环保新质生产力 |高含盐矿井水深度处理与分盐资源化装备

　　生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
 

　　生态环境保护实用装备
 

　　2023-Z-7
 

　　申报单位
 

　　南京万德斯环保科技股份有限公司
 

　　推荐单位
 

　　南京环境保护产业协会
 

　　一、技术简介
 

　　适用范围
 

　　本技术装备适用于高含盐、高有机物含量、高污染等工业废水深度处理与资源化利用，包括石化、冶金、造纸、煤化工、纺织、制药、垃圾焚烧发电等行业。可根据不同行业废水的特点，针对性地制定最佳工艺流程及运行参数，实施应用本技术装备。
 

　　技术原理
 

　　针对高含盐矿井水具有矿化程度高、高含盐量、高污染等特点，本技术装备采用预处理(膜应用技术)+化学软化+膜浓缩+结晶分盐，利用膜因其对离子的选择透过性，采用不同的功能膜为分离组件，采用物化沉淀、超/微滤及纳滤等不同功能的膜组合技术，选择性脱除钙、镁等易结垢离子，实现一、二价含盐废水分离分流，再通过低温、多效蒸发结晶等技术，实现水资源的回用与废盐资源回收，同时降低能耗与成本。
 

　　工艺路线
 

　　高含盐矿井水的处理流程主要包括预处理、多级膜浓缩和蒸发结晶。矿井水收集至调节池均质均量后，利用曝气系统氧化废水中的铁锰等离子，通过过滤器/格栅、混凝沉淀等物理方法，过滤去除水中残留悬浮物、胶体及铁锰沉淀物。一级浓缩采用超滤+BW反渗透工艺，二级浓缩采用BW反渗透工艺，三级浓缩采用DTRO反渗透工艺，并且在各级膜浓缩过程添加不同的化学药剂，利用药剂软化水中的钙、镁、硅等无机离子，形成特殊的化学沉淀物，通过管式微滤去除钙、镁沉淀物后利用离子交换系统，去除钡离子及少量钙、镁离子，脱碳后等待蒸发结晶。多级膜高效浓缩产生的产品水混合后收集到产品水池回用。管式微滤的浓缩液、离子交换的再生废液收集经管式微滤、化学沉淀处理后，产生的泥渣压滤处理，上清液返回至各级浓水预处理系统，循环处理利用。
 

　　经过预处理与膜浓缩产生的浓盐水进入由多个单效蒸发器组成的多效蒸发系统，在蒸发器循环泵中的加热室和分离室进行循环浓缩，进一步浓缩浓盐水，最终获得饱和的结晶盐，并通过离心机进行脱水，提高结晶盐的纯度。加设杂盐干化系统，为系统内的杂质离子找一个出口，使系统内的杂质离子维持在一定水平，以保证结晶盐的品质。
 

　　装备性能参数及执行标准
 

　　(1)调节净化处理系统，出水浊度≤5NUT、铁≤0.03mg/L、锰≤0.03mg/L、铝≤0.01mg/L；(2)一级浓缩预处理超滤系统，出水浊度≤1NTU；SDI15≤3；(3)一级浓缩反渗透系统，产品水含盐量≤200mg/L；(4))二级浓缩预处理TMF系统，产品水浊度≤3NTU、SDI15≤5、钙≤15mg/L、镁≤15mg/L、硅≤10mg/L；(5)二级浓缩反渗透系统，产品水含盐量≤250mg/L；(6)三级浓缩预处理TMF系统，产品水浊度≤3NTU、SDI15≤5、钙≤15mg/L、镁≤15mg/L、硅≤10mg/L；(7)三级浓缩预处理离子交换系统，产品水浊度≤3NTU、SDI15≤5、钙+镁≤0.03mmol/L；(8)三级浓缩反渗透系统，产品水含盐量≤3500mg/L；(9)蒸发结晶系统，工艺冷凝水含盐量≤200mg/L，结晶盐分为硫酸钠及杂盐。
 

