采用超濾膜及反滲透膜工藝處理某化工集團(tuán)產(chǎn)生的化工廢水并回用。結(jié)果表明，系統(tǒng)對(duì)污染物去除效果較好，電導(dǎo)率去除率可穩(wěn)定在98%以上。系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)、水量穩(wěn)定，產(chǎn)水可回用于化工生產(chǎn)工藝，滿足化工工藝要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廢水"近零排放"的目標(biāo)。
新疆某化工集團(tuán)生產(chǎn)廢水主要來自該集團(tuán)各生產(chǎn)單位外排廢水。由于產(chǎn)品和工藝不同，廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，其處理采用收集不同類型廢水進(jìn)行集中處理、排放地表水體的方式。隨著國家環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)的廢水集中處理方式已不能滿足環(huán)保要求。
為此，該集團(tuán)采用超濾、反滲透工藝對(duì)集中處理后的化工廢水進(jìn)行深度處理，并回用化工生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)廢水“近零排放”的目標(biāo)。筆者介紹了該項(xiàng)目的處理工藝、膜結(jié)垢與污堵的控制措施，以及系統(tǒng)運(yùn)行情況，為行業(yè)內(nèi)相關(guān)項(xiàng)目運(yùn)行提供一定經(jīng)驗(yàn)。
1 廢水水質(zhì)與水量
集中收集的總廢水經(jīng)兩級(jí)石灰—絮凝沉淀法去除部分無機(jī)懸浮物、有機(jī)污染物及鈣鎂離子，產(chǎn)水一部分供廠區(qū)沖洗地面和衛(wèi)生間，一部分供超濾、反滲透膜系統(tǒng)使用。膜系統(tǒng)處理水量為3 600 t/d，其進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。
2 處理工藝
該工程系統(tǒng)進(jìn)水具有高溶解固體含量(TDS)、高硬度、高pH、高有機(jī)物(COD)等特點(diǎn)，處理工藝主要考慮去除無機(jī)懸浮物、有機(jī)污染物及鈣鎂離子，使系統(tǒng)產(chǎn)水中的離子含量達(dá)到可接受范圍，產(chǎn)水回用于化工工藝過程不致對(duì)化工產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
反滲透膜技術(shù)可以很好地達(dá)到去除離子的目的。根據(jù)原水水質(zhì)，設(shè)計(jì)采用投加純堿降鈣+常規(guī)絮凝沉淀+多介質(zhì)過濾(MMF)+超濾膜法(UF)+反滲透膜法(RO)工藝進(jìn)行處理。
該工藝具有占地面積小、處理水量大、產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定、全自動(dòng)PLC+上位機(jī)控制運(yùn)行、操作簡單等特點(diǎn)。工藝流程如圖1所示。
采用蘇伊士水務(wù)技術(shù)(上海)有限公司超濾膜，過濾孔徑0.03 μm，超濾膜裝置2套，單套產(chǎn)水100 m3/h。采用BW30-400FR型抗污染反滲透膜(美國陶氏)，反滲透膜裝置2套，單套產(chǎn)水75 m3/h，回收率70%。在線流量、pH、電導(dǎo)率、氧化還原電位(ORP)儀表均采用+GF+SIGNET儀表，在線硬度采用APA6000高量程硬度計(jì)(美國HACH公司)，在線氟表采用1218ATI氟化物分析儀，加藥裝置均采用MILTONROY計(jì)量泵。
3 工藝流程重點(diǎn)
采用超濾膜與反滲透膜技術(shù)處理廢水，關(guān)鍵是防止膜組件的污堵和結(jié)垢，同時(shí)保證膜的產(chǎn)水通量。采用以下措施控制膜的結(jié)垢與污堵風(fēng)險(xiǎn)。
01 絮凝劑、助凝劑和純堿的投加
在絮凝反應(yīng)池中投加適量絮凝劑(PAC)、助凝劑(PAM)和足量純堿，經(jīng)斜板沉淀池沉淀后可除去95%以上的Ca2+和部分重金屬離子，以降低后續(xù)反滲透膜表面形成難溶重金屬沉淀的可能性。
