含氟廢水回用的工藝選擇及效益分析

1、含氟廢水回用的工藝選擇及效益分析隨著國際國內(nèi)對能源需求量的不斷增加 ，清潔環(huán)保的可再生能源在能源 需求總量中所占的比例不斷增大，可再生能源以核能、太陽能和風(fēng)能為主要代表， 太陽能以其普適性備受青睞。太陽能光伏是一個高能耗、高污染、用水量大的行 業(yè),以100MW多晶生產(chǎn)線為例,每天用水量在1500噸左右。但是其生產(chǎn)過程需要 大量新鮮水。光伏產(chǎn)業(yè)要提高用水效率,除了節(jié)約用水、杜絕跑冒滴漏和提高水的二次使用率外，最直接、最經(jīng)濟的方法就是將廢水處理后回用。光伏的廢水分為兩部分：含氟廢水和有機廢水，其中含氟廢水站廢水總量 的70流右。本文討論的就是含氟廢水回用問題。1. 污水來源、水質(zhì)設(shè)計源為保定某光伏

2、電池車間排放的氫氟酸廢水，主要產(chǎn)生于制絨工序 的酸槽沖洗水、堿槽排堿、堿槽沖洗水、清洗用純水、刻蝕工序的酸槽沖洗水和 清洗用純水。平行取樣五組，其水質(zhì)化驗結(jié)果如下：名稱CODCRF-PHNaSiO2電導(dǎo)率(ms/cm)8點83610點22557012點74418614點56611216點754183單位:mg/L（鈣鎂離子未檢出）2. 處理工藝及設(shè)計參數(shù)根據(jù)原水水質(zhì)和產(chǎn)水水質(zhì)要求，設(shè)計了兩種不同的工藝方案。第一種方案 如下：第二種方案如下：因為車間生產(chǎn)使用的是純水，原水可以看成純水中加入了生產(chǎn)使用的酸、堿以及它們和硅反應(yīng)的生成物。在第一種方案中，除氟處理工藝中大量使用電石渣、氯化鈣、片堿、聚合

3、氯化鋁和聚丙烯酰胺，給水中帶來大量鹽分，懸浮物和有 機物。降氟處理中主要發(fā)生 Ca2+2F一CaF2j的反應(yīng),為了使氟離子濃度達標(biāo), 根據(jù)同離子效應(yīng)和鹽效應(yīng)，鈣離子的濃度處于飽和甚至過飽和狀態(tài)，這樣就增加 了鈣鎂離子的濃度。這種情況下，為了能保證反滲透系統(tǒng)的正常運行，預(yù)處理需要 有以下三個作用：1.降低處理水的鈣鎂硬度，需要增加離子交換軟化樹脂;2.降低 處理水中的懸浮物含量，需要增加多介質(zhì)過濾器的沖洗和縮短濾料的更換周期 ；3. 需要增加去除有機物的工藝，比如MBR等。在第二種方案中，原水直接 進入中水回用系統(tǒng)，避免了懸浮物、有機物和鈣鎂硬度的引進，預(yù)處理費用大大減 輕,只需要調(diào)節(jié)進水的PH

4、值即可。兩種方案比較看來，第二種方案可行性，經(jīng)濟性 都比較強。3.實驗部分具體工藝流程的調(diào)整工藝流程調(diào)整為：實驗過程中試共進行了 5個月左右,其中前兩個月是按照最初工藝流程進行的。 原 水先調(diào)節(jié)PH值到-7,通過超濾，經(jīng)過兩次反滲透，出水達到要求，回用到冷卻水系 統(tǒng)。通過對兩個月的實驗數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，出水水質(zhì)完全能達到電導(dǎo)率保持在 30 us/cm以下，出水含氟量保持在2mg/l以下。然而經(jīng)過計算產(chǎn)水噸水成本在元 左右,通過對原水進行滴定和對實際用藥量進行統(tǒng)計 ，每調(diào)節(jié)1噸原水需要公斤 氫氧化鈉，按每噸氫氧化鈉20XX元計算,折合到產(chǎn)水噸水藥劑費用元。為了減少NaOH的用量,將這時處理工藝調(diào)

