濃液減量化的難題，并采用化學除硬，避免了結垢的問題。
 

　　(4)采用多效強制蒸發結晶技術，充分利用熱能，即通過蒸發過程中二次蒸汽的再次利用，減少生蒸汽的消耗，提高了蒸發系統的經濟性，并解決了結晶鹽純度較低難以資源化利用的難題。
 

　　二、典型應用案例
 

　　案例名稱
 

　　鄂爾多斯營盤壕煤礦7.2萬t/d礦井水深度處理工程
 

　　案例簡介
 

　　營盤壕煤礦礦井水深度處理工程EPC總承包，處理規模為3000m3/h，工程承包范圍包括設計、采購、施工、安裝、調試、聯合試運行、竣工驗收。設計由煤科集團杭州環保研究院有限公司承擔，其他由南京萬德斯環保科技股份有限公司承擔，并提供專項運營服務，運營范圍包括按照設計處理要求對整個水處理工程進行托管運營，負責對整個系統的運行管理及運營過程中產生的污泥、分鹽、雜鹽等副產品的處置，運營時間為2020年5月至2023年5月，為期三年。
 

　　達到的標準或性能要求
 

　　膜濃縮過程的產物為淡水和濃鹽水，濃鹽水經蒸發結晶后產物為物料冷凝水和結晶鹽。膜濃縮產生的淡水和蒸發結晶的冷凝水混合形成產品水。主要副產品完全達到相應標準要求：(1)雜鹽率≤8%，雜鹽含水率≤5%；(2)工業硫酸鈉達到《工業無水硫酸鈉》(GB/T6009-2014)標準中Ⅱ類鹽一等品標準；(3)氯化鈉的質量達到《工業鹽》(GB/T5462-2015)標準中精制工業鹽工業干鹽二級標準。
 

　　業主單位
 

　　鄂爾多斯市營盤壕煤炭有限公司
 

　　投運時間
 

　　2019年11月
 

　　工藝流程
 

　　(1)預處理與膜濃縮工藝流程
 

　　井下處理后的礦井水提升上來后先進入調節池，調節池內設曝氣系統，氧化水中鐵錳離子，出水進入V型濾池，過濾去除水中殘留懸浮物、膠體及鐵錳沉淀物，出水進入一級預處理系統，一級膜濃縮預處理采用自清洗過濾器和超濾工藝，進一步提高反滲透進水水質，減少污染堵塞，延長膜使用壽命，一級膜濃縮回收率70%；一級膜濃縮的濃水作為二級膜濃縮的進水，該濃水經過藥劑軟化去除鈣、鎂、硅，通過管式微濾去除鈣、鎂、硅的沉淀物，進入二級膜濃縮的反滲透單元，進一步濃縮，回收率80%；二級膜濃縮的濃水濃縮后含鹽量40000mg/L左右，加藥進一步軟化去除鈣、鎂，通過管式微濾去除鈣、鎂沉淀物后進入離子交換系統，去除鋇離子及少量鈣、鎂離子，脫碳后進入三級膜濃縮，回收率55%，濃縮后濃鹽水濃度達100000mg/L以上，待蒸發結晶。三級膜濃縮產生的產品水混合后收集到產品水池，待回用。管式微濾的濃縮液、離子交換的再生廢液收集經管式微濾、化學沉淀處理后，產生的泥渣壓濾處理，上清液返回至各級濃水預處理系統，循環處理利用，產生的固廢委托有相關資質的部門處理。濾池反沖洗水經澄清處理后清水回至調節池，污泥水送至洗煤廠濃縮池處理。
 

　　(2)蒸發結晶工藝流程
 

　　濃鹽水經上料泵經二次汽冷凝水預熱后首先進入到三效蒸發器中，經三效蒸發器循環泵在三效加熱室和分離室中循環濃縮，部分濃縮液由轉料泵排入二效分離室中，經二效蒸發器循環泵在二效加熱室和分離室中循環，進水得到進一步濃縮，部分濃縮液由轉料泵排入一效結晶分離室中，經一效蒸發器循環泵在一效加熱室和結晶器中循環，進水最終濃縮達到過飽和結晶出硫酸鈉，關鍵是控制蒸發終點濃度在硫酸鈉的結晶區。一效蒸發的部分濃縮液經出料泵排入稠厚器，使一效結晶器固液處于平衡狀態。
 

　　運行情況
 

　　膜濃縮過程產生的淡水和濃鹽水，濃鹽水經蒸發結晶后產物為物料冷凝水和結晶鹽，膜濃縮產生的淡水和蒸發結晶的冷凝水混合形成產品水，其中產品水一部分去生態蓄水池作為農業、畜牧業灌溉，水產養殖用水，剩余部分并入鄂爾多斯工業供水管網，供給周邊工業園區作工業用水；濃鹽水作井下灌漿用水，也可作為養殖或水稻種植用水；硫酸鈉作為化工原料銷售供給周邊生產企業；產生的雜鹽和膜濃縮過程中加藥去除鈣鎂硅時產生的污泥最終回收利用或委托有處理資質的相關單位處置。最終實現了廢水零排放，避免二次污染環境。
 

　　技術應用產生的碳減排效果
 

　　該項目的實施減少含鹽礦井水外排對生態環境的破壞，工程實施后，硫酸鈉產量為4.9t/h，按照每天運行22h計算，每年可減少鹽排量約3.9萬t，避免礦井水外排對周圍環境造成污染。礦井水的處理利用改善了礦區環境衛生，保護了礦區水資源環境，產品水量為2954.5t/h，按照每天運行22h計算，每天最多可為礦區及周邊企業、農業生產提供65000m3以上的可利用水源，減少了地下水的取水量，保護了地區地下水資源的自然平衡，解決地區用水量日益增加和水資源越來越短缺的矛盾。
 

　　三、技術申報單位聯系信息
 

　　單位名稱：南京萬德斯環保科技股份有限公司
 

　　單位地址：南京市江寧區干德路57號
 

　　聯系人：沈妍
 

　　原標題：環保新質生產力 | 高含鹽礦井水深度處理與分鹽資源化裝備