造紙廢水中水回用工程實(shí)例

文_何建龍 江蘇凱米膜科技股份有限公司

1 項(xiàng)目概況

安徽省某造紙企業(yè)總投資8億多元，采用再生廢紙為造紙?jiān)?，廢水采用厭氧-好氧-芬頓三級(jí)處理工藝，處理后達(dá)到《制漿造紙工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB3544-2008）。中水回用項(xiàng)目投資2800萬(wàn)元，取部分外排水進(jìn)行中水回用，產(chǎn)清水能力為400m3/h，回收率63%。

2 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

本次中水回用項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為400m3/h，水源為處理達(dá)標(biāo)的廢水，回收后為其他廠區(qū)提供清水使用，具體設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

3 工藝選擇及工藝流程

目前，雙膜法是水處理領(lǐng)域中最常用的中水回用工藝。經(jīng)過(guò)超濾-反滲透的組合工藝，出水TDS的去除率可以達(dá)到99%以上，CODCr可以控制在10mg/L以內(nèi)，SS、濁度基本為0，滿足工藝回用水質(zhì)的要求。但是，各種膜技術(shù)也存在明顯的缺點(diǎn)，即存在膜污染。公司造紙廢水采用芬頓氧化的三級(jí)處理工藝，生化出水進(jìn)入芬頓調(diào)節(jié)池，依次經(jīng)過(guò)酸化反應(yīng)池、中和反應(yīng)池、斜板沉淀池、無(wú)閥濾池后可達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)早知廢水的高污染性并且含有鐵離子的特點(diǎn)，本項(xiàng)目中采用浸沒(méi)式超濾-錳砂過(guò)濾-反滲透組合工藝進(jìn)行中水回用。

4 主要處理構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 原水預(yù)處理

原水經(jīng)泵提升進(jìn)水后，依次經(jīng)過(guò)管道混合器和自清洗過(guò)濾器進(jìn)入超濾水池。

①管道混合器采用304不銹鋼材質(zhì)，規(guī)格為DN250，設(shè)置PAC及NaOH加藥口。配備離心泵3臺(tái)，2用1備，Q=336 m3/h，H=20m；PAC加藥裝置1套，1m3PE溶藥儲(chǔ)罐1座，77L/h加藥泵2臺(tái)，1用1備；堿液加藥裝置，1m3PE溶藥儲(chǔ)罐1座，150L/h加藥泵2臺(tái)，1用1備。

②設(shè)置自清洗過(guò)濾器2臺(tái)，1用1備，過(guò)濾精度為500μm。過(guò)濾器具有過(guò)濾效果好，可連續(xù)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。水從過(guò)濾器的進(jìn)口管進(jìn)入后，通過(guò)濾網(wǎng)再經(jīng)由出口管向外流出，雜質(zhì)積累在內(nèi)表面形成濾餅，隨著濾網(wǎng)攔截的雜質(zhì)的增加，過(guò)濾器進(jìn)出口之間將產(chǎn)生壓差。

控制系統(tǒng)本體上裝設(shè)有壓差開(kāi)關(guān)，當(dāng)壓差達(dá)到設(shè)定值（通常是0.05MPa）時(shí)，過(guò)濾器開(kāi)始自清洗。在過(guò)濾器自清洗過(guò)程中，系統(tǒng)并不斷流，過(guò)濾器的排污閥打開(kāi)，馬達(dá)啟動(dòng)并驅(qū)動(dòng)過(guò)濾器內(nèi)部的刷式清洗裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，將濾網(wǎng)攔截的雜質(zhì)刷下并通過(guò)排污閥排出。整個(gè)沖洗過(guò)程只需十幾秒鐘，清洗時(shí)系統(tǒng)不斷流。

