一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线的制作方法

本发明涉及一种水处理领域，更具体地说是一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线及其具体实施技术方案。

背景技术：

2010年，国家发改委颁布了水利部编撰的《全国水资源综合规划》。该规划在系统调研了我国水资源现状的基础上，对未来二十年内水资源利用做出了总体规划，成为我国水资源和水环境产业的总体指导纲领，对水污染控制和节水工作具有重要指导意义。规划规定了2030年全国用水量红线指标，即到2030年全国水资源消耗总量低于7000亿立方米。而数据显示，目前全国年用水量约合6200～6500亿立方米，与用水红线之间差额很小，用水增量与GDP增长之间的巨大反差形成了节水行业快速发展的巨大推力。在工业领域，规划规定了万元GDP用水量指标，目前万元GDP用水量为140立方米左右，而到2030年计划降低至40立方米，节水比例高达70％以上，为工业节水确定了市场空间。

2012年，国家修订并颁布了取水定额标准，针对高水耗行业：如火电、钢铁、石化、纺织染整、造纸、化肥、制药等做出取水量约束，包括单位产能和单位产量取水定额。这是自2002年后国家再次修订取水定额标准，以约束工业企业取水量和用水量。而根据《全国水资源综合规划》制定的工业节水目标，国家会在未来几年内进一步修订取水定额标准，以约束企业用水量，推动企业节水，以实现工业节水目标。

2015年国务院颁布《水污染防治计划》(即水十条)和“关于规范煤制燃料示范工作的指导意见”，提出焦化和煤化工行业需要实现废水零排放。零排放政策要求企业实现无废液排放，这一政策对于这两个行业的节水工作是非常重要的倒逼改革动力来源，极大推动了行业节水工作。基于《全国水资源综合规划》的工业节水目标考虑，并结合水十条的污染防治计划，未来会有越来越多的行业和企业推定和实施零排放政策要求。

大部分企业生产废水主要来源于锅炉、冷却和生产工艺三个过程。锅炉主要是纯水制备过程中产生的反渗透浓水，冷却过程主要产生循环水排污水，而生产工艺过程主要产生生产工艺废水，如焦化蒸氨废水、煤制气的酚氨废水等。其中反渗透浓水和循环水排污水水质成份相对简单，有机物、氮磷含量很低，只是含盐量较高，而生产工艺废水成份较为复杂，含有较高有机物、色度、氨氮、盐分等，处理工艺流程也较为复杂。

传统的废水零排放是采用所谓合流制工艺路线，即将企业产生的所有废水，包括锅炉反渗透浓水、冷却循环水排污水、生产工艺废水，统统排入企业建设的污水处理设施进行处理，达到深度处理要求后再进行深度处理，使废水达到回收利用要求后回用，实现企业废水零排放。合流制废水零排放工艺路线基本原理如图1所示。

合流制废水零排放工艺路线具有如下不足：

第一、合流制废水零排放工艺路线将不同的废水混合在一起，使综合废水中同时含有较高盐分、有机物、氨氮等多种污染因子，极大增加了废水成分复杂程度和处理难度，并极大增加了零排放工艺阶段膜法水处理技术的膜污染风险。

第二、由于综合废水成分复杂性的提高，合流制废水零排放工艺路线的废水处理工艺和零排放工艺流程变得异常复杂。同时，由于综合废水水量的增加，合流制废水零排放工艺路线废水处理设备规模大幅增加，这导致废水处理及零排放系统投资极大提高。

第三、由于合流制综合废水成分复杂、水量较大，处理过程能耗、药剂成本、设备折旧大幅增加。尤其是受零排放处理工艺膜法处理技术收率限制，致使浓水蒸发结晶规模大幅增加，极大增加了废水零排放处理成本和废水处理综合成本。

