雙膜法處理化工廢水及回用工程應用

采用超濾膜及反滲透膜工藝處理某化工集團產生的化工廢水并回用。結果表明，系統對污染物去除效果較好，電導率去除率可穩定在98%以上。系統產水水質、水量穩定，產水可回用于化工生產工藝，滿足化工工藝要求，實現了生產廢水"近*"的目標。

新疆某化工集團生產廢水主要來自該集團各生產單位外排廢水。由于產品和工藝不同，廢水水質波動較大，其處理采用收集不同類型廢水進行集中處理、排放地表水體的方式。隨著國家環保要求的進一步提高，傳統的廢水集中處理方式已不能滿足環保要求。

為此，該集團采用超濾、反滲透工藝對集中處理后的化工廢水進行深度處理，并回用化工生產，以實現廢水“近*”的目標。筆者介紹了該項目的處理工藝、膜結垢與污堵的控制措施，以及系統運行情況，為行業內相關項目運行提供一定經驗。

1 廢水水質與水量

集中收集的總廢水經兩級石灰—絮凝沉淀法去除部分無機懸浮物、有機污染物及鈣鎂離子，產水一部分供廠區沖洗地面和衛生間，一部分供超濾、反滲透膜系統使用。膜系統處理水量為3 600 t/d，其進水水質如表1所示。

2 處理工藝

該工程系統進水具有高溶解固體含量(TDS)、高硬度、高pH、高有機物(COD)等特點，處理工藝主要考慮去除無機懸浮物、有機污染物及鈣鎂離子，使系統產水中的離子含量達到可接受范圍，產水回用于化工工藝過程不致對化工產品質量產生不利影響。

反滲透膜技術可以很好地達到去除離子的目的。根據原水水質，設計采用投加純堿降鈣+常規絮凝沉淀+多介質過濾(MMF)+超濾膜法(UF)+反滲透膜法(RO)工藝進行處理。

該工藝具有占地面積小、處理水量大、產水水質穩定、全自動PLC+上位機控制運行、操作簡單等特點。工藝流程如圖1所示。

采用蘇伊士水務技術(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，單套產水75 m3/h，回收率70%。在線流量、pH、電導率、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(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計量泵。

3 工藝流程重點

采用超濾膜與反滲透膜技術處理廢水，關鍵是防止膜組件的污堵和結垢，同時保證膜的產水通量。采用以下措施控制膜的結垢與污堵風險。

01 絮凝劑、助凝劑和純堿的投加

在絮凝反應池中投加適量絮凝劑(PAC)、助凝劑(PAM)和足量純堿，經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膜的高分子材質類同，過量PAM到達RO膜后會導致RO膜嚴重污堵，且無法通過化學清洗恢復膜通量。因此，只能適量投加助凝劑，合適PAC和PAM聯合投加量根據現場小試確定。

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境中形成難溶沉淀物，并在膜表面形成結垢。為防止重金屬離子在膜表面沉淀結垢，調節原水pH至關重要。在沉淀池產水至多介質過濾器的進水管上投加鹽酸，調節pH至7~7.5，能有效控制重金屬離子在反滲透膜表面的結垢。

03 多介質過濾器

為有效提高超濾膜進水水質，在超濾膜前設置多介質過濾器。多介質過濾器用粗石英砂、細石英砂和片狀無煙煤為過濾介質。廢水經多介質過濾器過濾后，產水濁度保持在1~2 NTU，減輕了后續超濾系統的運行負荷，有效降低了超濾膜的污堵風險。

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，在超濾系統設置2個氧化劑(次氯酸鈉)投加點，一處在超濾進水管上，另一處在超濾反洗管路上。投加氧化劑可使超濾運行跨膜壓差(TMP)和產水通量穩定維持在設計水平。

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行過程中結垢的主要因素。為有效防止反滲透膜結垢，在反滲透膜進水管中投加適量阻垢劑。