由于PAM是長鏈高分子化合物，與RO膜的高分子材質(zhì)類同，過量PAM到達(dá)RO膜后會(huì)導(dǎo)致RO膜嚴(yán)重污堵，且無法通過化學(xué)清洗恢復(fù)膜通量。因此，只能適量投加助凝劑，最佳PAC和PAM聯(lián)合投加量根據(jù)現(xiàn)場小試確定。
02 酸的投加
由于原廢水呈堿性，pH較高，重金屬離子易在堿性環(huán)境中形成難溶沉淀物，并在膜表面形成結(jié)垢。為防止重金屬離子在膜表面沉淀結(jié)垢，調(diào)節(jié)原水pH至關(guān)重要。在沉淀池產(chǎn)水至多介質(zhì)過濾器的進(jìn)水管上投加鹽酸，調(diào)節(jié)pH至7~7.5，能有效控制重金屬離子在反滲透膜表面的結(jié)垢。
03 多介質(zhì)過濾器
為有效提高超濾膜進(jìn)水水質(zhì)，在超濾膜前設(shè)置多介質(zhì)過濾器。多介質(zhì)過濾器用粗石英砂、細(xì)石英砂和片狀無煙煤為過濾介質(zhì)。廢水經(jīng)多介質(zhì)過濾器過濾后，產(chǎn)水濁度保持在1~2 NTU，減輕了后續(xù)超濾系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，有效降低了超濾膜的污堵風(fēng)險(xiǎn)。
04 氧化劑的投加
為防止懸浮物和微生物在超濾膜表面累積造成污堵，在超濾系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)氧化劑(次氯酸鈉)投加點(diǎn)，一處在超濾進(jìn)水管上，另一處在超濾反洗管路上。投加氧化劑可使超濾運(yùn)行跨膜壓差(TMP)和產(chǎn)水通量穩(wěn)定維持在設(shè)計(jì)水平。
05 阻垢劑的投加
原廢水中的SO42-濃度很高，Ba2+、Sr2+等重金屬離子很容易與SO42-形成難溶鹽。此外，Ca2+和F-也易形成難溶鹽。這些難溶鹽是反滲透膜運(yùn)行過程中結(jié)垢的主要因素。為有效防止反滲透膜結(jié)垢，在反滲透膜進(jìn)水管中投加適量阻垢劑。
超濾穩(wěn)定產(chǎn)水后，需對(duì)超濾產(chǎn)水進(jìn)行全水質(zhì)分析，采用DOW FilmtecTM ROSA9.1反滲透計(jì)算軟件計(jì)算超濾產(chǎn)水進(jìn)入反滲透膜是否有結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)分析，超濾產(chǎn)水進(jìn)反滲透膜存在BaSO4、SrSO4的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，軟件提示需投加阻垢劑以降低表面結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。采用OSMOTREAT OSM35阻垢劑(納爾科工業(yè)服務(wù)有限公司)，該產(chǎn)品可有效降低BaSO4、SrSO4和CaF2等難溶鹽在反滲透膜表面的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。用OSMAS計(jì)算軟件計(jì)算OSM35阻垢劑的最佳投加量。
06 超濾膜與反滲透膜注意事項(xiàng)
系統(tǒng)水源為經(jīng)深度處理后的工業(yè)廢水，為防止污染物在膜表面形成累積污染，系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。
(1)超濾系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行20~30 min應(yīng)進(jìn)行1次夾氣反洗。經(jīng)過8次夾氣反洗后進(jìn)行1次加強(qiáng)反洗，以恢復(fù)超濾膜的過濾通量。加強(qiáng)反洗采用加鹽酸和加堿的方式進(jìn)行。
(2)超濾宜采用錯(cuò)流方式運(yùn)行，將超濾裝置錯(cuò)流閥開至合適位置。
(3)嚴(yán)格控制反滲透系統(tǒng)的回收率，應(yīng)在設(shè)計(jì)回收率范圍內(nèi)運(yùn)行。
(4)反滲透系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行2 h應(yīng)停機(jī)，使用反滲透產(chǎn)水對(duì)反滲透膜進(jìn)行1次10 min左右的沖洗，以降低反滲透濃水側(cè)難溶金屬鹽的濃度，減輕其在膜表面的結(jié)垢。
