2018年5月1日起施行的《江蘇省太湖水污染防治條例》中提出“太湖流域二、三級保護區內，戰略性新興產業新建、改建、擴建項目新增的氮、磷等重點水污染物排放總量應當從本區域通過產業置換、淘汰、關閉等方式獲得的指標中取得，且按照不低于該項目新增年排放總量的1.1倍實施減量替代”，該企業位于太湖流域三級保護區，為應對條例中提到的總量控制原則、節約用水、降低排污量，提出了生產廢水實現零排放的要求。
文章以該項目生產工藝中產生的有機廢水為對象，采用生化處理、回用處理以及濃鹽水處理，主要研究其回用處理、濃鹽水處理工段的工藝參數，為同類項目提供借鑒。
1、水質分析
1.1 水質特性
本項目廢水來源為機臺生產線產生的有機廢水，主要是由純水沖洗時帶入的有機化學品。有機廢水成分為三乙醇胺、異丙醇等含有十幾種有機物，但是電導率和硬度低，要實現零排放所需的濃縮倍數達300~400倍。水質中的成分見表1。
1.2 進出水水質
2、工藝流程及設計參數
生化單元采用“A/O+MBR”的工藝路線，同時考慮脫碳和脫氮處理，前置反硝化工藝充分利用進水中的有機物滿足反硝化所需的碳源，產生的堿度中和O段硝化反應的部分酸度。此外，前置反硝化池消耗了一部分碳源有機物，有利于降低后續好氧池的污泥負荷，硝化池在后，使反硝化殘留的有機物得以進一步去除。采用一體式MBR，膜池MLSS穩定控制在8000mg/L左右，提高污染物的去除效率，出水水質穩定，對COD、總氮的去除率分別達到93%和80%以上。
回用單元采用“活性炭過濾器+中水反滲透”的工藝路線，設計規模126m3/h，將生化產水深度處理后，回用于純水站。
濃鹽水單元采用“弱酸陽床+脫碳塔+濃水反滲透+DTRO+MVR+干燥機”的工藝路線，設計規模45m3/h，將中水反滲透濃水進一步濃縮利用，最后濃鹽水采用蒸發結晶工藝，最終實現廢水零排放。
工藝流程如圖1所示。
2.1 回用處理單元
包括活性炭過濾器、中水反滲透。
2.1.1 活性炭過濾器
活性炭過濾器是中水回用經常采用的方法，它利用顆粒活性炭進一步去除生化產水中殘留的懸浮物雜質、有機物及余氯等，作為保障措施改善后續工藝的進水條件，減輕COD逐步累積對膜系統造成的污堵。
系統設置活性炭過濾器共3臺，2用1備，單臺處理量63m3/h，濾速10m/h，活性炭裝填高度2m，底部鋪0.2m石英砂墊層，反洗水采用反滲透產水，反洗強度7L/s·m2。
2.1.2 中水反滲透
活性炭過濾器產水自動投加還原劑和阻垢劑，進水先經保安過濾，保證出水SDI≤3，再經高壓泵增壓進入反滲透，產水回用，濃水一部分回流至高壓泵之前以提高系統回收率，濃水進入濃鹽水處理單元。
中水反滲透采用3×50%的處理能力設計，可根據來水水量或回用水池液位高低靈活開啟一套或全部設備運行。單套處理量61m3/h，75%回收率，單套產水量46m3/h，濃水量15m3/h，設計膜通量17.1LMH，脫鹽率≥95%，選用抗污染聚酰胺復合膜(BW30FR-400/34i)，兩段設計，4芯裝膜殼，排列方式11:7。
2.1.3 回用處理單元設備配置
2.2濃鹽水處理單元
中水反滲透濃水與一期反滲透濃水在濃水箱混合，進入濃鹽水處理單元，包括弱酸陽床、脫碳塔、濃水反滲透、DTRO、MVR和干燥機，設計規模45m3/h。
2.2.1 弱酸陽床和脫碳塔
中水反滲透經4倍濃縮后的硬度雖不高，且堿度>硬度，以碳酸鹽硬度存在，但在進一步的濃縮過程中仍會對后續設備產生結垢風險，故采用弱酸陽床將多價陽離子降到非常低的水平，陽床產水硬度控制在1mg/L以下。
系統設置弱酸陽床共2臺，1用1備，單臺處理量50m3/h，濾速25m/h，樹脂采用H+大孔型，裝填高度1.6m，上鋪壓脂層0.2m。弱酸陽床H型運行，配備1套鹽酸再生裝置，運行周期約3~4天。
