預處理與雙膜法組合工藝處理農(nóng)藥廠含生化尾水研究

白祖國 彭文博 謝靜 丁邦超 楊積衡

摘要：采用“預處理+超濾+納濾”工藝對浙江某農(nóng)藥廠生化尾水進行深度處理試驗，通過改變投藥量、超濾和納濾操作壓力和回收率，探討了預處理和雙膜法深度處理農(nóng)藥廠生化尾水的最佳工藝條件。結果表明，聚合硫酸鐵投加量在300 mg/L的條件下，預處理出水效果達到超濾進水要求。超濾操作壓力控制在0.1-0.2 MPa，回收率90%;納濾操作壓力控制在2.0-2.2 MPa，回收率80%，膜處理性能較好。廢水經(jīng)雙膜法處理后，總磷降至8mg/L以下，COD去除率90%以上，出水濁度小于0.1 NTU，完全達到含磷廢水排放標準。

關鍵詞：預處理;雙膜法;深度處理;含磷廢水

中圖分類號：X786

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020）12-0072-03

DOl：10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.015

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

含磷廢水主要來源于農(nóng)業(yè)施肥、農(nóng)藥廢水排放、含磷洗滌劑流失等。含磷廢水的排放會導致水體富營養(yǎng)化，且農(nóng)藥企業(yè)含磷廢水具有鹽含量高、生化性差的特點[1]，因此，農(nóng)藥企業(yè)含磷廢水處理已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。

對于磷的處理，主要有生物法、化學沉淀法、物理化學法3大類，其中以生物法為主。生物法運行費用較低但工藝穩(wěn)定性差，除磷效果受水質(zhì)變化影響劇烈。沉淀法除磷是回收磷資源有效途徑之一，但主要針對無機磷且除磷并不徹底。物理化學法主要是采用化學法結合膜法處理含磷廢水，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、運行成本低等特點。雙膜法是一種新型的膜工藝技術，具有節(jié)能減耗、提高產(chǎn)品品質(zhì)等優(yōu)點[2]，對保護環(huán)境、實現(xiàn)污水資源化具有重大意義，在水處理領域具有廣闊的發(fā)展前景。

本試驗采用預處理與雙膜法組合工藝對浙江某農(nóng)藥廠含磷生化尾水進行了深度處理研究，旨在為農(nóng)藥廠含磷生化尾水提標改造提供經(jīng)驗參考[3-5]。

1 試驗裝置與分析方法

1.1 試驗裝置與運行參數(shù)

預處理與雙膜法組合系統(tǒng)流程如圖l所示。

因農(nóng)藥廢水含有的毒性物質(zhì)對微生物生化效果存在著抑制作用，且出水因菌絲體上浮而渾濁，進而生化尾水出水TP、COD并未達標，因此尾水經(jīng)過加藥沉淀，完成絮凝分離過程，進一步降低廢水TP、COD、濁度。出水經(jīng)離心泵泵人超濾系統(tǒng)，該試驗項目超濾裝置凈產(chǎn)水量6 m3/h，配備有4只PVDF8040膜元件，采用微錯流過濾方式運行。超濾的在線清洗方式主要有正洗、反洗、氣擦洗與調(diào)pH清洗等。正洗、反洗清除膜面濾餅層，而氣洗利用氣液混合液的強力湍動，更有效地清除膜面污染。其中，運行時間60 min，正洗時間20 s，反洗時間20 s，氣擦洗55 s。納濾系統(tǒng)是整個中水回用系統(tǒng)的關鍵，試驗選用的是6只8040納濾膜元件。

1.2 原水水質(zhì)與檢測指標

1.2.1 原水水質(zhì)該農(nóng)藥廠污水站主要收集處理農(nóng)藥廠各工段廢水，其生化出水水質(zhì)情況如下：濁度為100-150 NTU， COD為800-1 200 mg/L， TP為100-150 mg/L，氨氮為25-35 mg/L，pH 6.5 -7.5。

