雙膜法處理含硅廢水的預(yù)處理工藝必要性研究

【中圖分類號(hào)】：X703 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號(hào)】：1008-3197（2025）03-44-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.03.011

ANecessity Research of Pre-treatment Process in Dual Membrane Method Treating Silicon Containing Wastewate

WEI Xun

（USFWater Technologies and Engineering Co.Ltd.，Tianjin 3Oo381，China）

【Abstract】：Aiming atthe problemthatsilicon scaleaffects thequalityof produced water when treating siliconcontaining Wastewater with double membrane method，the photovoltaic wastewater containing alarge amount ofsilicon dioxide was used as raw water，andthe pilot test of the silicon removal effect of the double membrane method was adopted，and the role of coagulation and sedimentation pretreatmentonthe normal operation of the double membrane method was focused.The results showed that coagulation and sedimentation pretreatment can remove most of colloidal silicon and active silicon，thus efectively ensuring the operation of the follow-up double membrane system.

【Key Words】：silicon containing wastewater;double membrane treatment;pre-treatment ;coagulationand sedimentation

隨著水資源的緊缺，對(duì)水資源化利用的日益重視，光伏廢水回用成為趨勢(shì)。雙膜法工藝處理光伏廢水效果良好、運(yùn)行穩(wěn)定，大大提高水資源的循環(huán)利用率，減少污水排放量，回收有用資源，提高環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，真正達(dá)到企業(yè)的清潔生產(chǎn)目標(biāo)，在光伏行業(yè)中起到節(jié)能減排的示范作用。但是光伏廢水中常含有大量的二氧化硅，膠體硅被截留在超濾膜表面，活性硅會(huì)在反滲透膜的濃水側(cè)不斷濃縮，過(guò)飽和后析出形成硅垢而引起膜污染。去除硅垢是膜污染控制的重要環(huán)節(jié)之一，除在進(jìn)水中投加適量的高硅阻垢劑延緩其形成，在預(yù)處理工藝段盡量去除硅也是極其重要的。

本文以光伏企業(yè)污水站的二沉池出水為原水，中試驗(yàn)證雙膜法用于含硅廢水回用的除硅效果，重點(diǎn)研究雙膜法在預(yù)處理關(guān)閉期間的實(shí)際運(yùn)行問(wèn)題，從側(cè)面驗(yàn)證預(yù)處理工藝在含硅廢水回用中的重要性。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)水樣

試驗(yàn)進(jìn)水取自某光伏廢水處理站的二沉池出水。見(jiàn)表1。

水中含有的硅物質(zhì)常以固形物、膠體、可溶物等復(fù)雜形式存在，習(xí)慣上將其分活性硅和膠體硅兩類2：在水中以離子形態(tài)或單分子態(tài)存在的硅酸化合物稱為活性硅，在水中以多分子聚集態(tài)存在的硅酸化合物因具有膠體的某些性質(zhì)而被稱為膠體硅。各種形態(tài)的硅在不同 pH 值條件下可相互轉(zhuǎn)化。本次試驗(yàn)用水中，活性硅含量 221.6mg/L ，膠體硅含量 648.8mg/L ，活性硅通過(guò)反滲透去除，膠體硅一般通過(guò)混凝處理和超濾方法去除[3]。

試驗(yàn)出水水質(zhì)需達(dá)到企業(yè)回用水要求，其中對(duì)總硬度、總?cè)芙夤腆w、CI等的限值很容易通過(guò)雙膜法達(dá)到，要求總硅含量 ?10mg/L ○

1.2試驗(yàn)規(guī)模

超濾產(chǎn)水量 2.50m³/h_c 。反滲透量進(jìn)水量 0.48m³/h 產(chǎn)水 gt;0.29m³/h 。由于場(chǎng)地限制，超濾裝置采用單支膜面積為 55.7m² 的超濾膜組件，反滲透裝置采用2支總膜面積 16.8m² 的4英寸（ 10.16cm 膜組件，因此超濾產(chǎn)水量和反滲透進(jìn)水量相差較大，多余的超濾產(chǎn)水通過(guò)旁通管排放。

1.3試驗(yàn)工藝流程及配套設(shè)備

進(jìn)水由泵提升至混凝沉淀預(yù)處理單元，去除水中二氧化硅、硬度和懸浮物后進(jìn)入中和水池，混凝沉淀是常用的預(yù)處理除硅方法，常用的混凝藥劑包括鋁劑[4] MgO^[5] ） FeCl₃ 和石灰乳等，在適宜的藥劑投加量下，對(duì)總硅的去除率能夠達(dá)到 90%～95% 。本次中試試驗(yàn)?zāi)z體硅含量遠(yuǎn)大于活性硅，通過(guò)燒杯試驗(yàn)對(duì)各種藥劑進(jìn)行初選，最終確定混凝藥劑采用 FeCl₃ 和石灰乳。

