零排放减量浓缩工艺的比选

零排放的减量浓缩工艺的比选

零排放常见的减量浓缩工艺包括：DTRO(或STRO)高压反渗透膜浓缩工艺、正渗透膜浓缩工艺、电渗析工艺等技术。。

其中DTRO/STRO高压反渗透膜浓缩技术和正渗透膜浓缩技术都可以将浓水中的盐浓度浓缩至140g/L以上，以代替原有的蒸发工艺，并减少进入后续结晶段的水量，降低蒸发结晶系统规模，并可大大降低传统的的蒸发结晶系统带来的巨额投资和运行费用。

（1） DTRO/STRO高压反渗透膜浓缩技术

由于传统卷式反渗透膜结构的限制,因此对进水的水质要求通常很严格,包括进水TDS/COD/SS/使用压力等均有相应的限制指标。且在使用中易于产生膜污堵、不易清洗等现象，造成膜元件的寿命只有2～3年。而DTRO/STRO 碟片式反渗透膜柱的开发则完全突破了传统反渗透膜结构的缺点，可用于进水COD高达上万的应用中，并获得TDS高达90～140g/L的浓水。在业界公认的最难处理的垃圾渗滤液废水处理行业中获得了普遍的成功。除此以外，在其他工业废水回用、零排放上也都获得了市场的认可，不但远远突破了传统反渗透要求的严格的进水指标、压力要求的限制，也获得了更长的膜寿命。

DTRO/STRO膜柱允许的操作压力范围为：10bar–90bar，可获得TDS达到90g/L的浓水。另外还特别开发出的160bar的高压膜柱，则可获得浓水高达140g/L以上的TDS浓度。如此，通过高压DTRO/STRO的膜柱，可进一步提高系统的回收率。

DTRO/STRO的工艺优势为：

? 系统运行简单，在水质波动较大时仍具有较强的实用性，可灵活调节运行模式，并对膜柱进行有效的清洗；

? 膜片更换方便。和普通卷式反渗透相比，操作人员可以根据实际的运行情况检查DTRO/STRO的膜片状况，并对受损膜片进行单独更换，而无需对膜柱进行整体更换。

? 系统运行能耗较高，90bar系统的吨水电耗最高为4～8kWh/吨水；对160bar系统，吨水电耗为8～16kWh/吨水。

? 由于压力太高，导致不安全因素不稳定，所以风险特别大

DTRO/STRO系统中包括：砂滤、保安过滤器、高压泵、DTRO/STRO膜组以及化学清洗系统。

不同的DTRO/STRO高压膜柱可以和后续的蒸发、结晶工艺进行组合设计： ? 90barDTRO/STRO膜工艺+蒸发结晶工艺

本项目中设计经过90bar DTRO/STRO反渗透膜浓缩后，浓水的TDS可以达到90～100g/L左右，水量只有不到45m3/h，可直接进入后续的蒸发结晶工艺。

此工艺已在陕西榆林化工园区的废水零排放(120m3/h的DTRO/STRO进水量，回收率为62%)中有稳定的应用；在垃圾渗滤液等高污染、高浓度、高盐度的废水处理中，在国内外都有大量成熟应用。

? 90bar DTRO/STRO膜工艺+160bar DTRO/STRO膜工艺+结晶工艺

90bar的DTRO/STRO反渗透浓缩的浓水(约10m3/h)再进入到后续的160bar DTRO/STRO膜系统中，进行进一步浓缩，并可使浓水的 TDS达到140g/L左右，再进入到后续的结晶工艺中进行脱盐。此工艺中的160barDTRO/STRO膜可以代替蒸发工艺。

两种工艺相比，后者的投资更高，占地面积大，但总运行电耗更低。 本项目的设计中，考虑到占地因素以及简化流程，本设计按照第一种方案考虑，即采用90barDTRO/STRO膜工艺+蒸发结晶工艺。

