多段反滲透應用于造紙尾水回用工藝的中試試驗

朱加生，胡 勇

（中電環保股份有限公司，南京 211102）

多段反滲透應用于造紙尾水回用工藝的中試試驗

朱加生，胡 勇

（中電環保股份有限公司，南京 211102）

造紙行業是水污染大戶，污水源較多，對水環境的負面影響較大。本試驗采用“曝氣生物活性濾池+超濾+軟化+多段反滲透”組合技術，處理造紙廠綜合尾水。處理規模240 m3/d的中試試驗結果表明，在進水水質為CODcr35 mg/L，濁度5 NTU，硬度200 mg/L左右時，系統穩定產水200 m3/d，回收率83%，產水電導50 μs/cm，硬度小于3 mg/L，完全可回用于工業生產；水處理工業電耗為1.84元/m3。

多段反滲透；造紙尾水；回用

造紙行業既是用水大戶，也是水污染大戶。“十一五”期間，全國用水總量增加了389億m3，其中工業用水量增加了163億m3，占全國用水總量增加量的42%；造紙工業用水量增加了47億m3，占全國用水總量增加量的12%，占工業用水增加量的29%[1]。根據2014年環境統計年報，造紙行業化學需氧量和氨氮的排放總量仍占全國工業源排放總量的16.7%和7.3%，位居各行業的第一位和第四位[2]。與此同時，我國又是一個水資源短缺、用水效率低下、水污染嚴重的國家，所以從整體上提高水的循環利用率，減少對水資源總量的需求，實現廢水資源化越來越重要[3]。

本試驗將地址選在安徽某造紙廠，重在研究通過高效預處理后，再經過超濾及多段反滲透，最終使造紙尾水達到回用水質標準，減輕企業對水資源的依賴度和對水環境的污染。

1 造紙廢水概況

安徽某造紙廠為林漿紙一體化企業，主要污水源為紙機生產廢水、化學酸堿廢水、石膏廢水、鍋爐熱力系統定期排污水、煤倉間沖洗水、生活排污水等，綜合廢水COD濃度約為900 mg/L，BOD約為420 mg/L，SS約為1 620 mg/L，NH4+-N約為32 mg/L，日處理量約為4 600 t/d。紙廠主要處理工藝流程為格柵、初沉池、均衡池、冷卻塔、生物選擇池、曝氣池、二沉池、芬頓、三沉池，直至達標排放。

2 回用工藝

2.1 中試工藝流程

中試試驗采取芬頓出水作為深度處理的原水，水 量Q=10 t/h，COD=25～40 mg/L， 濁 度=2～5 NTU，電導 =1 000～1 800 μs/cm，硬度 =150～250 mg/L。組合工藝流程為曝氣生物活性濾池+一級超濾+一級反滲透+軟化沉淀+二級超濾+二級反滲透+三級反滲透，具體工藝流程如圖1所示。

首先原水進入曝氣生物活性濾池，濾池填料為多孔陶粒，起到過濾和吸附降解作用。濾池產水進入超濾工段，超濾采取錯流過濾，并采取加藥（次鈉、酸、堿）反洗。超濾產水SDI值小于3并進入一級反滲透，一級反滲透采用一級二段式，伴有濃水回流，回收率為70%。一級反滲透濃水進入軟化裝置，軟化產水經過斜管沉淀后進入二級超濾，二級超濾采用全流過濾，并采取加酸反洗。二級超濾產水SDI值小于3并進入二級反滲透，二級反滲透采用一級二段式，并伴有濃水回流和加酸，回收率為60%。二級反滲透濃水進入三級反滲透，三級反滲透采用一級二段式，并伴有濃水回流和加阻垢劑、殺菌劑，回收率為40%。本工藝產水為一、二、三級反滲透產水混合水，總回收率83%，達到回用標準。

圖1 工藝流程圖

2.2 工藝簡介

2.2.1 曝氣生物活性濾池

曝氣生物活性濾池具有有機物容積負荷高、水力負荷大、水力停留時間短、所需基建投資少、運行成本低及保證較高出水水質的特點。濾池內裝填高比表面積的陶粒和墊層，集過濾和掛膜氧化于一體。因二沉池出水經過芬頓強氧化后，COD大幅減小，大分子難降解有機物被有效破壞，而后進入活性濾池，更能發揮活性濾池優勢，進一步去除廢水中的懸浮顆粒和部分有機物雜質，保證后續膜系統的進水水質良好及穩定。濾池水力停留時間為2 m，48 h反洗一次，氣水聯合反洗。

2.2.2 一級超濾

超濾膜技術的截留機理主要是篩分作用，能有效截留大分子、膠體、微粒等，通常被用于反滲透前，作為反滲透工段的預處理。本次試驗選用立式外壓中空纖維超濾膜，膜絲材質為PVDF，平均過濾孔徑30 nm。50 min一個運行周期，錯流過濾，其中包括48 min正常產水，40 s空氣擦洗，40 s反洗，40 s正洗。6個運行周期后進行一次加藥加強反洗，加藥種類分為液堿加次鈉聯合反洗和加酸反洗。當運行跨膜壓差大于0.05 MPa時，停機進行化學清洗。本次試驗，一級超濾可穩定運行60 d，產水SDI值小于3。

2.2.3 一級反滲透

反滲透膜是以膜兩側靜壓為推動力而實現對液體混合物分離的選擇性分離膜，能有效截留水中的各種無機離子、大分子溶質，其產水可直接回用于工業生產。本次試驗選用聚酰胺復合膜，采用一級二段式，總進水量為9 t/h，濃水流量5 t/h，其中2.7 t/h濃水進入軟化工段再處理，2.3 t/h濃水循環至一級反滲透進水箱，這樣通過提高循環流量，增加膜面流速，降低污染頻率。同時，實時在線監測進水余氯和還原劑投加，防止膜原件氧化。本段產水6.3 t/h，回收率70%。

