朱加生，胡 勇

（中電環(huán)保股份有限公司，南京 211102）

多段反滲透應(yīng)用于造紙尾水回用工藝的中試試驗(yàn)

朱加生，胡 勇

（中電環(huán)保股份有限公司，南京 211102）

造紙行業(yè)是水污染大戶，污水源較多，對(duì)水環(huán)境的負(fù)面影響較大。本試驗(yàn)采用“曝氣生物活性濾池+超濾+軟化+多段反滲透”組合技術(shù)，處理造紙廠綜合尾水。處理規(guī)模240 m3/d的中試試驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)水水質(zhì)為CODcr35 mg/L，濁度5 NTU，硬度200 mg/L左右時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)水200 m3/d，回收率83%，產(chǎn)水電導(dǎo)50 μs/cm，硬度小于3 mg/L，完全可回用于工業(yè)生產(chǎn)；水處理工業(yè)電耗為1.84元/m3。

多段反滲透；造紙尾水；回用

造紙行業(yè)既是用水大戶，也是水污染大戶?！笆晃濉逼陂g，全國(guó)用水總量增加了389億m3，其中工業(yè)用水量增加了163億m3，占全國(guó)用水總量增加量的42%；造紙工業(yè)用水量增加了47億m3，占全國(guó)用水總量增加量的12%，占工業(yè)用水增加量的29%[1]。根據(jù)2014年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)，造紙行業(yè)化學(xué)需氧量和氨氮的排放總量仍占全國(guó)工業(yè)源排放總量的16.7%和7.3%，位居各行業(yè)的第一位和第四位[2]。與此同時(shí)，我國(guó)又是一個(gè)水資源短缺、用水效率低下、水污染嚴(yán)重的國(guó)家，所以從整體上提高水的循環(huán)利用率，減少對(duì)水資源總量的需求，實(shí)現(xiàn)廢水資源化越來(lái)越重要[3]。

本試驗(yàn)將地址選在安徽某造紙廠，重在研究通過(guò)高效預(yù)處理后，再經(jīng)過(guò)超濾及多段反滲透，最終使造紙尾水達(dá)到回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，減輕企業(yè)對(duì)水資源的依賴度和對(duì)水環(huán)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(yè)，主要污水源為紙機(jī)生產(chǎn)廢水、化學(xué)酸堿廢水、石膏廢水、鍋爐熱力系統(tǒng)定期排污水、煤倉(cāng)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(dá)標(biāo)排放。

2 回用工藝

2.1 中試工藝流程

中試試驗(yàn)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(dǎo) =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(jí)超濾+一級(jí)反滲透+軟化沉淀+二級(jí)超濾+二級(jí)反滲透+三級(jí)反滲透，具體工藝流程如圖1所示。

首先原水進(jìn)入曝氣生物活性濾池，濾池填料為多孔陶粒，起到過(guò)濾和吸附降解作用。濾池產(chǎn)水進(jìn)入超濾工段，超濾采取錯(cuò)流過(guò)濾，并采取加藥（次鈉、酸、堿）反洗。超濾產(chǎn)水SDI值小于3并進(jìn)入一級(jí)反滲透，一級(jí)反滲透采用一級(jí)二段式，伴有濃水回流，回收率為70%。一級(jí)反滲透濃水進(jìn)入軟化裝置，軟化產(chǎn)水經(jīng)過(guò)斜管沉淀后進(jìn)入二級(jí)超濾，二級(jí)超濾采用全流過(guò)濾，并采取加酸反洗。二級(jí)超濾產(chǎn)水SDI值小于3并進(jìn)入二級(jí)反滲透，二級(jí)反滲透采用一級(jí)二段式，并伴有濃水回流和加酸，回收率為60%。二級(jí)反滲透濃水進(jìn)入三級(jí)反滲透，三級(jí)反滲透采用一級(jí)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(chǎn)水為一、二、三級(jí)反滲透產(chǎn)水混合水，總回收率83%，達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 工藝流程圖

2.2 工藝簡(jiǎn)介

2.2.1 曝氣生物活性濾池

曝氣生物活性濾池具有有機(jī)物容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、所需基建投資少、運(yùn)行成本低及保證較高出水水質(zhì)的特點(diǎn)。濾池內(nèi)裝填高比表面積的陶粒和墊層，集過(guò)濾和掛膜氧化于一體。因二沉池出水經(jīng)過(guò)芬頓強(qiáng)氧化后，COD大幅減小，大分子難降解有機(jī)物被有效破壞，而后進(jìn)入活性濾池，更能發(fā)揮活性濾池優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步去除廢水中的懸浮顆粒和部分有機(jī)物雜質(zhì)，保證后續(xù)膜系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)良好及穩(wěn)定。濾池水力停留時(shí)間為2 m，48 h反洗一次，氣水聯(lián)合反洗。

2.2.2 一級(jí)超濾

超濾膜技術(shù)的截留機(jī)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(yù)處理。本次試驗(yàn)選用立式外壓中空纖維超濾膜，膜絲材質(zhì)為PVDF，平均過(guò)濾孔徑30 nm。50 min一個(gè)運(yùn)行周期，錯(cuò)流過(guò)濾，其中包括48 min正常產(chǎn)水，40 s空氣擦洗，40 s反洗，40 s正洗。6個(gè)運(yùn)行周期后進(jìn)行一次加藥加強(qiáng)反洗，加藥種類分為液堿加次鈉聯(lián)合反洗和加酸反洗。當(dāng)運(yùn)行跨膜壓差大于0.05 MPa時(shí)，停機(jī)進(jìn)行化學(xué)清洗。本次試驗(yàn)，一級(jí)超濾可穩(wěn)定運(yùn)行60 d，產(chǎn)水SDI值小于3。