4.2 浸沒(méi)式超濾

浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)是指將超濾膜件浸沒(méi)在被處理的水中，采用抽吸的方式將水以及其他小分子物質(zhì)、溶解性鹽類等穿透過(guò)膜層，變成產(chǎn)水。它可以有效截留各類懸浮固體顆粒、膠體、微生物、細(xì)菌以及病毒等雜質(zhì)，使?jié)馑彤a(chǎn)水完全分離開(kāi)。

浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)的控制模式主要包括有：產(chǎn)水模式、反洗模式。產(chǎn)水模式是指將原水處理成可排放或可回用的凈水。通常每一個(gè)膜系列需要1臺(tái)產(chǎn)水泵。在過(guò)濾時(shí)，產(chǎn)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，在膜絲內(nèi)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)真空，將產(chǎn)水抽出。這個(gè)正向抽吸過(guò)程持續(xù)20～30min，然后進(jìn)行周期性反洗。產(chǎn)水泵的流量可以通過(guò)變頻器進(jìn)行控制。伴隨著產(chǎn)水的抽出，污水的濃縮，污染物漸漸在膜絲表面聚積，造成膜絲表面阻力的增加。為此需要利用超濾反洗泵進(jìn)行周期性反洗，反洗通量為40～45L/（m2·h），持續(xù)時(shí)間20～40s。

本項(xiàng)目設(shè)置選用了16套浸沒(méi)式膜組件，總面積為21600m2，平均設(shè)計(jì)通量為32L/（m2·h）。超濾系統(tǒng)的回收率90%以上，配套構(gòu)筑物包括以下部分。

①超濾水池。全地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐，每格6.3m×2.7 m×3.5m，有效容積54m3，共3格。

②超濾膜組件。單套膜面積1350m2，共16套，總面積21600m2。③超濾產(chǎn)水泵4臺(tái)，316不銹鋼材質(zhì)，Q=175m3/h，H=10m。④超濾反洗泵2臺(tái)，1用1備，316不銹鋼材質(zhì)，Q=211m3/h，H=10m。

⑤吹掃風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備，Q=22Nm3/h，風(fēng)壓40kPa。

⑥化學(xué)加藥系統(tǒng)。次氯酸鈉加藥系統(tǒng)，10m3PE儲(chǔ)罐1座，MC計(jì)量泵2臺(tái)，1用1備，Q=103L/h，RC計(jì)量泵1臺(tái)，Q=514L/h；鹽酸加藥系統(tǒng)，1m3PE儲(chǔ)罐1座，MC計(jì)量泵2臺(tái)，1用1備，Q=100L/h。

⑦超濾產(chǎn)水罐。由于場(chǎng)地限制，采用304不銹鋼水罐，Φ6.0 m×7.5m，有效容積200m3。

4.3 錳砂過(guò)濾

由于廢水處理過(guò)程中，采用芬頓氧化的三級(jí)處理工藝，必然導(dǎo)致水中存在較多的二價(jià)鐵離子，在pH＞6并且水中溶氧＞0.5mg/L時(shí)，廢水中的二價(jià)鐵離子會(huì)被氧化成三價(jià)鐵離子，會(huì)形成難溶性的膠體氫氧化鐵顆粒。因此，本項(xiàng)目設(shè)置錳砂除鐵工藝作為反滲透的預(yù)處理。

錳砂除鐵是利用錳砂濾料表面沉積的活性濾膜完成的，廢水中的二價(jià)鐵離子與溶解氧一同進(jìn)入錳砂層，在錳砂濾層的接觸催化作用下，完成二價(jià)鐵的氧化和截留。配套構(gòu)筑物以下部分。

①砂濾進(jìn)水泵5臺(tái)，4用1備，304不銹鋼材質(zhì)，Q=170m3/h，H=20m。

②錳砂濾池。全地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，每格6.0m×3.0 m×4.2m，共3格，采用1～2mm錳砂濾料，濾層有效厚度1.5m。