　　本技术装备严格按照《工业废水处理与回用技术评价导则》(GB/T 32327-2015)。
 

　　应用效果
 

　　出水水质满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1III类水质(非湖、库)和表2水质指标标准要求，且系统回收率≥96%；并且杂盐率≤8%，杂盐含水率≤5%，产生的硫酸钠达到《工业无水硫酸钠》(GB/T6009-2014)标准中Ⅱ类盐一等品标准，氯化钠的质量达到《工业盐》(GB/T5462-2015)标准中精制工业盐工业干盐二级标准。
 

　　研发背景
 

　　我国作为世界上的工业大国，工业用水量和排污量增长幅度很大，特别是高浓、高盐有机废水总量近年来以每年以2%的速率逐年增加。全球“双碳”目标下，绿色低碳转型已然成为发展大趋势，“十四五”时期我国生态文明建设进入以降碳为重点战略方向，推动“减污降碳”协同增效的关键时期。国家绿色可持续发展战略提出到2025年基本建立绿色制造体系，2050年实现资源消耗“零增长”、生态占用“零赤字”和环境污染“零排放”。因此生化-物化联用的高浓度有机废水处理技术，将为废水达标排放及资源化奠定坚实的基础，推动相关行业绿色发展进程，具有重大的发展应用前景。
 

　　技术特点
 

　　(1)多轴旋转膜过滤装置采用了独创的双旋流清洗技术工艺，在运行过程中膜片处于运动状态，减少了污染物的沉积与浓差极化效应，抗污染性更强。相比传统膜处理装备，通过研发的双旋流自清洗工艺和动态膜旋转过滤装置，实现了高通量、低污染的膜处理过程，抗污染性更强，进水要求更低，操作压力更小，使用寿命更长，工艺产水率达80%以上，浓缩液减少30%以上，处理成本降低20%，并延长了膜组件清洗周期(2-7倍)。
 

　　(2)“化学软化+管式超滤膜”代替常规的“化学软化+高效沉淀+超滤”工艺，0.1μm的过滤精度使得出水可直接进到反渗透系统，简化工艺流程；500LMH的通量可大幅节省占地面积；5%的剩余污泥浓度可直接进到污泥脱水机，省略污泥浓缩过程；结晶理论值的药剂利用率可大幅节省药剂消耗，并减少剩余污泥产量；产水水质优于传统工艺，可稳定保持 Ca2+<10ppm，Mg2+<10ppm，SiO2<20ppm；自动化程度高。
 

　　(3)采用多级膜高效浓缩组合工艺，开发出经济高效的膜浓缩技术及装备，将膜浓缩回收率提高至65%——75%，浓缩后浓盐水浓度达100000mg/L以上，解决浓液减量化的难题，并采用化学除硬，避免了结垢的问题。
 

　　(4)采用多效强制蒸发结晶技术，充分利用热能，即通过蒸发过程中二次蒸汽的再次利用，减少生蒸汽的消耗，提高了蒸发系统的经济性，并解决了结晶盐纯度较低难以资源化利用的难题。
 

　　二、典型应用案例
 

　　案例名称
 

　　鄂尔多斯营盘壕煤矿7.2万t/d矿井水深度处理工程
 

　　案例简介
 

　　营盘壕煤矿矿井水深度处理工程EPC总承包，处理规模为3000m3/h，工程承包范围包括设计、采购、施工、安装、调试、联合试运行、竣工验收。设计由煤科集团杭州环保研究院有限公司承担，其他由南京万德斯环保科技股份有限公司承担，并提供专项运营服务，运营范围包括按照设计处理要求对整个水处理工程进行托管运营，负责对整个系统的运行管理及运营过程中产生的污泥、分盐、杂盐等副产品的处置，运营时间为2020年5月至2023年5月，为期三年。
 

　　达到的标准或性能要求
 

　　膜浓缩过程的产物为淡水和浓盐水，浓盐水经蒸发结晶后产物为物料冷凝水和结晶盐。膜浓缩产生的淡水和蒸发结晶的冷凝水混合形成产品水。主要副产品完全达到相应标准要求：(1)杂盐率≤8%，杂盐含水率≤5%；(2)工业硫酸钠达到《工业无水硫酸钠》(GB/T6009-2014)标准中Ⅱ类盐一等品标准；(3)氯化钠的质量达到《工业盐》(GB/T5462-2015)标准中精制工业盐工业干盐二级标准。
 