弱酸陽床出水經pH調節后進入脫碳塔，去除水中溶解性的CO2，經脫碳塔后CO2含量小于5mg/L。設置1臺處理量50m3/h的脫碳塔，內部裝填高2.5m的塑料小球，配套除碳風機。脫碳塔安裝在脫碳水箱之上，底部產水直接進入脫碳水箱，出水管設置水封，防止CO2再溶解于水中。
2.2.2 濃水反滲透
由于離子交換已將水中的硬度及其他結垢性物質基本去除，為濃水RO在高pH條件下運行而沒有結垢風險創造了條件。同時，濃水反滲透在高pH條件下運行，硅主要以離子形式存在，不會產生硅結垢，可以達到高回收率，而水中的有機物在高pH條件下被乳化或被皂化，不會對膜產生污堵。此種運行工況，與反滲透膜元件處于高pH連續堿清洗模式相似，故也可以減少清洗頻率，從而延長膜的使用時間。高pH條件下運行，也可有效抑制氯離子對后續管材的腐蝕。
濃水反滲透采用2×100%的處理能力設計，進水投加氫氧化鈉，調節pH至10.5左右。單套處理量48m3/h，83%回收率，單套產水量40m3/h，濃水量8m3/h，設計膜通量16.6LMH，脫鹽率≥95%，選用抗污染聚酰胺復合膜(BW30FR-400/34i)，三段設計，6芯裝膜殼，排列方式6:3:2。濃水反滲透產水回用，濃水進入DTRO裝置繼續濃縮。
2.2.3 DTRO
經過中水和濃水反滲透濃縮后，原水濃縮23.5倍，此時，水中TDS約11000mg/L，COD約1200mg/L，濃水量8m3/h。要實現零排放，必須進一步濃縮減量，以降低蒸發器的投資和運行成本。
DTRO是一種碟管式反滲透膜，相較卷式反滲透膜具有通道寬、流程短的特點，具有較強的抗污染能力和較高的操作壓力，專門用來處理高濃度污水。
DTRO裝置采用3×50%的處理能力設計，單套處理量4m3/h，83%回收率，單套產水量3.3m3/h，濃水量0.7m3/h，設計膜通量18LMH，脫鹽率≥95%，選用90bar膜柱。濃水中TDS約6%。
DTRO的化學清洗和卷式RO膜一樣，先進行5~10min的自動沖洗，再切換到化學清洗，根據膜污染情況選用相應的清洗劑。DTRO清洗頻率為2次/月。
2.2.4 MVR
將DTRO濃水箱中的濃鹽水溶液，由進料泵輸送至板式換熱器預加熱，而后進入強制循環蒸發器進行濃縮，濃縮液通過循環泵送到蒸發器頂部，經布水器布水后下降到管內部，降落的鹽水膜從殼程冷凝的水蒸汽吸收潛熱進行蒸發。蒸發產生二次蒸汽經過蒸汽壓縮機升壓后，進入蒸發器的殼程作為系統加熱熱源，重復利用蒸汽的潛熱。MVR僅在初次啟動時需要外源蒸汽，穩定運行后通過壓縮機回收二次蒸汽作為系統熱源。工藝流程如圖2所示。
系統設置MVR裝置1套，原液處理量1.5m3/h，蒸發量1m3/h，濃縮液0.5m3/h，濃縮倍率3倍，濃縮液TDS約18%，濃縮液進入干燥機進行進一步的濃縮至結晶，冷凝液回收利用。為保護設備材質，進水投加氫氧化鈉將pH調整到8~9。因MVR沒有備用能力，另設置1臺事故水箱收集MVR清洗或事故時產生的DTRO濃水，待MVR恢復正常后再進入MVR濃縮。
2.2.5 干燥機
結晶工藝采用序批式干燥結晶器，由3組250L型蒸餾罐組成，通過將罐內壓力減壓至真空(約-0.1MPa)，水在50℃左右沸騰蒸發，水中的有機物和鹽分最終轉化為固體鹽形式，含水率≤10%，沒有母液排放，真正實現了零排放。
2.2.6 濃鹽水處理單元設備配置
3、運行情況及效益分析
該項目于2017年4月投入生產應用，到目前為止，裝置運行基本穩定，出水水質滿足回用要求。
此廢水零排放項目回用水作為企業純水站補水，年運行時間按8400h計，則每年減少純水站自來水補水110萬m3/年，每年減少向太湖流域排放總氮69噸/年，經濟效益和環保效益明顯。
4、結語
本項目將高有機物、低鹽度、低硬度的顯示器生產廢水逐步濃縮減量，最終實現零排放，產水回用于純水站補水，工藝可行，運行穩定。隨著環保政策的趨于嚴格，企業生產廢水的再生利用，減少廢水排放量，提高水資源利用率，是企業實現可持續發展的必由之路。(來源：博天環境集團股份有限公司)