缺点：一旦上120bar，160bar超高压膜柱，整个系统具有很大的风险性。 （2） 正渗透膜浓缩技术

正渗透浓缩技术是利用自然渗透原理将软化水浓缩，最终的浓盐水可直接进入结晶器干燥制盐。

做为正渗透系统的核心技术，正渗透是通过半渗透膜在两侧渗透压差的驱动下，水分子将自发并有选择性地从高盐水侧扩散进入汲取液侧。汲取液有不同的种类，一般采用由特定摩尔比的氨和二氧化碳气体溶解在水中形成的碳铵溶液。氨和二氧化碳混合气体在水中具有很高的溶解度，形成的提取液可以产生巨大的渗透压驱动力(相当于350 bar的物理压力)使得水分子渗透过膜。通过正渗透工艺，可使浓水的盐含量达到160～200g/L，稀释后的提取液可以通过加热蒸发分解其中的溶质而得到循环利用。分解后氨和二氧化碳气体通过冷凝回收再溶解到提取液中进行重复使用，除去了溶解氨和二氧化碳以后的水即为比较纯净的产

水。

碳铵本身为不稳定的成分，其分离效果并不稳定，也容易损失。因此稀释后的碳铵汲取液经过加热蒸发后，还有不少的碳铵会进入到产水中，导致产水的TDS浓度较高(TDS约7000mg/L以上)，需要再经过常规的卷式反渗透膜进行进一步提纯，以获得所需的淡水。此类汲取液的长期运行效果、稳定性、补充量、运行费用等情况尚待长期运行项目的观察。

正渗透浓缩工艺可能包括的系统为：正渗透膜系统、汲取液回收系统、清水反渗透系统、化学清洗系统等(根据厂家不同有所不同)。

正渗透膜系统浓缩的浓盐水再经过汽提塔回收其中的汲取液有效成分后直接送至结晶器母液罐，然后被泵送至结晶器的循环管路。结晶器的设计类型为强制循环结晶器，强制循环结晶器可以得到合适的晶体粒径，并可以避免设备结垢而造成生产停顿。在离心机中，盐水中的晶体被分离出。而离心机的滤清液汇集到收集罐中，并返回到结晶系统中，以调节系统中的晶浆浓度。装置产生的二次蒸汽可通过一台热力蒸汽压缩机(TVR)来压缩，TVR的使用可以有效降低蒸汽耗量。压缩的二次蒸汽将用作加热器的热媒。正渗透浓缩系统替代了降膜蒸发器。

正渗透系统的设备配置复杂，和常规的反渗透工艺相比，虽然降低了系统的运行压力，采用碳铵作为汲取液的系统中需要采用蒸汽来对稀释后的汲取液进行提纯和浓缩，以对汲取液进行重复利用。汲取液的反复提取在能量消耗上更不经济。本项目中蒸汽费用昂贵(约为240元/吨饱和蒸汽)，也不宜采用消耗蒸汽的工艺。

采用碳铵作为汲取液的正渗透工艺，目前在国内的应用只有一套用于脱硫废水零排放系统，尚未正式投产。具体运行效果有待观察。目前感觉用碳铵作为汲取液不是很稳妥。

全球第一家用NACL作为汲取液的公司的方式更为可取。采用氯化钠作为汲取液。通过高浓度的氯化钠将清水吸入产水侧，再通过反渗透将稀释后的汲取液进行浓缩。反渗透对于氯化钠的去除效果很好，因此可以直接获得更高的产水水质。经过此系统的浓缩，浓水TDS可以达到140000mg/L以上。由于不需要采用加热蒸发汲取液的过程，因此系统的运行费用比前者(采用碳铵作为汲取液)更低。此类系统在垃圾渗滤液的处理以及海水淡化，电镀废水中也有一些应用。采用氯化钠作为汲取液的正渗透的浓缩工艺，值得进一步进行考察和了解。