有機硅生產廢水的處理及膜污染控制

雷慶鐸，申 振，趙艷霞

（華北水利水電學院 環境工程實驗中心，河南 鄭州 450011）

有機硅生產廢水的處理及膜污染控制

雷慶鐸，申 振，趙艷霞

（華北水利水電學院 環境工程實驗中心，河南 鄭州 450011）

采用三級過濾—反滲透膜脫鹽—多效蒸發聯合工藝處理有機硅生產廢水，并對反滲透膜的污染控制進行了研究。實驗結果表明：高壓膜脫鹽率為96 %左右，低壓膜脫鹽率為95 %左右；膜系統COD去除率基本上穩定在98.25%，出水COD穩定在60 mg/L以下。針對膜污染問題，采用在線沖洗與不定期清洗相結合，有效改善了反滲透膜的污染狀況，延長了膜的使用壽命。

反滲透膜；有機硅；電導率；清洗；膜污染；廢水處理

隨著人民生活水平和綜合國力的提高，有機硅單體及有機硅材料的需求迅速增加［1］。近10年來，我國有機硅單體的年需求增長率均在20%以上［2］。有機硅生產工藝主要包括氯甲烷合成、有機氯硅烷單體合成及有機硅高聚物合成等幾個步驟［3-5］。有機硅生產廢水中有機物成分復雜，且難以生化降解，直接生化處理很難達到排放要求。目前，關于有機硅生產廢水處理的研究較少。顧曉揚等［6］采用Fenton試劑氧化法處理含有機硅的模擬廢水，取得了很好的效果。袁勁松等［7］采用接觸氧化工藝對晨光化工研究院的有機硅廢水進行處理，取得了較好的效果。Bansal［8］采用UCARSEP型無機超濾膜對有機硅生產廢水進行過濾處理，油的截留率高達98.5%。隨著膜科學的發展，膜技術在處理該類廢水中得到了很大應用［9-13］。

本工作基于山西某有機硅廠生產廢水處理改造項目，通過對水質及膜分離濃縮性能參數的分析，確定采用三級過濾—反滲透膜脫鹽—多效蒸發聯合工藝。該方法與常規方法相比技術先進，占地面積小，運行管理簡單，處理效益高，具有廣闊的應用前景。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.1.1 廢水水質

有機硅生產廢水取自山西某有機硅廠，主要包括氯甲烷合成及聚硅氧烷合成車間產生的濃酸水、各車間排污產生的稀酸水。根據水質、水量情況將濃酸水和稀酸水分開處理。有機硅生產廢水水質見表1。

1.1.2 膜性能

SG 8 0 4 0 M 1 0 0 1型低壓反滲透膜、SC8040M 1001型高壓反滲透膜：海德能公司。膜性能參數見表2。

表1 有機硅生產廢水水質

表2 膜性能參數

1.2 工藝流程

有機硅生產廢水處理工藝流程見圖1。稀酸水經1#集水池進入中和反應槽進行中和反應，然后進入沉降罐，上清液進入1#沉淀池，實時監測廢水pH進行微調。

沉淀池的上清液經過多介質過濾器、陶瓷過濾器、精密過濾器過濾后進入反滲透膜處理系統，進一步濃縮鹽分和有機物。淡水最終回流到清水池，濃鹽水回流到2#沉淀池。濃酸水經過2#集水池進入中和反應槽進行中和反應，泥水通過臥式離心機分離，上清液經2#沉淀池進入多效蒸發系統分離回收氯化鈣和氯化鈉。

圖1 有機硅生產廢水處理工藝流程

1.3 膜污染控制方法

膜污染主要有膜表面覆蓋污染和膜孔阻塞污染［14］。根據反滲透膜的性能參數，膜系統的最大跨膜壓差（TMP）控制在0.3 MPa左右。該膜處理系統采用間歇式在線沖洗與不定期清洗相結合，并增設阻垢加藥系統。高壓反滲透膜裝置的在線沖洗定為每運行2 h沖洗1 m in，低壓反滲透膜裝置的在線沖洗定為每運行6 h沖洗1 m in。不定期清洗周期在在線沖洗無法改善膜性能的情況下，根據膜的污染程度確定。清洗液中三聚磷酸鈉質量分數為2 %、十二烷基苯磺酸鈉質量分數為0.25 %，pH 10.0，水溫40 ℃。

2 工程運行參數分析

2.1 高壓反滲透膜裝置進出水電導率變化及脫鹽效果

高壓反滲透膜進出水電導率及脫鹽率隨運行時間的變化見圖2。由圖2可見：在運行的25 d內，高壓反滲透膜進水電導率的范圍為2 400～3 200 μs/cm，出水電導率基本維持在100 μs/cm左右；脫鹽率隨進水水質的變化略有波動，基本保持在96 %左右，達到了初步脫鹽的目的。