2.2.4 軟化沉淀

一級反滲透濃水硬度達到500～800 mg/L，COD達到80～132 mg/L。為保證后續兩段反滲透穩定運行，需進行軟化除硬。本工段包括軟化藥劑投加，反應攪拌池和斜管沉淀。

投加石灰，可以去除暫時硬度、永久硬度和水中的CO2等，反應方程如下：

（1）去除暫時硬度：Ca（HCO3）2+Ca（OH）2=2CaCO3↓ +2H2O；Mg（HCO3）2+2Ca（OH）2=2CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2H2O

（2）去除永久硬度：

（3）去除水中的CO2，減少腐蝕：

（4）中和過量的混凝劑，增強混凝效果，起到助凝劑的作用：

（5）去除水中膠體硅：

斜管沉淀利用層流原理，縮短了顆粒沉降距離，增加了沉淀池的沉淀面積，從而提高了沉淀池的處理能力，縮短沉淀時間，提高效率。本工段出水濁度小于25 NTU，硬度降低，為100～160 mg/L。

2.2.5 二級超濾

由于軟化加藥量難以準確控制和斜管沉淀的排泥時間難以準確把握，沉淀池出水常常會出現泡泥現象，SDI明顯大于3，難以進入反滲透工段。所以，在軟化沉淀與二級反滲透之間加入二級超濾工段，二級超濾選用立式外壓中空纖維超濾膜，膜絲材質為PVDF，平均過濾孔徑30 nm。60 min一個運行周期，全流過濾，其中包括58 min正常產水，40 s空氣擦洗，40 s加酸反洗，40 s正洗。本次試驗中，二級超濾可穩定運行90 d，產水SDI值小于3。

2.2.6 二、三級反滲透

二級反滲透原水為二級超濾產水，三級反滲透原水為二級反滲透濃水。二、三級反滲透都為一級兩段式，都通過增加濃水回流量來增大循環流量，增大膜面流速，防止污染。與此同時，二級反滲透進水實施連鎖在線投加工業鹽酸，調節進水pH到6.8，回收率為60%。三級反滲透進水實施在線投加非氧化性殺菌劑和阻垢劑，防止微生物污染和結垢風險，延長運行時間，回收率為40%。

3 試驗結果

中試試驗進行4個月。其中第1個月為調試階段，在調試過程中，通過改變濾池運行反洗周期、變換超濾反洗加藥種類，調整軟化加藥量和斜管沉淀池上升流速，調整一、二、三級反滲透循環流量及回收率等主要運行條件，并觀察試驗現象，分析監測數據，最終確定最佳運行條件。在中試后期，系統運行穩定，出水各項指標均達到較高水平。圖2為反滲透的產水電導平均值與濃水電導平均值的對比圖。

圖2 反滲透的產水電導平均值與濃水電導平均值的對比圖

由圖2可知，在進水電導1 500～1 800 μs/cm情況下，一、二、三段產水電導平均值50 μs/cm，濃水電導5 000 μs/cm左右，平均脫鹽率為97%。在進水電導有波動的情況下，產水電導能保持穩定。

4 運行費用分析

本中試主要考慮運行電費和藥劑費，每立方米處理水量的平均價格為1.85元。

5 結論

“曝氣生物活性濾池+超濾+軟化+多段反滲透”組合工藝處理造紙廠綜合尾水，效果明顯。在進水水量Q=10 t/h，COD=25～40 mg/L，濁度=2～5 NTU，電導=1 000～1 800 mg/L，硬度=150～250 mg/L時，出水電導平均值為50 μs/cm，硬度小于3 mg/L，系統水量回收率83%。運行費用1.85元/m3。但是，此工藝的三級反滲透的運行穩定性保持在40 d，有待進一步探究和提高。

1 桑連海，黃 薇，馮兆洋，等.我國制漿造紙工業用水和取水定額現狀分析[J].人民長江，2012，43（19）：6-8.

2 文宇立“.十三五”造紙行業污染防治政策解讀[J].中華紙業，2016，37（7）：40-44.

3 萬金泉，馬邕文，王 艷，等.廢紙造紙廢水特點及其處理技術[J].造紙科學與技術，2005，24（5）：58-60.

Pilot Test on Application of Multi-stage Reverse Osmosis in Papermaking Tailwater Reuse Process

Zhu Jiasheng, Hu Yong
(CEC Environmental Protection Co., Ltd., Nanjing 211102, China)

Paper industry is a large water pollution, more sewage sources, the negative impact on the water environment.This experiment uses quot;aeration biological activity filter + ultrafiltration + softening + multi-stage reverse osmosisquot;combination technology, processing paper mill integrated tail water.The results showed that when the influent water quality was CODcr35 mg/L, turbidity 5 NTU and hardness was about 200 mg/L, the system was stable with water of 200 m3/d, the recovery rate was 83% Water conductivity 50 μs/cm, hardness less than 3 mg/L, fully recyclable for industrial production;water treatment industry power consumption of 1.84 yuan/m3.

multi-stage reverse osmosis; paper tail water; reuse

X793 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2017)08-0014-03

2017-06-23

本文系南京高端人才團隊引進計劃“抗污染反滲透膜產業化”（項目編號：寧人才辦（2016）2號）的階段性研究成果。

朱加生（1967-），男，浙江富陽人，博士研究生，工程師，研究方向：工業水處理、反滲透膜研制、膜法水處理應用等。