(5)超濾膜跨膜壓差達(dá)到0.1 MPa以上及反滲透在正常給水壓力下產(chǎn)水量較正常值下降10%~15%時(shí)，需對(duì)超濾膜、反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗液配方應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)膜污堵污染物的實(shí)際情況確定。
4 系統(tǒng)運(yùn)行效果
系統(tǒng)經(jīng)過1個(gè)月的連續(xù)運(yùn)行，出水水質(zhì)水量穩(wěn)定，膜處理系統(tǒng)運(yùn)行工況良好。將回用水與原生產(chǎn)工藝用水進(jìn)行對(duì)比，回用水水質(zhì)優(yōu)于原生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)，能更好地滿足化工生產(chǎn)要求。
01 超濾膜運(yùn)行效果
超濾膜連續(xù)運(yùn)行情況如圖2所示。
從圖2可以看出，連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月，超濾膜的跨膜壓差有所上升，但一直維持在可接受范圍內(nèi)。隨著跨膜壓差的上升，超濾產(chǎn)水量呈下降趨勢。在反滲透進(jìn)水管保安過濾器前測定進(jìn)水淤塞指數(shù)(SDI)，SDI在2~3，符合反滲透膜進(jìn)水條件。
02 反滲透膜運(yùn)行效果
反滲透膜運(yùn)行壓差及產(chǎn)水量變化情況如圖3所示。
由圖3可見，隨著反滲透膜截留污染物和鹽分的不斷增加，運(yùn)行壓差呈上升趨勢，膜通量和產(chǎn)水量也隨之下降。
反滲透膜過濾孔徑在納米級(jí)，能去除相對(duì)分子質(zhì)量在數(shù)百以下的分子和離子，使廢水中大部分鹽分被去除掉。運(yùn)行情況表明，反滲透系統(tǒng)對(duì)鹽分的去除率趨于穩(wěn)定，在98%以上。產(chǎn)水電導(dǎo)率在230 μS/cm左右，離子含量較低。此外，反滲透產(chǎn)水中的氯離子、含鹽量等指標(biāo)可達(dá)到化工生產(chǎn)工藝回用的需要。
03 系統(tǒng)運(yùn)行問題
超濾膜和反滲透膜壓差達(dá)到一定程度后用鹽酸進(jìn)行化學(xué)清洗，膜通量可以很好地恢復(fù)到設(shè)計(jì)通量范圍內(nèi)。
系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)5 μm保安過濾器壓差上升較快，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行造成一定影響。將保安過濾器濾芯拆下后，發(fā)現(xiàn)為鈣鹽等金屬鹽沉淀造成，經(jīng)鹽酸浸泡后可以恢復(fù)正常壓差。整個(gè)系統(tǒng)含鹽量較高是保安過濾器濾芯污染的主要原因。
由于系統(tǒng)采用多介質(zhì)和超濾作為反滲透處理系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，過濾精度已經(jīng)較高，反滲透進(jìn)水管上SDI保持在1.5~3。為解決保安過濾器運(yùn)行壓差上升較快的問題，可考慮使用過濾孔徑較大的保安過濾器濾芯。
5 結(jié)論
(1)采用雙膜法處理化工廢水，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物、硬度的去除效果較好，TDS去除率可穩(wěn)定在97%以上，反滲透產(chǎn)水回用于化工生產(chǎn)工藝，反滲透濃水用于沖灰。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)集團(tuán)廢水的“近零排放”，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著。
(2)隨著系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，超濾膜和反滲透膜均有一定程度的污染，壓差有所上升，產(chǎn)水量有所下降。經(jīng)過化學(xué)清洗后膜通量可以恢復(fù)到設(shè)計(jì)值。
(3)為保證系統(tǒng)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，可考慮使用過濾孔徑為10 μm的保安過濾器濾芯。
