電池工業(yè)的中水回用工程實例

王業(yè)青 黃玲

摘要：鎳氫電池生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量堿性含鎳廢水。該廢水經(jīng)處理達標后，可利用中水系統(tǒng)對此水進行回收利用。中水回收系統(tǒng)主要工藝為預(yù)處理、雙膜處理和蒸發(fā)濃縮。經(jīng)中水系統(tǒng)處理后，中水能達到超純水原水的使用要求。該系統(tǒng)實施后，回收了80，000t/a重金屬廢水，同時減少了重金屬鎳和有機物向水體環(huán)境排放，起到了很好的環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：中水回用;雙膜法;電池工業(yè)

隨著我國的工業(yè)高速發(fā)展，居民生活水平日益提高，導(dǎo)致對水資源需求日益增高，同時會產(chǎn)生大量廢水排放帶來嚴重的環(huán)境問題[1]。筆者所處江蘇無錫地區(qū)位于太湖流域，屬于嚴重的水質(zhì)型缺水城市。為此各企業(yè)、居民以及政府等應(yīng)該采取有效對策節(jié)約或者回收水資源。本文探討電池生產(chǎn)企業(yè)的中水回用技術(shù)及其使用工程案例在水資源回收上的有效應(yīng)用。

一、項目概況

無錫某電池生產(chǎn)企業(yè)主要生產(chǎn)鎳氫充電電池等產(chǎn)品，使用含有鎳等重金屬以及氫氧化鉀等作為原材料，使用過程中會產(chǎn)生大量堿性含鎳廢水。該廢水經(jīng)過污水處理系統(tǒng)處理后排放。廢水處理主要工藝包括混凝沉淀、砂濾、中和、生化處理、二沉和砂濾處理。廢水經(jīng)過處理后達到《電池工業(yè)污染物排放標準》（GB30484-2013）水質(zhì)要求。為減少污染物排放，同時提高資源利用率，企業(yè)建設(shè)中水回用系統(tǒng)對該廢水100%進行回收使用。本次項目設(shè)計水量為80，000t/a，出水水質(zhì)需要滿足純水生產(chǎn)系統(tǒng)使用，主要用途為超純水的生產(chǎn)，項目投資合計為2350萬元，建設(shè)周期為9個月。具體的設(shè)計進出水水質(zhì)要求見下表1：

二、工藝流程

通過分析該項目的進水水質(zhì)及工程要求，主要為進水水質(zhì)COD較低、電導(dǎo)率高;出水水質(zhì)要求高;同時要求回用率為100%。結(jié)合項目特點和工程論證，核心工藝為雙膜法結(jié)合蒸發(fā)濃縮法。由于廢水中含有有機物、懸浮物等，進入雙膜前需要進行初步處理包括氣浮、過濾以及微濾等以保護后續(xù)雙膜。雙膜工藝主要為超濾膜加反滲透膜處理，其中超濾膜進一步處理水中的有機物、微生物以及膠體等[2]，反滲透膜處理水中的鹽分以達到出水水質(zhì)要求，但是反滲透膜會產(chǎn)生30%左右的高含鹽濃縮水排放。為實現(xiàn)100%回收中水，需要對濃水進行回收蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，蒸發(fā)冷凝水可以達到回收水質(zhì)要求。具體工藝見圖1。

三、構(gòu)筑物

（一）預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)主要包括氣浮系統(tǒng)、炭濾系統(tǒng)和微濾系統(tǒng)。其中為提高氣浮效率，加入一定量的PAC和PAM進行混凝反應(yīng)，該系統(tǒng)尺寸為1000×3000×1000mm，氣浮系統(tǒng)為溶氣回流系統(tǒng)，尺寸為Φ2000×2500mm。炭濾設(shè)計流速為10m/s，尺寸為Φ2000×1950mm。為進一步提高預(yù)處理效果設(shè)置微濾系統(tǒng)包括100um、10um過濾組合。

（二）雙膜系統(tǒng)

雙膜系統(tǒng)主要包括超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)。其中超濾系統(tǒng)采取2用1備架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計處理量為15t/h，采用纖維式超濾膜。滲透膜采用卷繞膜結(jié)構(gòu)，設(shè)計處理量為15t/h，采用兩級串聯(lián)結(jié)構(gòu)，回收率約為70%。

