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电池工业的中水回用工程实例

作者:王业青 黄玲 来源:科学与财富 202019期 时间:2020-11-17

摘要:镍氢电池生产过程中会产生大量碱性含镍废水。该废水经处理达标后,可利用中水系统对此水进行回收利用。中水回收系统主要工艺为预处理、双膜处理和蒸发浓缩。经中水系统处...

  摘要:镍氢电池生产过程中会产生大量碱性含镍废水。该废水经处理达标后,可利用中水系统对此水进行回收利用。中水回收系统主要工艺为预处理、双膜处理和蒸发浓缩。经中水系统处理后,中水能达到超纯水原水的使用要求。该系统实施后,回收了80,000t/a重金属废水,同时减少了重金属镍和有机物向水体环境排放,起到了很好的环境效益。

  关键词:中水回用;双膜法;电池工业

  随着我国的工业高速发展,居民生活水平日益提高,导致对水资源需求日益增高,同时会产生大量废水排放带来严重的环境问题[1]。笔者所处江苏无锡地区位于太湖流域,属于严重的水质型缺水城市。为此各企业、居民以及政府等应该采取有效对策节约或者回收水资源。本文探讨电池生产企业的中水回用技术及其使用工程案例在水资源回收上的有效应用。

  一、项目概况

  无锡某电池生产企业主要生产镍氢充电电池等产品,使用含有镍等重金属以及氢氧化钾等作为原材料,使用过程中会产生大量碱性含镍废水。该废水经过污水处理系统处理后排放。废水处理主要工艺包括混凝沉淀、砂滤、中和、生化处理、二沉和砂滤处理。废水经过处理后达到《电池工业污染物排放标准》(GB30484-2013)水质要求。为减少污染物排放,同时提高资源利用率,企业建设中水回用系统对该废水100%进行回收使用。本次项目设计水量为80,000t/a,出水水质需要满足纯水生产系统使用,主要用途为超纯水的生产,项目投资合计为2350万元,建设周期为9个月。具体的设计进出水水质要求见下表1:

  二、工艺流程

  通过分析该项目的进水水质及工程要求,主要为进水水质COD较低、电导率高;出水水质要求高;同时要求回用率为100%。结合项目特点和工程论证,核心工艺为双膜法结合蒸发浓缩法。由于废水中含有有机物、悬浮物等,进入双膜前需要进行初步处理包括气浮、过滤以及微滤等以保护后续双膜。双膜工艺主要为超滤膜加反渗透膜处理,其中超滤膜进一步处理水中的有机物、微生物以及胶体等[2],反渗透膜处理水中的盐分以达到出水水质要求,但是反渗透膜会产生30%左右的高含盐浓缩水排放。为实现100%回收中水,需要对浓水进行回收蒸发浓缩结晶,蒸发冷凝水可以达到回收水质要求。具体工艺见图1。

  三、构筑物

  (一)预处理系统

  预处理系统主要包括气浮系统、炭滤系统和微滤系统。其中为提高气浮效率,加入一定量的PAC和PAM进行混凝反应,该系统尺寸为1000×3000×1000mm,气浮系统为溶气回流系统,尺寸为Φ2000×2500mm。炭滤设计流速为10m/s,尺寸为Φ2000×1950mm。为进一步提高预处理效果设置微滤系统包括100um、10um过滤组合。

  (二)双膜系统

  双膜系统主要包括超滤系统和反渗透系统。其中超滤系统采取2用1备架构,系统设计处理量为15t/h,采用纤维式超滤膜。渗透膜采用卷绕膜结构,设计处理量为15t/h,采用两级串联结构,回收率约为70%。

  (三)蒸发浓缩系统

  蒸发浓缩系统主要包括为蒸发装置和浓缩结晶装置,将反渗透的浓水进行蒸发冷凝为纯水,水中杂质浓缩结晶为盐分。其中蒸发装置设计处理量为96m3/d,结晶浓缩设计处理量为5m3/d。

  (四)附属系统

  气浮系统需要投加混凝剂、助凝剂,膜系统和蒸发系统需要投加药剂进行定期清洗,因此为保障系统正常运行需配套加药系统。加药系统配置药剂桶、搅拌机和加药机,加药机采用一用一备模式。同时需要配套相应的控制系统,以实现自动化控制。

  四、调试与运行

  该项目包含土建和设备安装合计为9个月,调试运行期为6个月。在调试期间,主要遇到的问题包括:(1)各设备联动及逻辑关系的确定,如各液位预警及设备联动设置、膜运行依据水质水量运行参数设定等。(2)原水水质的影响,当原水水质中电导率超过设计值会严重影响中水回用系统的稳定性以及中水回收效果,通过对生产中高浓度废液进行回收有效的解决了此方面问题。(3)需严格控制进入蒸发浓缩结晶装置的废水的含盐量,当盐分过高时会造成管道严重堵塞,过低时会造成运行费用过高且大量污泥或浓缩液产生。经技术人员不断摸索和实践论证,最终解决了中水回用各方面的問题。

  稳定运行后,出水水质均能满足设计要求,出水水量达到设计要求80,000t/a。由于中水水质中有机物、悬浮物等均低于监测下限值,同时纯水回用系统主要控制指标为电导率,管理出水水质以电导率作为主要控制指标。运行1年期间的中水水质情况见表2:

  依据出水水质,中水回收系统的出水电导率在10-100uS/cm之间,满足超纯水进水要求达到设计初衷。

  通过该系统建设,每年减少了80,000t/a自来水使用,减少了8kg/a重金属镍和4t/a的有机污染物向自然水体的排放,起到了很好的环境效益。

  五、结语

  通过此中水回收系统建设,起到了节约水资源、减少污染物排放的环境效果。结合该工程案例,为使中水系统达到规划目标,在项目设计、建设调试和实际运行过程应注意以下几点:1)明确中水系统源水水质情况,以及出水的水质要求,以便确定合理中水回收方案,水质设计过程中需要考虑极端状态,设计过程中需要考虑一定冗余。2)工艺流程应结合工程需求,进行性价比比较,确定工艺流程。通常,如需要高回收率时需要有蒸发系统。3)对于高回收率系统,浓缩液中盐分浓度很高,需要考虑管道结垢、堵塞等发生。因此需要定期清洗维护,防止系统故障。4)对于浓缩液或者浓缩污泥[3]应妥善考虑出向,防止二次污染的发生。

  参考文献:

  [1] 万银霞,张广瑞,张宝珠等.某氮肥企业中水回用工程实例[J],工业水处理,2017,37(10):97-99.

  [2] 段小冰,许国峰.超滤膜在中水回用中的应用[J],冶金动力,2020,1:52-55.

  [3] 钟建红.电镀企业中水回用研究[J],环境与发展,2018:134-135.

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