综上所述，合流制废水零排放工艺路线风险较大、投资和成本高昂，难以适应工业企业零排放政策需求，因此开发一种低投资、低成本、低风险的零排放工艺路线具有重要意义。

技术实现要素：

本发明针对合流制废水零排放工艺路线风险较大、投资和成本高昂等问题，发明了一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线，该工艺路线是以3R原则为指导，首先通过强化管理减少废水排放量，实现减量化(Reduce)；其次通过分析用水需求实现再利用(Reuse)；再次通过简单处理使水质符合重复利用要求，实现再循环(Recycle)。基于3R原则，根据废水的不同水质分别进行处理，从而实现对工艺路线的优化。在实施3R原则基础上，废水量得以大幅缩减，在通过合理选择低投资、低成本的零排放工艺实现废水零排放。

本发明的一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线，具体工艺流程如下：

步骤1：废水来源减量化

(1)反渗透浓水减量化措施：

①采用反渗透浓水对预处理中的预处理过滤器进行反冲洗，并将反冲洗频率降低至24-48小时/次；

②保证产水水质的条件下，将5％-10％的反渗透浓水回流至反渗透系统进水口进行循环处理，同时将反渗透操作压力提高5％-10％；

③对于两级反渗透-电脱盐超纯水系统，将二级反渗透浓水和电脱盐浓水回流至一级反渗透前端；

(2)循环水排水减量化措施

提高循环水系统浓缩倍数，将原浓缩倍数2-3提高到4-5倍；

(3)生产废水减量化措施：

将含水率控制在不影响生产的最低比例，强化生产过程用水计量；

步骤2：废水再利用

将反渗透浓水和循环水排水再利用于盐分要求不高的场合；

所说的盐分要求不高的场合为射水池补水、消防池补水、设备清洗水、地面清洗及压尘水、锅炉冲灰水、部分工艺用水中的一种或几种；

其中，部分工艺用水为配煤或熄焦用水中的一种或几种。

步骤3，废水再循环

(1)反渗透浓水再循环：采用电驱离子膜脱盐技术对反渗透浓水进行简单脱盐处理后再循环至反渗透前端，电驱离子膜技术水收率达到80％-90％；

(2)循环水排水再循环：采用电驱离子膜脱盐技术对循环水排水进行简单脱盐处理后再循环至循环水系统，电驱离子膜技术水收率可达80％-90％。

步骤4，基于3R处理后的废水再处理

(1)将基于3R处理后的废水进行深度处理，得到深度处理后的废水；

(2)将深度处理后的废水采用废水反渗透系统进行浓缩脱盐，得到废水反渗透产水和废水反渗透浓水；其中，废水反渗透产水回用，废水反渗透浓水采用均相电驱离子膜技术进行浓缩至含盐量为12％-15％，得到均相电驱离子膜淡水和均相电驱离子膜浓水；

(3)均相电驱离子膜淡水回流至废水反渗透系统前端再次浓缩，均相电驱离子膜浓水经低温高效蒸发系统浓缩结晶，固体外排，蒸发冷凝液回收利用。

其中，所述的步骤1中，废水的来源有：1.锅炉水经过预处理系统后，经过反渗透系统进行脱盐处理，得到的反渗透浓水；2.循环水系统中，得到的循环水排水；3.生产工艺中，得到的生产废水。

