復(fù)合式軟化及膜濃縮技術(shù)在光伏廢水處理中的應(yīng)用

楊國(guó)敏

（海樂(lè)樂(lè)（中國(guó)）有限公司，上海201600）

工礦企業(yè)循環(huán)冷卻水用量極大，占到企業(yè)總用水量的65%~80%〔1〕，為了節(jié)約用水，可以采取提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)的方法。膜濃縮是常用的脫鹽手段，如果將膜濃縮應(yīng)用到對(duì)循環(huán)水的處理，則相當(dāng)于可以將原來(lái)意義上的“循環(huán)水濃縮倍數(shù)”進(jìn)一步提高，例如：循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)為4，處理其排污水的膜系統(tǒng)回收率為80%，即膜濃縮5倍，則相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)濃縮倍數(shù)為20，節(jié)水效果非常明顯。但對(duì)于過(guò)濾孔徑只有0.1 nm級(jí)的反滲透膜，其對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求非常嚴(yán)格，預(yù)處理效果不好，會(huì)引起膜壽命大幅下降甚至損壞，造成運(yùn)行成本升高。筆者對(duì)內(nèi)蒙古盾安光伏科技有限公司綜合廢水處理系統(tǒng)的水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，來(lái)探討化學(xué)軟化及膜濃縮在工業(yè)化應(yīng)用中的效果，以期為相關(guān)的研究或設(shè)計(jì)提供參考。

1 項(xiàng)目概況

內(nèi)蒙古盾安光伏科技有限公司全廠綜合廢水主要包括循環(huán)水處理站的膜濃縮液及少量其他雜用水，循環(huán)水處理站采用“過(guò)濾+超濾+反滲透”工藝對(duì)循環(huán)排污水進(jìn)行處理，回收率91.7%左右，相當(dāng)于濃縮12倍，其產(chǎn)生的脫鹽水回用，濃縮液則進(jìn)入綜合廢水處理系統(tǒng)，綜合廢水處理系統(tǒng)于2018年6月開(kāi)始調(diào)試，并于7月開(kāi)始正常運(yùn)行。

綜合廢水處理系統(tǒng)處理能力：120 m3/h，透過(guò)液量108 m3/d，總回收率90%，相當(dāng)于在原來(lái)12倍的基礎(chǔ)上再濃縮10倍，即120倍濃縮，產(chǎn)出的脫鹽水作為循環(huán)水補(bǔ)充水。設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2 工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明

根據(jù)回收率要求及表1的進(jìn)水要求（硬度較高、鹽分較高、含硅），綜合廢水處理采用“加藥及離子交換的復(fù)合式軟化+多級(jí)膜濃縮”工藝設(shè)計(jì)。其工藝流程如圖1所示。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)

圖1 工藝流程

（1）綜合廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)均質(zhì)均量后進(jìn)入軟化反應(yīng)池，通過(guò)投加NaOH和碳酸鈉去除水中硬度，再通過(guò)混凝沉淀進(jìn)行泥水分離，其中部分污泥回流，使過(guò)量的藥劑充分反應(yīng)。上清液通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾去除殘余懸浮物，經(jīng)過(guò)離子交換進(jìn)一步除硬后，依次進(jìn)入超濾和RO（反滲透），反滲透的濃縮液進(jìn)入濃水RO，透過(guò)液經(jīng)過(guò)pH回調(diào)后回用。濃水RO的透過(guò)液進(jìn)入反滲透再回收，其濃縮液進(jìn)入中高壓RO，進(jìn)一步濃縮。中高壓RO的透過(guò)液進(jìn)入RO再回收，其濃縮液則進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)全部沖洗水、再生水、化學(xué)清洗水等均進(jìn)入調(diào)節(jié)池再回收。

（3）系統(tǒng)配藥、沖洗、化學(xué)清洗等內(nèi)部用水全部來(lái)自RO透過(guò)液。

（4）為防止硅污染，膜系統(tǒng)在高pH下運(yùn)行。

3 運(yùn)行分析

3.1 復(fù)合式軟化原理

本系統(tǒng)復(fù)合式軟化包括加藥軟化和離子交換。加藥軟化主要利用氫氧根離子和碳酸根離子與鈣、鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)〔2〕，生成Mg（OH）2和CaCO3沉淀。離子交換主要利用弱酸樹(shù)脂的吸附選擇性，吸附鈣、鎂離子〔3〕。

3.2 水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

本系統(tǒng)內(nèi)部回流及清洗液回流現(xiàn)象較多，單一的瞬時(shí)數(shù)據(jù)不具有代表性，因此采用平均值法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)2018年6月—2019年11月期間的系統(tǒng)水質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果見(jiàn)表2。其中2018年6月為調(diào)試期。

表2 水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)

從表2可以看出：原水硬度最高1 334 mg/L，最低595 mg/L，最高值為最低值的2倍以上，波動(dòng)較大且沒(méi)有規(guī)律；除去調(diào)試階段的數(shù)值，軟化后水的總硬度在126~366 mg/L，離子交換后水的總硬度在2~80 mg/L。

