工業(yè)污水處理試驗方法與結(jié)果分析研究

李團結(jié)

摘 要：該文基于筆者多年從事污水再生處理的相關(guān)研究經(jīng)驗，以超濾在鋼廠污水再生中的應(yīng)用為研究對象，分析探討了超濾用于鋼廠污水再生的相關(guān)問題與方法，全文是筆者長期工作基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：超濾 鋼廠 污水回用 膜污染

中圖分類號：X52 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0019-01

工業(yè)污水再生利用是緩解我國用水資源緊張和水環(huán)境污染的有效途徑。鋼鐵廠污水具有水量大，便于回用的特點，而應(yīng)用超濾/反滲透深度處理污水處理站出水，可以作為鍋爐補給水處理系統(tǒng)的給水、循環(huán)水的補充水，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。為考察超濾/反滲透集成膜工藝在鋼鐵廠污水回用中的穩(wěn)定與工程效果，同時研究運行過程中超濾膜的污染情況，并確定最佳的清洗藥劑和藥劑濃度，于2014年5～8月，在某鋼鐵公司進行了超濾/反滲透污水深度處理并回用的中試研究。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

中試在某鋼鐵廠的污水處理站進行。原水為污水處理站出水，超濾出水用作反滲透的原水和超濾膜的反沖洗水。采用氣、水反沖洗控制超濾膜污染。超濾膜采用抽吸式聚偏氟乙烯中空纖維膜，孔徑為0·04 μm，有效膜面積為112 m2，過濾方式為錯流過濾，設(shè)計處理能力為2 m3/h，回收率為90%。

一個膜組件包括固定在垂直機構(gòu)上的中空纖維膜、設(shè)在機構(gòu)底部和頂部的透過液集水管。每個集水管包含有一層穿過膜絲的密封樹脂，使得膜的內(nèi)腔與管道相連以收集透過液。中空纖維膜要比頂部和底部的集水管之間的距離略長。2個硬直角管將2個集水管相連，同時將它們的位置固定。其中一個直角管將來自底部水管中的透過液運送至頂部水管；另一個將來自曝氣器的空氣全部運送至底部水管。同時，平緩的曝氣搖動中空纖維膜并且在水槽中產(chǎn)生一種氣升式循環(huán)模式。周期式反脈沖可以減小膜面的濃差極化，有效地降低了膜的污染。

1.2 試驗原水水質(zhì)

中試原水采用某鋼污水處理站的二級出水，原水水質(zhì)為：pH7.83，堿度（以CaCO3計）3.2 mg/L，氯根42.8 mg/L，硬度（以CaCO3計）11.4 mg/L，COD50.4 mg/L，濁度0.3～28.9NTU。

1.3 試驗方法

試驗每天連續(xù)運行，每隔一定時間記錄一次數(shù)據(jù)，包括超濾進水、產(chǎn)水、濃水流量和溫度，每隔一定時間分別從原水進水口、超濾膜系統(tǒng)產(chǎn)水和濃水出口取出水樣，進行水質(zhì)分析測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 濁度的去除

懸浮顆粒和膠體是堵塞RO膜的主要因素。試驗期間，原水的濁度為0.3～28.9 NTU，而超濾出水濁度為0～0.57 NTU，平均濁度為0.08 NTU，其去除率幾乎為100%。這是由于超濾膜的孔徑較小，可以在不投加任何藥劑的情況下，截留水中幾乎全部的膠體和懸浮顆粒物。超濾的采用有效克服了傳統(tǒng)預(yù)處理中化學(xué)藥品用量大、無法徹底去除水中生物絮體和膠體物質(zhì)的弊端，為反滲透提供了良好的預(yù)處理。

2.2 SDI的變化

SDI值（淤泥密度指數(shù)）是表征RO系統(tǒng)進水水質(zhì)的重要指標(biāo)。試驗中，對超濾出水的SDI值進行了檢測，頻率為每3 d一次。在超濾系統(tǒng)運行期間，SDI比較穩(wěn)定，基本在1～2之間浮動，符合反滲透進水SDI值小于3的要求。其他出水水質(zhì)指標(biāo)為：COD為28～32 mg/L，去除率在40%～44%。超濾對進水的電導(dǎo)及TDS沒有明顯的去除效果，主要是由于超濾受到過濾孔徑的限制，無法去除水中溶解性離子。綜上所述，超濾可有效去除原水中的濁度，對有機物也有較好的去除效果。