2.2.3 一級(jí)反滲透

反滲透膜是以膜兩側(cè)靜壓為推動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wú)機(jī)離子、大分子溶質(zhì)，其產(chǎn)水可直接回用于工業(yè)生產(chǎn)。本次試驗(yàn)選用聚酰胺復(fù)合膜，采用一級(jí)二段式，總進(jìn)水量為9 t/h，濃水流量5 t/h，其中2.7 t/h濃水進(jìn)入軟化工段再處理，2.3 t/h濃水循環(huán)至一級(jí)反滲透進(jìn)水箱，這樣通過(guò)提高循環(huán)流量，增加膜面流速，降低污染頻率。同時(shí)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)進(jìn)水余氯和還原劑投加，防止膜原件氧化。本段產(chǎn)水6.3 t/h，回收率70%。

2.2.4 軟化沉淀

一級(jí)反滲透濃水硬度達(dá)到500～800 mg/L，COD達(dá)到80～132 mg/L。為保證后續(xù)兩段反滲透穩(wěn)定運(yùn)行，需進(jìn)行軟化除硬。本工段包括軟化藥劑投加，反應(yīng)攪拌池和斜管沉淀。

投加石灰，可以去除暫時(shí)硬度、永久硬度和水中的CO2等，反應(yīng)方程如下：

（1）去除暫時(shí)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(guò)量的混凝劑，增強(qiáng)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(shí)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(jí)超濾

由于軟化加藥量難以準(zhǔn)確控制和斜管沉淀的排泥時(shí)間難以準(zhǔn)確把握，沉淀池出水常常會(huì)出現(xiàn)泡泥現(xiàn)象，SDI明顯大于3，難以進(jìn)入反滲透工段。所以，在軟化沉淀與二級(jí)反滲透之間加入二級(jí)超濾工段，二級(jí)超濾選用立式外壓中空纖維超濾膜，膜絲材質(zhì)為PVDF，平均過(guò)濾孔徑30 nm。60 min一個(gè)運(yùn)行周期，全流過(guò)濾，其中包括58 min正常產(chǎn)水，40 s空氣擦洗，40 s加酸反洗，40 s正洗。本次試驗(yàn)中，二級(jí)超濾可穩(wěn)定運(yùn)行90 d，產(chǎn)水SDI值小于3。

2.2.6 二、三級(jí)反滲透

二級(jí)反滲透原水為二級(jí)超濾產(chǎn)水，三級(jí)反滲透原水為二級(jí)反滲透濃水。二、三級(jí)反滲透都為一級(jí)兩段式，都通過(guò)增加濃水回流量來(lái)增大循環(huán)流量，增大膜面流速，防止污染。與此同時(shí)，二級(jí)反滲透進(jìn)水實(shí)施連鎖在線投加工業(yè)鹽酸，調(diào)節(jié)進(jìn)水pH到6.8，回收率為60%。三級(jí)反滲透進(jìn)水實(shí)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(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，回收率為40%。

3 試驗(yàn)結(jié)果

中試試驗(yàn)進(jìn)行4個(gè)月。其中第1個(gè)月為調(diào)試階段，在調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)改變?yōu)V池運(yùn)行反洗周期、變換超濾反洗加藥種類，調(diào)整軟化加藥量和斜管沉淀池上升流速，調(diào)整一、二、三級(jí)反滲透循環(huán)流量及回收率等主要運(yùn)行條件，并觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最終確定最佳運(yùn)行條件。在中試后期，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到較高水平。圖2為反滲透的產(chǎn)水電導(dǎo)平均值與濃水電導(dǎo)平均值的對(duì)比圖。

圖2 反滲透的產(chǎn)水電導(dǎo)平均值與濃水電導(dǎo)平均值的對(duì)比圖

由圖2可知，在進(jìn)水電導(dǎo)1 500～1 800 μs/cm情況下，一、二、三段產(chǎn)水電導(dǎo)平均值50 μs/cm，濃水電導(dǎo)5 000 μs/cm左右，平均脫鹽率為97%。在進(jìn)水電導(dǎo)有波動(dòng)的情況下，產(chǎn)水電導(dǎo)能保持穩(wěn)定。

4 運(yùn)行費(fèi)用分析

本中試主要考慮運(yùn)行電費(fèi)和藥劑費(fèi)，每立方米處理水量的平均價(jià)格為1.85元。

5 結(jié)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(jìn)水水量Q=10 t/h，COD=25～40 mg/L，濁度=2～5 NTU，電導(dǎo)=1 000～1 800 mg/L，硬度=150～250 mg/L時(shí)，出水電導(dǎo)平均值為50 μs/cm，硬度小于3 mg/L，系統(tǒng)水量回收率83%。運(yùn)行費(fèi)用1.85元/m3。但是，此工藝的三級(jí)反滲透的運(yùn)行穩(wěn)定性保持在40 d，有待進(jìn)一步探究和提高。

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

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

3 萬(wàn)金泉，馬邕文，王 艷，等.廢紙?jiān)旒垙U水特點(diǎn)及其處理技術(shù)[J].造紙科學(xué)與技術(shù)，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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500(2017)08-0014-03

2017-06-23

本文系南京高端人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)計(jì)劃“抗污染反滲透膜產(chǎn)業(yè)化”（項(xiàng)目編號(hào)：寧人才辦（2016）2號(hào)）的階段性研究成果。

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