其中，对于超纯水系统，反渗透系统采用两级反渗透-电脱盐(RO-EDI)相结合的方法对预处理后的锅炉水进行脱盐处理。

所述的步骤1(1)①中，采用反渗透浓水对预处理过滤器进行反冲洗，可以减少反冲洗水消耗从而达到节水目的，节水达到5％-10％。

所述的步骤1(1)②中，提高反渗透操作压力可以提高反渗透工艺的水收率，水收率提升5％-10％，节水5％-10％。

所述的步骤1(1)③中，二级反渗透浓水和电脱盐浓水回流利用，可以节水3％-5％。

所述的步骤1(1)中，采用反渗透浓水减量化措施可以有效减少反渗透浓水排放量10％-20％。

所述的步骤1(2)中，所述的提高循环水系统浓缩倍数的方法为提升管理水平和改进处理方案。

所述的步骤1(2)中，经过提高循环水系统浓缩倍数，可有效节水11％-37％，减少循环水排水47％-87％。

所述的步骤1(3)中，可以达到减少生产废水排放，实现生产废水减量化，减少生产废水排放5％-10％；

所述的步骤2中，对废水进行再利用，可在不增加投资和运行成本的前提下，降低废水排放量5％-25％。

所述的步骤3(1)中，采用电驱离子膜脱盐技术可减少反渗透浓水排放量80％-90％。

所述的步骤3(2)中，采用电驱离子膜脱盐技术可减少循环水排水量80％-90％。

所述的步骤4(1)中，所述的深度处理为活性炭吸附法、臭氧-活性炭法或大孔吸附树脂吸附再生法中的一种。

所述的步骤4中，经3R原则减量化、再利用和再循环之后，废水排放量大幅减少，废水处理及零排放工艺投资和运行成本得到有效降低。为了进一步降低废水零排放投资和综合成本，对基于3R处理后的废水再处理，进行低耗高效零排放工艺路线。

本发明的一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线，相比于现有技术，其特征与优势在于：

第一、3R原则的减量化和再利用方案可以在不增加投资和运行成本前提下，实现有效节水，并大幅缩减废水排放量，可以有效降低废水处理及零排放工艺设施的投资和处理成本，具有极好的经济、社会和环境效益；

第二、3R原则的再循环方案采用电驱离子膜技术对反渗透浓水和循环水排水进行简单脱盐后再循环使用，具有风险低、投资省、运行成本低的显著优势，与简单的末端治理和零排放模式相比技术经济优势非常显著；

第三、通过3R原则方案可缩减废水排放量50％-80％，有效降低废水零排放工艺投资和运行成本。

第四、零排放工艺采用均相离子膜浓缩技术，将反渗透浓水进一步浓缩减量后再进行蒸发结晶，可减少蒸发结晶设备规模80％以上，因此大幅度降低废水零排放工艺投资和综合运行成本。

附图说明

图1为现有技术中合流制废水零排放工艺路线基本原理图；

图2为本发明的基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线示意图；其中，图中虚线所示部分为基于3R原则对工艺路线的优化方法；

图3为本发明的基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线中，两级反渗透-电脱盐超纯水系统的反渗透浓水减量化工艺路线示意图，其中，图中虚线所示部分为基于3R原则对工艺路线的优化方法；

其中，1为一级反渗透；2为二级反渗透；3为电脱盐设备；a为二级反渗透浓水；b为电脱盐浓水。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。