3 膜污染與清洗

試驗期間，超濾產(chǎn)水量始終保持在2 m3/h。試驗期間，對設(shè)備每周進行維護性清洗，同時在生產(chǎn)過程中進行反沖洗和氣擦洗。在系統(tǒng)運行初期，透膜壓力始終保持在比較低的范圍內(nèi)，變化比較平緩。在試驗的30～34 d進行了水力峰值試驗，將產(chǎn)水量提升至2.5 m3/h，壓差由10 kPa提升至16 kPa，之后恢復(fù)2.0 m3/h的產(chǎn)水量。系統(tǒng)運行至58 d，使用鹽酸進行了在線化學(xué)清洗。壓差由25 kPa降至15 kPa，膜清洗如圖1所示。

3.1 在線清洗

當(dāng)透膜壓差出現(xiàn)較明顯的增長時（△TMP>5 kPa），則設(shè)備需要進行在線清洗。超濾的維護性清洗主要采用0.02%次氯酸鈉溶液。清洗時間30 min左右。清洗周期在實驗初期為7 d，隨著超濾的運行，污染情況加重，清洗周期逐漸縮短為5 d。在清洗過程中，也嘗試使用檸檬酸，對膜通量的恢復(fù)沒有明顯作用，但SDI值出現(xiàn)了下降。在對超濾膜進行維護性清洗的過程中發(fā)現(xiàn)，維護性清洗并不能帶來膜通量的顯著恢復(fù)，但能夠抑制膜污染。同時，通過使用不同濃度的次氯酸鈉進行清洗，對比清洗效果，在0.02%～0.03%這個范圍內(nèi)，濃度越高，其清洗效果就越好，>0.03%，則無明顯效果。

3.2 化學(xué)清洗

試驗進行至100 d時，透膜壓力出現(xiàn)高位報警（TMP>50 kPa），一個生產(chǎn)周期結(jié)束，需要對膜進行化學(xué)清洗。試驗?zāi)┢诜謩e應(yīng)用檸檬酸和次氯酸鈉進行化學(xué)清洗，應(yīng)用檸檬酸進行化學(xué)清洗，過濾壓差由51 kPa降低至31 kPa；而應(yīng)用次氯酸鈉進行二次清洗時，過濾壓差降從31 kPa低至18 kPa。二者清洗效果較為顯著。在膜的清洗過程中，檸檬酸用于去除膜絲表面的金屬結(jié)垢，而次氯酸鈉則用于去除膜絲表面的微生物。由化學(xué)清洗所取得的效果可以看出，膜污染的成因是水中金屬鹽類在膜絲表面結(jié)垢以及微生物污染。從試驗設(shè)備的運行情況可以看出，超濾設(shè)備在保證處理效果的同時，生產(chǎn)周期能夠維持在70～80 d。綜上所述，超濾工藝能有效去除原水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，克服了傳統(tǒng)反滲透預(yù)處理工藝無法徹底去除水中生物絮體和膠體物質(zhì)的弊端，延長了反滲透膜的清洗周期和使用壽命，是一種理想的反滲透預(yù)處理工藝。

4 結(jié)語

（1）應(yīng)用超濾作為反滲透的預(yù)處理措施，來處理鋼鐵污水廠的二級出水，產(chǎn)水水質(zhì)能控制在比較穩(wěn)定的區(qū)域，主要技術(shù)指標(biāo)能夠符合反滲透的技術(shù)要求，濁度的去除率達到95%以上，出水的SDI值保持在3以下。（2）在應(yīng)用次氯酸鈉進行在線清洗的試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)次氯酸鈉的濃度在0.02%～0.03%這個范圍內(nèi)，濃度越高，其清洗效果就越好，>0.03%，則無明顯改善效果。（3）應(yīng)用次氯酸鈉及檸檬酸進行化學(xué)清洗效果較好，說明引起膜污染的主要原因是金屬離子結(jié)垢和微生物、細(xì)菌的污染。（4）應(yīng)用PVDF中空纖維超濾膜，能夠有效防止?jié)獠顦O化，抑制污染，并能經(jīng)受較高濃度的化學(xué)藥劑清洗（鹽酸、檸檬酸、次氯酸鈉），可維持較長時間的運行周期，運行周期能夠達到70～80 d。

參考文獻

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