③砂濾反洗泵，1臺(tái)，304不銹鋼材質(zhì)，Q=780m3/h，H=20m。

④砂濾產(chǎn)水罐。由于場(chǎng)地限制，采用304不銹鋼水罐，Φ8.0m×4.5m，有效容積200m3。

4.4 反滲透預(yù)處理

①本項(xiàng)目反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)回收率為70%，濃水側(cè)離子將濃縮約3倍。根據(jù)廢水中的離子特點(diǎn)，選用分散難溶物質(zhì)垢較好的阻垢劑。本項(xiàng)目置一套加阻垢劑單元，阻垢劑單元考慮一箱二泵制，計(jì)量泵為1備1用，加藥量20L/h，加藥點(diǎn)設(shè)在反滲透保安過(guò)濾器進(jìn)口母管，加藥量根據(jù)反滲透給水總量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

②反滲透膜為芳香族聚酰胺復(fù)合膜，該種膜不能耐余氯，而預(yù)處理超濾出水中會(huì)含有少量的余氯，為此本項(xiàng)目設(shè)置一套加還原劑單元。反滲透還原劑加藥計(jì)量泵為1用1備，加藥量20 L/h，加藥點(diǎn)設(shè)在反滲透保安過(guò)濾器進(jìn)口母管，加藥量根據(jù)反滲透給水總量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

③反滲透系統(tǒng)在夏季運(yùn)行時(shí)，易造成有機(jī)物和微生物污染，為此本項(xiàng)目設(shè)置一套非氧化性殺菌劑單元。非氧化性殺菌劑單元考慮一箱二泵制，計(jì)量泵為1用1備，加藥量20L/h，加藥點(diǎn)設(shè)在反滲透保安過(guò)濾器進(jìn)口母管，加藥量根據(jù)反滲透給水總量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

④保安過(guò)濾器用來(lái)去除水中殘余的顆粒雜質(zhì)，以免帶進(jìn)反滲透膜對(duì)系統(tǒng)造成影響。保安過(guò)濾器濾芯的過(guò)濾精度為5μm，本項(xiàng)目共建設(shè)4套保安過(guò)濾器，使用大流量折疊式濾芯，濾芯長(zhǎng)度為40英寸（1.016m）。

⑤反滲透給水泵，5臺(tái)，4用1備，304不銹鋼材質(zhì)，Q=143 m3/h，H=20m。

4.5 反滲透

錳砂過(guò)濾產(chǎn)水通過(guò)反滲透供水泵送入保安過(guò)濾器，然后再經(jīng)高壓泵加壓后進(jìn)入反滲透膜組件進(jìn)行脫鹽。反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)4套反滲透裝置，單套出力為100m3/h，回收率按70%考慮，采用一級(jí)兩段的膜組件配置方式。本項(xiàng)目推薦按18：9設(shè)置膜組件的排列方式，平均設(shè)計(jì)膜通量為16.68lmh，壓力容器長(zhǎng)度按6m考慮。具體參數(shù)如下：

①反滲透高壓泵4臺(tái)，304不銹鋼材質(zhì)，Q=143m3/h，H=120m。②反滲透膜系統(tǒng)4套，含有膜元件648支，單支膜元件37m2。③反滲透產(chǎn)水罐采用304不銹鋼水罐，Φ6.0m×7.5m，有效容積200m3。

④反滲透濃水罐罐采用304不銹鋼水罐，Φ6.0m×7.5m，有效容積200m3。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目總投資2800萬(wàn)元，日產(chǎn)清水能力可達(dá)9600m3/h，每產(chǎn)1t清水的成本為1.27元/m3（包含電費(fèi)與藥劑費(fèi)用）。

6 結(jié)語(yǔ)

從本項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)果表明，采用“浸沒(méi)式超濾-錳砂過(guò)濾-反滲透”的組合工藝，出水水質(zhì)良好，可以滿足其他廠區(qū)替代清水使用。對(duì)廢水中的污染因子做針對(duì)性的預(yù)處理，可以保障中水回用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。并且在適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行維護(hù)條件下，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，膜系統(tǒng)性能沒(méi)有明顯的衰減。