在全球水資源日益緊缺，環(huán)境保護(hù)政策日益嚴(yán)格的形勢(shì)下，天津某酶制劑廠計(jì)劃新建1套廢水回用處理設(shè)備，用于對(duì)現(xiàn)有廢水處理站出水進(jìn)行深度處理，將處理出水回用作為冷卻塔補(bǔ)水。目前，該廠廢水處理站的主要處理工藝為調(diào)節(jié)池-厭氧-好氧-混凝氣浮，出水直接納管排放。該廢水處理站出水具有鹽分高、硬度高、有機(jī)物及氨氮含量高的特點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及廢水處理站出水水質(zhì)，決定采用多介質(zhì)過(guò)濾-超濾-反滲透的深度處理工藝。為驗(yàn)證該工藝的可行性，進(jìn)行了一系列中試研究。結(jié)果表明，該工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)產(chǎn)水指標(biāo)均滿足冷卻塔補(bǔ)水的水質(zhì)要求，其經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益顯著。

　　1 試驗(yàn)材料與方法

　　1.1 廢水來(lái)源與水質(zhì)狀況

　　試驗(yàn)所取廢水為天津某酶制劑廠廢水 處理站出水，其水質(zhì)：COD 177.3mg/L，NH4+-N 12.4mg/L，TP 0.4mg/L，Cl- 1 395mg/L，總硬度(以CaCO3計(jì))353.1mg/L，堿度(以CaCO3計(jì)) 1 311.7mg/L，電導(dǎo)率 6 437.3μS/cm，pH 7~8。

　　1.2 試驗(yàn)設(shè)備

　　多介質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)1套：包括進(jìn)水泵、反洗泵、產(chǎn)水箱、多介質(zhì)過(guò)濾器等，過(guò)濾系統(tǒng)處理能力為2m3/h;超濾系統(tǒng)1套：包括進(jìn)水泵、150μm袋式過(guò)濾器、NORIT超濾膜1支(內(nèi)壓式，膜絲材質(zhì)PES，膜面積40m2)、賽諾超濾膜1支(外壓式，膜絲材質(zhì)PVDF，膜面積50m2)、產(chǎn)水箱、反洗泵等;反滲透系統(tǒng)1套：包括進(jìn)水泵、保安過(guò)濾器、高壓泵、反滲透膜元件(陶氏BW30-400FR)3支、產(chǎn)水箱、沖洗泵等;清洗加藥系統(tǒng)包括阻垢劑加藥系統(tǒng)、還原劑加藥系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)等。

　　2 結(jié)果和結(jié)論

　　2.1 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

　　2.1.1 超濾運(yùn)行穩(wěn)定性

　　中試超濾運(yùn)行首先選用了內(nèi)壓式PES超濾膜，采用廠商推薦的70L/(m2·h)的通量運(yùn)行，每天運(yùn)行12h，每隔4h進(jìn)行1次數(shù)據(jù)記錄。其運(yùn)行效果如圖 1所示。

?圖 1 內(nèi)壓式PES超濾膜運(yùn)行效果

　　由圖 1可以看出，運(yùn)行期間超濾平均產(chǎn)水流量為2.8m3/h。但運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)水壓力上升速度逐漸加快，從第7天開始，運(yùn)行12h后進(jìn)水壓力就上升到0.1 MPa以上，即需要進(jìn)行化學(xué)清洗。在化學(xué)清洗過(guò)程中，采用鹽酸/檸檬酸/EDTA清洗均無(wú)明顯效果，采用次氯酸鈉和堿洗的效果較為明顯(控制pH為10，余氯為500mg/L)，產(chǎn)水量可以得到有效恢復(fù)，清洗時(shí)如果余氯<500mg/L，清洗效果較差。但PES材質(zhì)超濾膜元件對(duì)余氯的耐受性較差〔1〕，通常清洗時(shí)余氯質(zhì)量濃度建議小于500mg/L，大于該數(shù)值時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響超濾膜使用壽命。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該P(yáng)ES超濾膜不適用于該類廢水回用系統(tǒng)。因此，更換對(duì)余氯耐受性較好的外壓式PVDF超濾膜(實(shí)驗(yàn)選取的PVDF超濾膜清洗時(shí)可耐受的余氯為5 000mg/L)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

　　外壓式PVDF超濾膜采用廠商推薦的45L/(m2·h)的通量運(yùn)行，連續(xù)24h運(yùn)行，共運(yùn)行40d，每隔12h進(jìn)行1次數(shù)據(jù)記錄，其運(yùn)行效果如圖 2所示。

?圖 2 外壓式PVDF超濾膜運(yùn)行效果

　　由圖 2可以看出，整個(gè)試驗(yàn)期間，進(jìn)水壓力<0.15 MPa，產(chǎn)水流量平均為1.8m3/h。運(yùn)行期間，超濾膜壓力、產(chǎn)水量變化較為規(guī)律，平均每3天需要進(jìn)行1次清洗。清洗分別采用了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的HCl、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的檸檬酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氫氧化鈉+EDTA、不同濃度的次氯酸鈉，結(jié)果表明，采用1 000mg/L的次氯酸鈉溶液清洗效果最理想，判斷其主要污染物為有機(jī)物和微生物等。