圖2 高壓反滲透膜進出水電導率及脫鹽率隨運行時間的變化

2.2 低壓反滲透膜裝置進出水電導率變化及脫鹽效果

低壓反滲透膜進出水電導率及脫鹽率隨運行時間的變化見圖3。由圖3可見：在運行的25 d內，低壓反滲透膜進水電導率的范圍為80～120 μs/cm，出水電導率基本維持在10 μs/cm左右；脫鹽率基本保持在95 %左右。由于經過高壓反滲透膜裝置的處理，進水中大部分的鹽分及溶解性有機物被截留，使得低壓反滲透膜的進水水質較好，對于膜的污染相對較小，出水穩定，清洗周期長。

圖3 低壓反滲透膜進出水電導率及脫鹽率隨運行時間的變化

2.3 膜系統COD去除效果

該有機硅廢水處理工藝中的膜系統由多介質過濾器、陶瓷過濾器和精密過濾器組成的膜前預處理系統和高、低壓反滲透膜主體裝置構成。由圖4可見：膜系統進水COD為2 400 ～3 400 mg/L，出水COD穩定在60 mg/L以下；COD去除率基本穩定在98.25%。處理后廢水可回用作系統中水冷電機設備所需的循環冷卻水。由于系統受到有機物的污染，隨運行時間的延長，COD去除率會有所下降。通過將膜前過濾器的清洗與膜的沖洗清洗相結合，這種污染現象會得到很大程度的控制。

圖4 膜系統進出水COD及COD去除率隨運行時間的變化

3 膜污染與控制

由于低壓反滲透膜裝置的進水水質較好、且穩定，在該項目運行的三個月內還未進行不定期清洗操作，所以只針對高壓反滲透膜裝置進行沖洗及清洗前后的參數對比分析。未進行沖洗及清洗時TMP和膜通量隨運行時間的變化見圖5。

圖5 未進行沖洗及清洗時TMP和膜通量隨運行時間的變化

由圖5可見：隨運行時間的延長，TMP逐漸增大；在前2.5 d，TMP增幅較快；2.5 d后TMP增勢逐漸變緩；4.5 d后TMP又出現了快速增加的趨勢；在運行的5 d內，TMP由0.10 MPa升至0.31 MPa。由圖5還可見，隨運行時間的延長，膜通量逐漸降低。在運行的5 d內，膜通量降幅達13%。這是由于開始階段，鹽含量高，電導率大，有機物含量較高，很容易在膜表面富集，隨著富集離子濃度的增大，在膜表面結晶并沉積，形成污垢，使得膜通量快速降低、TMP升高，此階段主要是濃差極化現象。隨著污染的進一步加重，膠體及有機物的沉積可能會引起輕度的膜污染現象，膜性能進一步惡化，此時須停車進行膜清洗。

進行沖洗及清洗后TMP和膜通量隨運行時間的變化見圖6。由圖6可見：由于進行了在線沖洗，系統可連續運行30 d；在31 d進行了不定期清洗，清洗后膜通量升高、TMP降低，基本回到運行初期的水平。由于進行了在線沖洗和不定期清洗，系統整個運行周期較未沖洗和清洗時延長了26 d，同時有效保證了膜的運行質量。

圖6 進行沖洗及清洗后TMP和膜通量隨運行時間的變化

4 結論

a）采用三級過濾—反滲透膜脫鹽—多效蒸發聯合工藝處理有機硅廠生產廢水。在高壓反滲透膜進水電導率為2 400～3 200 μs/cm的條件下，高壓反滲透膜出水電導率基本維持在100 μs/cm左右，低壓反滲透膜出水電導率維持在10 μs/cm左右。在膜系統進水COD為2 400～3 400 mg/L的條件下，出水COD穩定在60 mg/L以下，膜系統的COD去除率基本穩定在98.25%。

b） 采用在線沖洗與不定期清洗相結合的方式對膜系統進行清洗，高壓反滲透膜裝置的在線沖洗為每運行2 h沖洗1 m in，低壓反滲透膜裝置的在線沖洗為每運行6 h沖洗1 m in。進行在線沖洗和不定期清洗可使系統的整個運行周期延長26 d，同時有效保證膜的運行質量。

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Treatment of Organosilicon Production W astewater and Control of M embrane Fouling

Lei Qingduo，Shen Zhen，Zhao Yanxia

（Experiment Center for Environmental Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450011，China）

Organosilicon production wastewater was treated by the three-stage fi ltration-reverse osmosis membrane desalination-multiple-effect evaporation. And the control of reverse osmosis membrane fouling was also studied. The experimental results show that：The desalination efficiencies of high pressure membrane and low pressure membrane are about 96% and 95% respectively；The COD removal efficiency of the membrane system is about 98.25% and the effluent COD is below 60 mg/L. The problem of membrane fouling can be solved by online flushing and irregular cleaning，so the service life of the reverse osmosis membrane can be extended.

reverse osmosis membrane；organosilicon；conductivity；cleaning；membrane fouling；wastewater treatment

X783.1

A

1006-1878（2012）03 - 0247 - 04

2012 - 02 - 09；

2012 - 03 - 08。

雷慶鐸（1962—），男，河南省方城市人，大學，高級實驗師，主要從事污染水域生物修復及微污染物質檢測。電話 13613859052，電郵 leiqingduo@ncwu.edu.cn。聯系人：申振，電話 18039231355，電郵 shenzhen200521@ 163.com。

（編輯 王 馨）