1.2.2 試驗分析項目和測試儀器 pH采用pH計（雷磁PHS-3E，上海儀電科技有限公司）測定;濁度采用濁度儀（HACH 2IOON，哈希公司）測定;COD、TP、氨氮采用連華科技5B-6（C）（連華科技）測定。

2 結果與分析

2.1 預處理試驗

由于生化尾水中殘留一部分無機鹽、膠體、上浮菌絲體等，如不進行一定預處理，水質(zhì)達不到超濾膜進水要求，膜污染嚴重，處理效果不理想。本試驗采用聚合硫酸鐵（PFS）作為無機絮凝劑，對生化出水進行預處理。通過計量泵泵入不同量的聚合硫酸鐵，絮凝攪拌反應時間約15min，水溫20℃，取絮凝一沉降池上清液出水，分析檢測COD、TP、濁度。

在不同的PFS投加量（150、200、250、300、350和400 mg/L）下，組合系統(tǒng)運行水量為6 IT13/h，絮凝反應時間15 min，絮凝反應pH為9，絮凝沉降時間45 min的情況下，檢測絮凝沉降預處理對COD、TP和濁度的去除效果。

由圖2可知，隨著絮凝劑PFS投加量的增加，出水COD、TP和濁度去除率呈線性上升而后降低的趨勢。在PFS投加量為300 mg/L時，濁度降低至10 NTU以下，去除率高達97%。與此同時，COD和TP去除率分別達到峰值，為28%和35%。這是因為聚合硫酸鐵水解后含多種多核絡合物，通過吸附、架橋、交聯(lián)等作用使水中膠體粒子凝結在一起，絮凝后沉降去除水中膠體和部分上浮菌絲體等固形物，使COD、TP降低。而當投藥過量時，過量絮凝劑沉降后引起COD、TP和濁度去除率下降。

結合上述結果及成本考慮，當PFS投加量為300 mg/L時，預處理系統(tǒng)出水濁度10 NTU以下，電導率及總溶解固體（TDS）影響極小，達到超濾進水要求。且當進水水質(zhì)有一定波動時，仍然能保證出水水質(zhì)。

2.2雙膜法處理試驗

生化出水經(jīng)絮凝一沉降一布袋過濾預處理后，出水pH 8，濁度10 NTU以下，COD 600 mg/L，TP 80mg/L以下，進入雙膜系統(tǒng)。其中，超濾的操作壓力控制在0.05 -0. 15 MPa，超濾回收率90%。

2.2.1 納濾操作壓力對處理效果的影響 由于操作壓力對納濾過程有著十分重要的影響，控制納濾系統(tǒng)操作壓力為1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5 MPa，其對處理效果的影響見圖3。由圖3可知，隨著操作壓力的增加，通量和TP去除率提高到一定程度后趨于穩(wěn)定。這是因為當操作壓力增大時，溶劑滲透壓力增加，總磷截留量與膜通量相應增加;當操作壓力達到一定程度后，有機磷小分子和水分子會耦合在一起透過納濾膜，導致總磷脫鹽率趨于穩(wěn)定甚至下降。這說明適量提高操作壓力，可提升納濾系統(tǒng)的處理效果。綜合能耗和處理效果，認為該納濾系統(tǒng)操作壓力應控制在2.0-2.2 MPa。

2.2.2回收率對處理效果的影響 為充分發(fā)揮膜性能，在2.0 MPa操作壓力下，選擇考察5種回收率（50%、65%、75%、80%、90%）對處理效果的影響，結果見圖4。由圖4可以看出，隨著納濾系統(tǒng)回收率的增加，廢水TP和COD去除率呈下降趨勢。當回收率達90%時，處理效果急劇下降。這是因為回收率增加會導致膜表面殘留溶液濃度不斷增加，滲透壓會不斷增大，當操作壓力不變時，滲透壓與操作壓力的壓差會不斷下降甚至到零，使納濾過程最終停止。綜合出水水質(zhì)要求與成本，建議納濾回收率應控制在75%_80%。