5、整為最終工藝流程。進水先經(jīng) 過超濾和一級反滲透，然后將產(chǎn)水PH值調(diào)節(jié)到6左右,進入二級反滲透，出水即 能達到標(biāo)準(zhǔn)。后面三個月時間，按照最終工藝流程進行試驗。由于原水PH值太低, 考慮到反滲透膜對低 PH值的耐受程度，分別用現(xiàn)有的反滲透膜和海德能公司提 供的特種膜進行了試驗，出水水質(zhì)變化不大，現(xiàn)有的反滲透膜稍好于特種膜。特種 膜的優(yōu)勢在于需要提供的壓力比較低和使用壽命較長，是以犧牲一部分脫鹽效率 為代價的。實驗數(shù)據(jù)分析對最終工藝流程的數(shù)據(jù)進行了簡單的處理，圖一是經(jīng)過一級反滲透后的產(chǎn)水氟離子濃度和原水氟離子濃度的對比，直觀的可以看出一級反滲透對氟離子的脫除效率只有65%左右。圖一：一級系統(tǒng)產(chǎn)水F離

6、子圖二是經(jīng)過一級反滲透后的產(chǎn)水 PH值調(diào)整到7左右所需要的氫氧化鈉的 量和源水PH值調(diào)整到7左右所需要的氫氧化鈉的量對比，用藥量只是原水的三分之一左右。如果全都這算成產(chǎn)水的話，用藥量只是原水的 五分之一左右。圖二： 經(jīng)過一級反滲透前后PH調(diào)節(jié)的NAO般加量圖三是二級反滲透出水的氟離子含 量和電導(dǎo)率。含氟量基本穩(wěn)定在 3mg/l以下,電導(dǎo)率基本穩(wěn)定在50 us/cm。電導(dǎo) 率大時都出現(xiàn)在PH值較高時，可以認(rèn)為是由于氫氧根離子造成的。 圖三：二級產(chǎn)水F離子含量(mg/l)4. 成本核算和效益分析噸水處理成本包括藥劑費用、設(shè)備運行費用和膜更換費用。最終工藝和最初工藝成本的主要差異就

7、在于氫氧化鈉的使用量。按照實 驗所得結(jié)果，計算最終方案噸產(chǎn)水氫氧化鈉成本為元，最初方案噸產(chǎn)水氫氧化鈉 成本在元，光氫氧化鈉一項，噸水處理成本就相差元左右。運行費用方面，所采用的設(shè)備相同，膜組件也相同，由于在低PH值下運行, 為了達到設(shè)計產(chǎn)水率，所需壓力有所提高，所以運行成本有所提高，估計噸水成本 會增加元左右。膜更換費用，由于一級反滲透膜使用壽命由原來的四年調(diào)整為三年 ，噸水 處理成本會增加元左右。由于原水中鈣鎂離子含量很少，且在偏酸性條件下運行， 所以清洗費用和阻垢劑費用大大降低。總體核算,最終工藝比最初工藝噸水處理成本低元。 最終處理工藝的藥劑 費用在元左右，運行成本在元左右，膜更換費用為

8、元，噸產(chǎn)水處理成本在元，低于 自來水元每噸，有實際的推廣意義。5. 主要問題分析a) 氫氧化鈉用量分析氫氧化鈉的用量遠高于通過PH值計算得來的用量。原因是進水中由于含 有緩沖物質(zhì)氟硅酸鹽和亞硝酸鹽等，氫氧化鈉大部分用來中和這些緩沖物質(zhì) ，并 破壞其緩沖能力。破壞緩沖溶液需要氫氧化鈉的實際量為理論用堿量的兩倍以上,造成氫氧化鈉用量過高。b) PH值跳躍的分析用氫氧化鈉滴定源水，測得當(dāng)PH值5左右時形成緩沖溶液。打破緩沖平 衡,PH值直接跳躍到9左右,超過了控制要求，導(dǎo)致自動加藥無法實現(xiàn)。c) 一級反滲透脫鹽率的分析由于PH值過低,造成一級反滲透膜的脫鹽率、產(chǎn)水率都有所下降。根據(jù) 經(jīng)驗數(shù)據(jù),一般PH值降低1,脫鹽率降低5M右,這樣脫鹽率應(yīng)該在75流右。一 級反滲透產(chǎn)水的電導(dǎo)率在/cm左右,單純計算來看脫鹽率不到60流右,由于氫離 子的存在,造成電導(dǎo)率虛高，實際電導(dǎo)率應(yīng)該在/cm,實際脫鹽率應(yīng)該在75流右， 與經(jīng)驗數(shù)據(jù)基本相似。6. 總結(jié)此次中試確定的含氟廢水回用的工藝流程無論在技術(shù)上，還是在經(jīng)濟上都是切實可行的。下面估算一下所產(chǎn)生的環(huán)境效益，以該公司實際含氟水總量為 每小時200m3則回用水量為每小時130 m3,每年減少新鮮水用量110多萬噸