　　业主单位
 

　　鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司
 

　　投运时间
 

　　2019年11月
 

　　工艺流程
 

　　(1)预处理与膜浓缩工艺流程
 

　　井下处理后的矿井水提升上来后先进入调节池，调节池内设曝气系统，氧化水中铁锰离子，出水进入V型滤池，过滤去除水中残留悬浮物、胶体及铁锰沉淀物，出水进入一级预处理系统，一级膜浓缩预处理采用自清洗过滤器和超滤工艺，进一步提高反渗透进水水质，减少污染堵塞，延长膜使用寿命，一级膜浓缩回收率70%；一级膜浓缩的浓水作为二级膜浓缩的进水，该浓水经过药剂软化去除钙、镁、硅，通过管式微滤去除钙、镁、硅的沉淀物，进入二级膜浓缩的反渗透单元，进一步浓缩，回收率80%；二级膜浓缩的浓水浓缩后含盐量40000mg/L左右，加药进一步软化去除钙、镁，通过管式微滤去除钙、镁沉淀物后进入离子交换系统，去除钡离子及少量钙、镁离子，脱碳后进入三级膜浓缩，回收率55%，浓缩后浓盐水浓度达100000mg/L以上，待蒸发结晶。三级膜浓缩产生的产品水混合后收集到产品水池，待回用。管式微滤的浓缩液、离子交换的再生废液收集经管式微滤、化学沉淀处理后，产生的泥渣压滤处理，上清液返回至各级浓水预处理系统，循环处理利用，产生的固废委托有相关资质的部门处理。滤池反冲洗水经澄清处理后清水回至调节池，污泥水送至洗煤厂浓缩池处理。
 

　　(2)蒸发结晶工艺流程
 

　　浓盐水经上料泵经二次汽冷凝水预热后首先进入到三效蒸发器中，经三效蒸发器循环泵在三效加热室和分离室中循环浓缩，部分浓缩液由转料泵排入二效分离室中，经二效蒸发器循环泵在二效加热室和分离室中循环，进水得到进一步浓缩，部分浓缩液由转料泵排入一效结晶分离室中，经一效蒸发器循环泵在一效加热室和结晶器中循环，进水最终浓缩达到过饱和结晶出硫酸钠，关键是控制蒸发终点浓度在硫酸钠的结晶区。一效蒸发的部分浓缩液经出料泵排入稠厚器，使一效结晶器固液处于平衡状态。
 

　　运行情况
 

　　膜浓缩过程产生的淡水和浓盐水，浓盐水经蒸发结晶后产物为物料冷凝水和结晶盐，膜浓缩产生的淡水和蒸发结晶的冷凝水混合形成产品水，其中产品水一部分去生态蓄水池作为农业、畜牧业灌溉，水产养殖用水，剩余部分并入鄂尔多斯工业供水管网，供给周边工业园区作工业用水；浓盐水作井下灌浆用水，也可作为养殖或水稻种植用水；硫酸钠作为化工原料销售供给周边生产企业；产生的杂盐和膜浓缩过程中加药去除钙镁硅时产生的污泥最终回收利用或委托有处理资质的相关单位处置。最终实现了废水零排放，避免二次污染环境。
 

　　技术应用产生的碳减排效果
 

　　该项目的实施减少含盐矿井水外排对生态环境的破坏，工程实施后，硫酸钠产量为4.9t/h，按照每天运行22h计算，每年可减少盐排量约3.9万t，避免矿井水外排对周围环境造成污染。矿井水的处理利用改善了矿区环境卫生，保护了矿区水资源环境，产品水量为2954.5t/h，按照每天运行22h计算，每天最多可为矿区及周边企业、农业生产提供65000m3以上的可利用水源，减少了地下水的取水量，保护了地区地下水资源的自然平衡，解决地区用水量日益增加和水资源越来越短缺的矛盾。
 

　　三、技术申报单位联系信息
 

　　单位名称：南京万德斯环保科技股份有限公司
 

　　单位地址：南京市江宁区干德路57号
 

　　联系人：沈妍
 

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