　　2.1.2 反滲透運(yùn)行穩(wěn)定性

　　根據(jù)陶氏反滲透設(shè)計(jì)導(dǎo)則〔2〕，針對(duì)進(jìn)水水質(zhì)，選用了抗污染反滲透膜元件，并采用18.3L/(m2·h)的通量運(yùn)行，運(yùn)行期間阻垢劑投加量為3mg/L，還原劑投加量為2mg/L。試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水水溫較為恒定，基本維持在17℃左右，反滲透未作工況的調(diào)整。反滲透運(yùn)行結(jié)果如圖 3所示。

?圖 3 反滲透運(yùn)行效果

　　由圖 3可以看出，整個(gè)試驗(yàn)期間反滲透系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，進(jìn)水壓力平均為1.56 MPa，產(chǎn)水流量平均為1.57m3/h。反滲透系統(tǒng)回收率為70%。試驗(yàn)期間，膜的通量、運(yùn)行壓力、運(yùn)行壓差以及脫鹽率等均未發(fā)生明顯變化，未進(jìn)行膜的清洗;反滲透進(jìn)水保安過(guò)濾器也未出現(xiàn)因高壓差需要更換的情形。

　　2.2 系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)

　　2.2.1 超濾產(chǎn)水SDI

　　SDI是衡量超濾產(chǎn)水水質(zhì)最重要的指標(biāo)，通常認(rèn)為超濾產(chǎn)水SDI<3是反滲透系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提，在此條件下反滲透系統(tǒng)可保持較長(zhǎng)的清洗周期。試驗(yàn)期間超濾產(chǎn)水SDI的變化如圖 4所示。

?圖 4 超濾產(chǎn)水SDI的變化

　　由圖 4可以看出，整個(gè)試驗(yàn)期間超濾產(chǎn)水SDI均小于3，平均為1.85，超濾產(chǎn)水性能穩(wěn)定。

　　2.2.2 反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率

　　反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率和脫鹽率是衡量反滲透系統(tǒng)的主要指標(biāo)。試驗(yàn)期間反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率的變化如圖 5所示。

?圖 5 反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率的變化

　　由圖 5可以看出，反滲透進(jìn)水電導(dǎo)率波動(dòng)較大，產(chǎn)水電導(dǎo)率較為穩(wěn)定。試驗(yàn)期間進(jìn)水電導(dǎo)率平均為6 441μS/cm，產(chǎn)水電導(dǎo)率平均為163μS/cm，平均脫鹽率達(dá)到97.5%。通常反滲透系統(tǒng)的脫鹽率為98%，該反滲透系統(tǒng)脫鹽率低于此脫鹽率的主要原因：(1) 進(jìn)水含鹽量較高，超出苦咸水超濾膜的最佳運(yùn)行電導(dǎo)率范圍;(2)膜元件較少，為維持70%的回收率，采用了較大的濃水回流流量，導(dǎo)致進(jìn)膜水的實(shí)際電導(dǎo)率升高。

　　2.2.3 反滲透產(chǎn)水水質(zhì)

　　試驗(yàn)期間反滲透產(chǎn)水水質(zhì)如表 1所示。

　　由表 1可以看出，反滲透產(chǎn)水水質(zhì)滿足冷卻塔補(bǔ)水水質(zhì)要求〔3〕，實(shí)際工程中，其產(chǎn)水可作為冷卻塔補(bǔ)水使用。

　　2.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

　　該廠冷卻塔每天的平均補(bǔ)水量為600m3/d，因此，以日產(chǎn)水量600m3的反滲透系統(tǒng)，在滿負(fù)荷工作下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表 2。具體參見(jiàn)污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)針對(duì)高鹽分、高有機(jī)物廢水，相比PES內(nèi)壓式超濾膜，PVDF外壓式超濾膜更加適用。采用PVDF外壓式超濾膜，在通量為45L/(m2·h)的工況下，能保證超濾系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行;超濾膜污堵后采用1 000mg/L次氯酸鈉溶液進(jìn)行清洗，超濾產(chǎn)水通量可以得到恢復(fù)。反滲透采用抗污染膜元件，在通量為18.3L/(m2·h)的工況下，可以較好地控制膜的污染。

　　(2)試驗(yàn)期間，超濾產(chǎn)水SDI均小于3，滿足反滲透進(jìn)水要求;反滲透產(chǎn)水水質(zhì)滿足冷卻塔補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　(3)針對(duì)600m3/d產(chǎn)水量的系統(tǒng)，投資費(fèi)用為300萬(wàn)元，電耗/化學(xué)品/易耗品/人工等費(fèi)用為42.5萬(wàn)元，每年可節(jié)約水費(fèi)170.8萬(wàn)元，投資回報(bào)期為2.3 a。