（三）蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)

蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)主要包括為蒸發(fā)裝置和濃縮結(jié)晶裝置，將反滲透的濃水進行蒸發(fā)冷凝為純水，水中雜質(zhì)濃縮結(jié)晶為鹽分。其中蒸發(fā)裝置設(shè)計處理量為96m3/d，結(jié)晶濃縮設(shè)計處理量為5m3/d。

（四）附屬系統(tǒng)

氣浮系統(tǒng)需要投加混凝劑、助凝劑，膜系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)需要投加藥劑進行定期清洗，因此為保障系統(tǒng)正常運行需配套加藥系統(tǒng)。加藥系統(tǒng)配置藥劑桶、攪拌機和加藥機，加藥機采用一用一備模式。同時需要配套相應(yīng)的控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)自動化控制。

四、調(diào)試與運行

該項目包含土建和設(shè)備安裝合計為9個月，調(diào)試運行期為6個月。在調(diào)試期間，主要遇到的問題包括：（1）各設(shè)備聯(lián)動及邏輯關(guān)系的確定，如各液位預(yù)警及設(shè)備聯(lián)動設(shè)置、膜運行依據(jù)水質(zhì)水量運行參數(shù)設(shè)定等。（2）原水水質(zhì)的影響，當原水水質(zhì)中電導(dǎo)率超過設(shè)計值會嚴重影響中水回用系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及中水回收效果，通過對生產(chǎn)中高濃度廢液進行回收有效的解決了此方面問題。（3）需嚴格控制進入蒸發(fā)濃縮結(jié)晶裝置的廢水的含鹽量，當鹽分過高時會造成管道嚴重堵塞，過低時會造成運行費用過高且大量污泥或濃縮液產(chǎn)生。經(jīng)技術(shù)人員不斷摸索和實踐論證，最終解決了中水回用各方面的問題。

穩(wěn)定運行后，出水水質(zhì)均能滿足設(shè)計要求，出水水量達到設(shè)計要求80，000t/a。由于中水水質(zhì)中有機物、懸浮物等均低于監(jiān)測下限值，同時純水回用系統(tǒng)主要控制指標為電導(dǎo)率，管理出水水質(zhì)以電導(dǎo)率作為主要控制指標。運行1年期間的中水水質(zhì)情況見表2：

依據(jù)出水水質(zhì)，中水回收系統(tǒng)的出水電導(dǎo)率在10-100uS/cm之間，滿足超純水進水要求達到設(shè)計初衷。

通過該系統(tǒng)建設(shè)，每年減少了80，000t/a自來水使用，減少了8kg/a重金屬鎳和4t/a的有機污染物向自然水體的排放，起到了很好的環(huán)境效益。

五、結(jié)語

通過此中水回收系統(tǒng)建設(shè)，起到了節(jié)約水資源、減少污染物排放的環(huán)境效果。結(jié)合該工程案例，為使中水系統(tǒng)達到規(guī)劃目標，在項目設(shè)計、建設(shè)調(diào)試和實際運行過程應(yīng)注意以下幾點：1）明確中水系統(tǒng)源水水質(zhì)情況，以及出水的水質(zhì)要求，以便確定合理中水回收方案，水質(zhì)設(shè)計過程中需要考慮極端狀態(tài)，設(shè)計過程中需要考慮一定冗余。2）工藝流程應(yīng)結(jié)合工程需求，進行性價比比較，確定工藝流程。通常，如需要高回收率時需要有蒸發(fā)系統(tǒng)。3）對于高回收率系統(tǒng)，濃縮液中鹽分濃度很高，需要考慮管道結(jié)垢、堵塞等發(fā)生。因此需要定期清洗維護，防止系統(tǒng)故障。4）對于濃縮液或者濃縮污泥[3]應(yīng)妥善考慮出向，防止二次污染的發(fā)生。

參考文獻：

[1] 萬銀霞，張廣瑞，張寶珠等.某氮肥企業(yè)中水回用工程實例[J]，工業(yè)水處理，2017，37（10）：97-99.

[2] 段小冰，許國峰.超濾膜在中水回用中的應(yīng)用[J]，冶金動力，2020，1：52-55.

[3] 鐘建紅.電鍍企業(yè)中水回用研究[J]，環(huán)境與發(fā)展，2018：134-135.