進(jìn)入超濾單元，進(jìn)一步去除殘余有機(jī)物、懸浮物、二氧化硅等，產(chǎn)水量達(dá)到反滲透進(jìn)水量要求后，由泵自超濾產(chǎn)水箱提升至保安過(guò)濾器，再由加壓泵送至反滲透膜組件，去除水中的鹽類物質(zhì)及其他殘余污染物，保證出水達(dá)標(biāo)回用。

1.3.1混凝沉淀單元

進(jìn)水提升泵1臺(tái)，流量 3m³/h;pH 調(diào)節(jié)池 （750L） 二混凝反應(yīng)池 （200L） 絮凝反應(yīng)池 （200L） 、斜管沉淀池（長(zhǎng) × 寬 × 高 =1.5m×1m×2.3m 各1套；配套加藥裝置4套；污泥排放螺桿泵1臺(tái)，流量 0.8m³/h 。

1.3.2超濾單元

進(jìn)水箱 500L1 套；進(jìn)水變頻泵1臺(tái)，流量 5.5m³/h 超濾裝置1套，設(shè)計(jì)通量 40～50L/（m²?h） ；空壓機(jī)系統(tǒng) 1套；超濾產(chǎn)水箱（500L）1個(gè)。

1.3.3反滲透單元

增壓泵1臺(tái)，流量 0.48m³/h ；保安過(guò)濾器1套；高壓泵（變頻）1臺(tái)，流量 0.96m³/h RO 主機(jī)1套，含4英寸（ 10.16cm 反滲透膜2支，設(shè)計(jì)通量 17.3L/（m²?h） ；反滲透產(chǎn)水箱/藥洗箱（ 500L） 1個(gè)；配套加藥裝置3套。

1.3.4其他

配套管路閥門(mén)、儀表電氣自控系統(tǒng)1套。

1.4試驗(yàn)方案

1）調(diào)試和試運(yùn)行階段。通過(guò)燒杯試驗(yàn)初步確定預(yù)處理除硅的藥劑和操作條件，然后啟動(dòng)混凝沉淀中試單元；待混凝沉淀出水達(dá)到超濾進(jìn)水要求后（濁度 lt; 10NTU、總硅含量 lt;50mg/L，pH 值6＼～9），啟動(dòng)超濾處理單元；待超濾產(chǎn)水淤泥密度指數(shù) SDIlt;3 、濁度 lt; 0.1NTU、余氯含量 lt;0.1mg/L ，啟動(dòng)反滲透單元。

2）正式運(yùn)行階段。按照設(shè)計(jì)產(chǎn)水流量連續(xù)運(yùn)行中試系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)雙膜的運(yùn)行參數(shù)和產(chǎn)水水質(zhì)。

3）關(guān)閉預(yù)處理。二沉池出水直接進(jìn)入超濾處理單元。

2結(jié)果與討論

2.1各工藝段對(duì)活性硅和膠體硅的去除效果

試驗(yàn)期間，對(duì)混凝沉淀預(yù)處理、超濾、反滲透各工藝段的活性硅和膠體硅去除效率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。見(jiàn)表2。

混凝沉淀對(duì)膠體硅的去除率為 95.3% ，活性硅的

去除率為 85.1% ?；炷恋砣コ私^大部分的膠體硅和活性硅，有效保護(hù)了后續(xù)超濾和反滲透的運(yùn)行。

2.2超濾膜跨膜壓差的變化

試驗(yàn)開(kāi)始的1＼～20d預(yù)處理系統(tǒng)正常啟動(dòng)的情況下，超濾的跨膜壓差一直穩(wěn)定在 40kPa 以下；第21d進(jìn)行維護(hù)清洗后，跨膜壓差基本回復(fù)至初始值；此后，關(guān)閉預(yù)處理系統(tǒng)，原水直接進(jìn)入超濾系統(tǒng)，此時(shí)跨膜壓差急劇上升，最高可達(dá) 100kPa 以上，這是因?yàn)殛P(guān)閉預(yù)處理系統(tǒng)后，含有大量二氧化硅的水直接進(jìn)入超濾膜系統(tǒng)，膠體硅被大量攔截在膜表面，導(dǎo)致跨膜壓差在短期內(nèi)急劇上升，很快達(dá)到化學(xué)清洗設(shè)定的壓力。見(jiàn)圖1。