现有技术中合流制废水零排放工艺路线基本原理图见图1。

实施例1

一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线，其工艺路线示意图见图2，具体步骤如下：

步骤1：废水来源减量化

(1)反渗透浓水减量化措施：

①采用反渗透浓水对预处理中的预处理过滤器进行反冲洗，并将反冲洗频率降低至24小时/次，减少反冲洗水消耗，节水达5％；

②保证产水水质的条件下，将10％的反渗透浓水回流至反渗透系统进水口进行循环处理，同时反渗透操作压力提高10％，水收率提升10％，节水10％；

在此过程中，有效减少反渗透浓水排放量15％。

(2)循环水排水减量化措施

采用提升管理水平和改进处理方案来提高循环水系统浓缩倍数，将原浓缩倍数2倍提高到4倍，有效节水11％，减少循环水排水47％。

(3)生产废水减量化措施：

将含水率控制在不影响生产的最低比例，强化生产过程用水计量，减少生产废水排放5％；

步骤2：废水再利用

将反渗透浓水再利用于射水池补水和消防池补水，将循环水排水再利用于设备清洗水和配煤用水，此过程，不增加投资和运行成本，降低废水排放量5％。

将反渗透浓水再利用于射水池补水，将循环水排水再利用于地面清洗及压尘水、锅炉冲灰水和熄焦用水，此过程，不增加投资和运行成本，降低废水排放量25％。

步骤3，废水再循环

(1)反渗透浓水再循环：采用电驱离子膜脱盐技术对反渗透浓水进行简单脱盐处理后再循环至反渗透前端，电驱离子膜技术水收率达到80％，可减少反渗透浓水排放量80％。

(2)循环水排水再循环：采用电驱离子膜脱盐技术对循环水排水进行简单脱盐处理后再循环至循环水系统，电驱离子膜技术水收率可达80％，可减少循环水排水量80％。

基于3R原则，对不同来源的废水进行处理后，对得到的3R原则处理后的废水进行低耗高效零排放处理，具体如下：

(1)将3R原则处理后的废水采用活性炭吸附法进行深度处理，得到深度处理后的废水；

(2)将深度处理后的废水采用废水反渗透系统进行浓缩脱盐，得到废水反渗透产水和废水反渗透浓水；其中，废水反渗透产水回用，废水反渗透浓水采用均相电驱离子膜技术进行浓缩至含盐量为12％，得到均相电驱离子膜淡水和均相电驱离子膜浓水；

(3)均相电驱离子膜淡水回流至废水反渗透系统前端再次浓缩，均相电驱离子膜浓水经低温高效蒸发系统浓缩结晶，固体外排，蒸发冷凝液回收利用。

实施例2

一种基于3R原则的企业生产废水零排放工艺路线，其工艺路线示意图见图2，具体步骤如下：

步骤1：废水来源减量化

(1)反渗透浓水减量化措施：

①采用反渗透浓水对预处理中的预处理过滤器进行反冲洗，并将反冲洗频率降低至48小时/次，减少反冲洗水消耗，节水达10％；

②保证产水水质的条件下，将5％的反渗透浓水回流至反渗透系统进水口进行循环处理，同时反渗透操作压力提高5％，水收率提升5％，节水5％；

③两级反渗透-电脱盐超纯水系统中，将从二级反渗透2得到的二级反渗透浓水a和从电脱盐设备3得到的电脱盐浓水b回流至一级反渗透1前端回流利用，可以节水5％，其示意图见图3；

在此过程中，有效减少反渗透浓水排放量20％。

(2)循环水排水减量化措施

采用提升管理水平和改进处理方案来提高循环水系统浓缩倍数，将原浓缩倍数3倍提高到5倍，有效节水37％，减少循环水排水87％。

(3)生产废水减量化措施：

将含水率控制在不影响生产的最低比例，强化生产过程用水计量，减少生产废水排放10％；

步骤2：废水再利用

将反渗透浓水再利用于射水池补水，将循环水排水再利用于地面清洗及压尘水、锅炉冲灰水和熄焦用水，此过程，不增加投资和运行成本，降低废水排放量25％。

步骤3，废水再循环

(1)反渗透浓水再循环：采用电驱离子膜脱盐技术对反渗透浓水进行简单脱盐处理后再循环至反渗透前端，电驱离子膜技术水收率达到90％，可减少反渗透浓水排放量90％。

(2)循环水排水再循环：采用电驱离子膜脱盐技术对循环水排水进行简单脱盐处理后再循环至循环水系统，电驱离子膜技术水收率可达90％，可减少循环水排水量90％。

基于3R原则，对不同来源的废水进行处理后，对得到的3R原则处理后的废水进行低耗高效零排放处理，具体如下：

(1)将3R原则处理后的废水采用大孔吸附树脂吸附再生法进行深度处理，得到深度处理后的废水；

(2)将深度处理后的废水采用废水反渗透系统进行浓缩脱盐，得到废水反渗透产水和废水反渗透浓水；其中，废水反渗透产水回用，废水反渗透浓水采用均相电驱离子膜技术进行浓缩至含盐量为15％，得到均相电驱离子膜淡水和均相电驱离子膜浓水；

(3)均相电驱离子膜淡水回流至废水反渗透系统前端再次浓缩，均相电驱离子膜浓水经低温高效蒸发系统浓缩结晶，固体外排，蒸发冷凝液回收利用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。