超濾穩定產水后，需對超濾產水進行全水質分析，采用DOW FilmtecTM ROSA9.1反滲透計算軟件計算超濾產水進入反滲透膜是否有結垢風險。經分析，超濾產水進反滲透膜存在BaSO4、SrSO4的結垢風險，軟件提示需投加阻垢劑以降低表面結垢風險。采用OSMOTREAT OSM35阻垢劑(納爾科工業服務有限公司)，該產品可有效降低BaSO4、SrSO4和CaF2等難溶鹽在反滲透膜表面的結垢風險。用OSMAS計算軟件計算OSM35阻垢劑的投加量。

06 超濾膜與反滲透膜注意事項

系統水源為經深度處理后的工業廢水，為防止污染物在膜表面形成累積污染，系統運行中應注意以下事項。

(1)超濾系統連續運行20~30 min應進行1次夾氣反洗。經過8次夾氣反洗后進行1次加強反洗，以恢復超濾膜的過濾通量。加強反洗采用加鹽酸和加堿的方式進行。

(2)超濾宜采用錯流方式運行，將超濾裝置錯流閥開至合適位置。

(3)嚴格控制反滲透系統的回收率，應在設計回收率范圍內運行。

(4)反滲透系統連續運行2 h應停機，使用反滲透產水對反滲透膜進行1次10 min左右的沖洗，以降低反滲透濃水側難溶金屬鹽的濃度，減輕其在膜表面的結垢。

(5)超濾膜跨膜壓差達到0.1 MPa以上及反滲透在正常給水壓力下產水量較正常值下降10%~15%時，需對超濾膜、反滲透膜進行化學清洗。化學清洗液配方應根據系統膜污堵污染物的實際情況確定。

4 系統運行效果

系統經過1個月的連續運行，出水水質水量穩定，膜處理系統運行工況良好。將回用水與原生產工藝用水進行對比，回用水水質優于原生產工藝用水水質，能更好地滿足化工生產要求。

01 超濾膜運行效果

超濾膜連續運行情況如圖2所示。

從圖2可以看出，連續運行1個月，超濾膜的跨膜壓差有所上升，但一直維持在可接受范圍內。隨著跨膜壓差的上升，超濾產水量呈下降趨勢。在反滲透進水管保安過濾器前測定進水淤塞指數(SDI)，SDI在2~3，符合反滲透膜進水條件。

02 反滲透膜運行效果

反滲透膜運行壓差及產水量變化情況如圖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，運行壓差呈上升趨勢，膜通量和產水量也隨之下降。

反滲透膜過濾孔徑在納米級，能去除相對分子質量在數百以下的分子和離子，使廢水中大部分鹽分被去除掉。運行情況表明，反滲透系統對鹽分的去除率趨于穩定，在98%以上。產水電導率在230 μS/cm左右，離子含量較低。此外，反滲透產水中的氯離子、含鹽量等指標可達到化工生產工藝回用的需要。

03 系統運行問題

超濾膜和反滲透膜壓差達到一定程度后用鹽酸進行化學清洗，膜通量可以很好地恢復到設計通量范圍內。

系統運行過程中發現5 μm保安過濾器壓差上升較快，對整個系統連續運行造成一定影響。將保安過濾器濾芯拆下后，發現為鈣鹽等金屬鹽沉淀造成，經鹽酸浸泡后可以恢復正常壓差。整個系統含鹽量較高是保安過濾器濾芯污染的主要原因。

由于系統采用多介質和超濾作為反滲透處理系統的預處理工藝，過濾精度已經較高，反滲透進水管上SDI保持在1.5~3。為解決保安過濾器運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 結論

(1)采用雙膜法處理化工廢水，系統對有機污染物、硬度的去除效果較好，TDS去除率可穩定在97%以上，反滲透產水回用于化工生產工藝，反滲透濃水用于沖灰。整個系統運行可實現集團廢水的“近*”，經濟和環境效益顯著。

(2)隨著系統的連續運行，超濾膜和反滲透膜均有一定程度的污染，壓差有所上升，產水量有所下降。經過化學清洗后膜通量可以恢復到設計值。

(3)為保證系統長時間連續運行，可考慮使用過濾孔徑為10 μm的保安過濾器濾芯。