對(duì)超濾膜進(jìn)行化學(xué)清洗，排放液中的膠體硅和活性硅的含量見(jiàn)表3。

清洗廢液中含有大量的二氧化硅，證明硅污染引起超濾膜跨膜壓差的急劇變化；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，堿洗排放液中的二氧化硅濃度遠(yuǎn)高于酸洗排放液，說(shuō)明對(duì)于造成超濾膜污堵的硅污染，堿洗效果優(yōu)于酸洗。

2.3反滲透進(jìn)水SDI

SDI主要反映反滲透進(jìn)水膠體污染的嚴(yán)重程度。SDI與污染程度的關(guān)系見(jiàn)表4。

預(yù)處理系統(tǒng)正常運(yùn)行階段，反滲透進(jìn)水的SDI一直穩(wěn)定在 2.0～2.5 ；而二沉池出水直接進(jìn)入超濾系統(tǒng)運(yùn)行期間，反滲透進(jìn)水的SDI有明顯變化，說(shuō)明進(jìn)水存在較為嚴(yán)重的膠體污染。見(jiàn)圖2。

2.4反滲透保安過(guò)濾器壓差變化

保安過(guò)濾器是保證反滲透系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免原水中雜質(zhì)、顆粒等進(jìn)入反滲透膜組件的安全屏障。

反滲透系統(tǒng)運(yùn)行初期，保安過(guò)濾器的壓差一直維持較低值；但是隨著預(yù)處理系統(tǒng)的關(guān)閉，其突然上升至較高值。拆開(kāi)保安過(guò)濾器后發(fā)現(xiàn)，濾芯已經(jīng)嚴(yán)重污染，更換濾芯后發(fā)現(xiàn)壓差仍然上升較快。見(jiàn)圖3。

2.5產(chǎn)水二氧化硅的跟蹤監(jiān)測(cè)

為測(cè)試雙膜法處理此類廢水時(shí)，產(chǎn)水二氧化硅能否穩(wěn)定達(dá)到所要求的回用水標(biāo)準(zhǔn)，在雙膜系統(tǒng)正常運(yùn)行一周后對(duì)其產(chǎn)水二氧化硅進(jìn)行了連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。

預(yù)處理正常運(yùn)行期間，雙膜法的產(chǎn)水二氧化硅含量穩(wěn)定在 5mg/L 以下；而關(guān)閉預(yù)處理單元后，產(chǎn)水二氧化硅含量急劇上升至 10mg/L 以上，最高達(dá)到51.85mg/L 。這說(shuō)明隨著預(yù)處理系統(tǒng)的關(guān)閉，大量二氧化硅直接進(jìn)入雙膜系統(tǒng)，雖然超濾膜和反滲透保安過(guò)濾器能夠截留很大一部分，保證反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行；但是，更多的二氧化硅進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)，使得產(chǎn)水二氧化硅含量遠(yuǎn)超正常值，嚴(yán)重影響產(chǎn)水水質(zhì)。見(jiàn)圖4。

3結(jié)論與建議

1）預(yù)處理能夠有效減緩雙膜污染，保證出水水質(zhì)。

2）雖然常規(guī)研究認(rèn)為超濾是去除膠體硅的有效方法；但大量膠體硅被截留會(huì)引起跨膜壓差在短期內(nèi)急劇上升和膜的嚴(yán)重污染，需要瀕繁反沖洗和化學(xué)清洗，減少產(chǎn)水時(shí)間、增加清洗費(fèi)用，也會(huì)影響超濾膜的使用壽命。因此，在含硅廢水處理中，宜采用混凝沉淀等預(yù)處理除硅，盡量降低超濾的運(yùn)行負(fù)荷。

3）在處理含硅光伏廢水及類似廢水時(shí)，必須十分重視預(yù)處理的正常運(yùn)行。預(yù)處理運(yùn)行不當(dāng)，過(guò)多的膠體硅和活性硅將進(jìn)入雙膜系統(tǒng)，從而導(dǎo)致雙膜系統(tǒng)運(yùn)行異常，如超濾跨膜壓差急劇上升、超濾產(chǎn)水SDI超標(biāo)、保安過(guò)濾器壓差增大及雙膜產(chǎn)水二氧化硅超標(biāo)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響膜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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