2.2.3溫度對處理效果的影響 由于溫度對水分和有機磷小分子的擴散有直接影響，在2.0 MPa操作壓力、80%回收率下，考察了23、25、27、29、31、33和35℃等7種不同水溫對納濾系統(tǒng)出水水質(zhì)的影響，結果見圖5。由圖5可知，隨著溫度的升高，通量逐漸增大，TP去除率逐漸增加而后下降。分析原因有2個方面，主要原因是溫度增加使廢水黏度降低，膜過濾過程中阻力降低，故而TP去除率和通量逐漸增加;其次是因為湍流增加，水分子運動加劇，使得通量增大。而溫度上升到一定程度時，湍流激烈，有機磷小分子透過膜的幾率增大，擴散速度上升，TP去除率下降。綜合處理效果，認為29℃是優(yōu)化運行溫度。

2.3 優(yōu)化工況運行的實際處理效果

廢水經(jīng)超濾處理后，濁度為0.37 NTU，COD為550 mg/L，TP為65 mg/L，水質(zhì)依然達不到排放要求，需要經(jīng)過納濾繼續(xù)處理。在納濾操作壓力2.0MPa、水溫29℃、回收率80%的優(yōu)化工況運行下深度處理后出水水質(zhì)見表1。由表1可以看出，由預處理+雙膜法工藝處理后，廢水TP、濁度、COD去除效果明顯，降低幅度較大。這是因為納濾膜能截留大部分的小分子有機物，出水水質(zhì)符合農(nóng)藥行業(yè)園區(qū)管網(wǎng)排放要求。

2.4 效益分析

該中試試驗裝機功率為32.4 kW.實際運行功率為21 kW，工業(yè)用電以0.7元/（kW-h）計算，噸水耗電費用3.67元。工程運行期間，投加絮凝劑藥劑14.4元/d，即噸水藥劑費用為0.15元。廢水經(jīng)過處理后，每年可減排COD 24 336 kg.TP 3 003.84 kg（按300 d計算），環(huán)境效益明顯。

3 小結

1）采用絮凝一沉降一布袋過濾作為雙膜法預處理工藝，不僅能較好地去除固形物，對溶解性污染物亦有較好的去除效果。控制優(yōu)化300 mg/L PFS投加量后，出水完全滿足超濾進水要求。

2）UF-NF系統(tǒng)處理效果與納濾操作壓力、回收率、水溫等有關，雙膜法深度處理含磷生化廢水的NF段優(yōu)化工況為操作壓力2.0-2.2 MPa、回收率75%-80%和水溫29℃。

3）預處理與雙膜法組合工藝對農(nóng)藥廢水含磷生化尾水COD去除率達93.5%，對濁度去除率接近100%，TP去除率在94.8%以上，產(chǎn)水水質(zhì)符合農(nóng)藥行業(yè)園區(qū)管網(wǎng)排放要求，將其作為農(nóng)藥廠二級生化含磷尾水后續(xù)深度處理回用單元是一種可行的工藝過程。

參考文獻：

[l1梁慧，萬娟，倪紅.活性污泥一生物膜法降解有機磷農(nóng)藥廢水的研究概況[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42（ 34）：12113-12114。

[2]鄭書忠，陳愛民，滕厚開，等.雙膜法水處理運行故障及診斷[Ml.北京：化學工業(yè)出版社，2011.1-6.

[3]嚴小軒，向琳.雙膜法處理高濃度含磷廢水工藝研究[J].磷肥與復肥，2014，29（3）：11-14.

[4]蘭吉奎，潘涌璋，化學沉淀法處理超高濃度含磷廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2011，31（1）：58-60.

[5]王森，李新平，張安龍，等.膜分離技術深度處理造紙廢水的研究[J]中國造紙學報，2013，28（2）：15-18.

基金項目：國家“863”計劃課題（ 2012AA03A606）

作者簡介：白祖國（1988-），男，湖北荊州人，中級工程師，碩士，主要從事膜集成技術在化工及水處理中的應用研究，（電話）15195908043（電子信箱）509914042@qq.com。