工業污水處理試驗方法與結果分析研究

李團結

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

關鍵詞：超濾 鋼廠 污水回用 膜污染

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

工業污水再生利用是緩解我國用水資源緊張和水環境污染的有效途徑。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的給水、循環水的補充水，具有良好的經濟效益和社會效益。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上的中空纖維膜、設在機構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生一種氣升式循環模式。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

中試原水采用某鋼污水處理站的二級出水，原水水質為：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

試驗每天連續運行，每隔一定時間記錄一次數據，包括超濾進水、產水、濃水流量和溫度，每隔一定時間分別從原水進水口、超濾膜系統產水和濃水出口取出水樣，進行水質分析測試。

2 結果與討論

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預處理中化學藥品用量大、無法徹底去除水中生物絮體和膠體物質的弊端，為反滲透提供了良好的預處理。

2.2 SDI的變化

SDI值（淤泥密度指數）是表征RO系統進水水質的重要指標。試驗中，對超濾出水的SDI值進行了檢測，頻率為每3 d一次。在超濾系統運行期間，SDI比較穩定，基本在1～2之間浮動，符合反滲透進水SDI值小于3的要求。其他出水水質指標為：COD為28～32 mg/L，去除率在40%～44%。超濾對進水的電導及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，超濾產水量始終保持在2 m3/h。試驗期間，對設備每周進行維護性清洗，同時在生產過程中進行反沖洗和氣擦洗。在系統運行初期，透膜壓力始終保持在比較低的范圍內，變化比較平緩。在試驗的30～34 d進行了水力峰值試驗，將產水量提升至2.5 m3/h，壓差由10 kPa提升至16 kPa，之后恢復2.0 m3/h的產水量。系統運行至58 d，使用鹽酸進行了在線化學清洗。壓差由25 kPa降至15 kPa，膜清洗如圖1所示。

3.1 在線清洗

當透膜壓差出現較明顯的增長時（△TMP>5 kPa），則設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，對膜通量的恢復沒有明顯作用，但SDI值出現了下降。在對超濾膜進行維護性清洗的過程中發現，維護性清洗并不能帶來膜通量的顯著恢復，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，濃度越高，其清洗效果就越好，>0.03%，則無明顯效果。

3.2 化學清洗

試驗進行至100 d時，透膜壓力出現高位報警（TMP>50 kPa），一個生產周期結束，需要對膜進行化學清洗。試驗末期分別應用檸檬酸和次氯酸鈉進行化學清洗，應用檸檬酸進行化學清洗，過濾壓差由51 kPa降低至31 kPa；而應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垢，而次氯酸鈉則用于去除膜絲表面的微生物。由化學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垢以及微生物污染。從試驗設備的運行情況可以看出，超濾設備在保證處理效果的同時，生產周期能夠維持在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，克服了傳統反滲透預處理工藝無法徹底去除水中生物絮體和膠體物質的弊端，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處理工藝。

4 結語

（1）應用超濾作為反滲透的預處理措施，來處理鋼鐵污水廠的二級出水，產水水質能控制在比較穩定的區域，主要技術指標能夠符合反滲透的技術要求，濁度的去除率達到95%以上，出水的SDI值保持在3以下。（2）在應用次氯酸鈉進行在線清洗的試驗過程中發現，當次氯酸鈉的濃度在0.02%～0.03%這個范圍內，濃度越高，其清洗效果就越好，>0.03%，則無明顯改善效果。（3）應用次氯酸鈉及檸檬酸進行化學清洗效果較好，說明引起膜污染的主要原因是金屬離子結垢和微生物、細菌的污染。（4）應用PVDF中空纖維超濾膜，能夠有效防止濃差極化，抑制污染，并能經受較高濃度的化學藥劑清洗（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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