結(jié)合工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況，原水總硬度的波動(dòng)幅度較大，加上本系統(tǒng)并沒(méi)有在線硬度監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)化驗(yàn)又存在滯后性，因此無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)整，通常存在加藥不足或過(guò)量的情況。離子交換系統(tǒng)按累積運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行再生，受進(jìn)水硬度的波動(dòng)影響，飽和后依然運(yùn)行、非飽和即進(jìn)行再生的情況無(wú)法避免。

按照化學(xué)反應(yīng)的理想狀態(tài)，2 mol的鈉離子（23 g/mol）置換1 mol的鈣離子（40 g/mol），水的電導(dǎo)率或者說(shuō)含鹽量變化不大。從表2可以看出，加藥軟化前后電導(dǎo)率增加幅度明顯，且沒(méi)有規(guī)律，很可能是引入的鈉離子的量比置換出的鈣離子的量要多〔4〕。離子交換前后水的電導(dǎo)率或者說(shuō)含鹽量，除2018年11月及2019年1月出現(xiàn)兩次較大變化，其余時(shí)間均變化不大，即離子交換前后電導(dǎo)率變化有增加有減少，多數(shù)符合離子交換的規(guī)律。

從去硬效果來(lái)看，除去2018年6月份調(diào)試期，加藥軟化后平均總硬度在300 mg/L以上為1個(gè)月份，占比12.5%，300 mg/L以下占比87.5%，200 mg/L以下占比37.5%；離子交換后平均總硬度在10 mg/L以下的占比50%，說(shuō)明加藥軟化和離子交換分別將總硬度降到200 mg/L和10 mg/L以下是有可能實(shí)現(xiàn)的，但從占比情況來(lái)看，實(shí)現(xiàn)精度控制難度較大。

軟化pH控制在10左右，因此產(chǎn)生的軟化污泥呈堿性，目前用于廠區(qū)內(nèi)酸性廢水的中和，作進(jìn)一步利用。

3.3 膜運(yùn)行狀況

膜運(yùn)行數(shù)據(jù)采集量較少，僅拿到2019年2月和11月數(shù)據(jù)，由于膜系統(tǒng)的脫鹽率（利用電導(dǎo)率比值進(jìn)行近似計(jì)算）、回收率、透過(guò)液量、進(jìn)水壓力、進(jìn)水電導(dǎo)率等參數(shù)本身具有相關(guān)性，且比較復(fù)雜，加上系統(tǒng)回流和清洗情況會(huì)對(duì)以上參數(shù)造成直接的影響，對(duì)不同時(shí)期進(jìn)行量化對(duì)比和相關(guān)性分析是很困難的。所以僅對(duì)該時(shí)期的膜的性能是否正常進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果見(jiàn)表3~表5。

表3 2019年RO運(yùn)行狀況

表4 2019年濃水RO運(yùn)行狀況

表5 2019年中高壓RO運(yùn)行狀況

RO系統(tǒng)分3段，第2、第3段設(shè)置段間增壓泵，采用陶氏BW30FR-400/34i膜元件。從表3可以看出，脫鹽率無(wú)明顯變化，回收率和透過(guò)液流量均在正常范圍內(nèi)，性能無(wú)明顯衰減。

濃水RO分2段，第2段設(shè)置段間增壓泵，采用日本東麗TM820V-400膜元件，從表4可以看出，脫鹽率無(wú)明顯變化，回收率和透過(guò)液流量均在正常范圍內(nèi)，性能無(wú)明顯衰減。

中高壓RO處于綜合廢水處理系統(tǒng)的末端，負(fù)荷最重，共1段，設(shè)置循環(huán)回路，采用日本東麗TM820V-400膜元件。從表5可以看出，脫鹽率變化不明顯，回收率和透過(guò)液流量均在正常范圍內(nèi)，性能無(wú)明顯衰減。

總體來(lái)看，在高pH情況下運(yùn)行，總體來(lái)說(shuō)運(yùn)行穩(wěn)定，性能無(wú)明顯衰減。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古盾安光伏綜合廢水處理系統(tǒng)的工藝原理、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況分析得出以下結(jié)論：

（1）加藥軟化可以將總硬度降至200 mg/L以下，弱酸樹(shù)脂離子交換可以將總硬度降至10 mg/L以下，化學(xué)軟化受水質(zhì)波動(dòng)影響較大，藥劑難以精確把控。

（2）膜系統(tǒng)在高pH情況下運(yùn)行，總體來(lái)說(shuō)運(yùn)行穩(wěn)定，性能無(wú)明顯衰減，其性能變化情況還需要持續(xù)關(guān)注。

（3）復(fù)合式軟化及膜濃縮工藝在內(nèi)蒙古盾安光伏綜合廢水的處理中的應(yīng)用是可行的。

雖然該系統(tǒng)從2018年7月正常投運(yùn)到2019年11月，整體運(yùn)行情況穩(wěn)定，但全程高pH下膜的最終壽命還需要持續(xù)關(guān)注；平均每8 h板框壓出的堿性污泥量為5 m3左右，雖然目前用于廠區(qū)酸性廢水的中和處理，但仍然是工藝上的一個(gè)弊端；整體成本高，每噸原水需要消耗碳酸鈉固體約0.6 kg、氫氧化鈉固體約2.8 kg、電耗約5 kW·h；雖然整體控制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化啟動(dòng)、運(yùn)行、停止和多數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)，但系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)分析等智能化控制仍然沒(méi)有〔6〕；以上這些問(wèn)題都需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。