有机硅生产废水的处理及膜污染控制

雷庆铎，申 振，赵艳霞

（华北水利水电学院 环境工程实验中心，河南 郑州 450011）

有机硅生产废水的处理及膜污染控制

雷庆铎，申 振，赵艳霞

（华北水利水电学院 环境工程实验中心，河南 郑州 450011）

采用三级过滤—反渗透膜脱盐—多效蒸发联合工艺处理有机硅生产废水，并对反渗透膜的污染控制进行了研究。实验结果表明：高压膜脱盐率为96 %左右，低压膜脱盐率为95 %左右；膜系统COD去除率基本上稳定在98.25%，出水COD稳定在60 mg/L以下。针对膜污染问题，采用在线冲洗与不定期清洗相结合，有效改善了反渗透膜的污染状况，延长了膜的使用寿命。

反渗透膜；有机硅；电导率；清洗；膜污染；废水处理

随着人民生活水平和综合国力的提高，有机硅单体及有机硅材料的需求迅速增加［1］。近10年来，我国有机硅单体的年需求增长率均在20%以上［2］。有机硅生产工艺主要包括氯甲烷合成、有机氯硅烷单体合成及有机硅高聚物合成等几个步骤［3-5］。有机硅生产废水中有机物成分复杂，且难以生化降解，直接生化处理很难达到排放要求。目前，关于有机硅生产废水处理的研究较少。顾晓扬等［6］采用Fenton试剂氧化法处理含有机硅的模拟废水，取得了很好的效果。袁劲松等［7］采用接触氧化工艺对晨光化工研究院的有机硅废水进行处理，取得了较好的效果。Bansal［8］采用UCARSEP型无机超滤膜对有机硅生产废水进行过滤处理，油的截留率高达98.5%。随着膜科学的发展，膜技术在处理该类废水中得到了很大应用［9-13］。

本工作基于山西某有机硅厂生产废水处理改造项目，通过对水质及膜分离浓缩性能参数的分析，确定采用三级过滤—反渗透膜脱盐—多效蒸发联合工艺。该方法与常规方法相比技术先进，占地面积小，运行管理简单，处理效益高，具有广阔的应用前景。

1 实验部分

1.1 实验材料

1.1.1 废水水质

有机硅生产废水取自山西某有机硅厂，主要包括氯甲烷合成及聚硅氧烷合成车间产生的浓酸水、各车间排污产生的稀酸水。根据水质、水量情况将浓酸水和稀酸水分开处理。有机硅生产废水水质见表1。

1.1.2 膜性能

SG 8 0 4 0 M 1 0 0 1型低压反渗透膜、SC8040M 1001型高压反渗透膜：海德能公司。膜性能参数见表2。

表1 有机硅生产废水水质

表2 膜性能参数

1.2 工艺流程

有机硅生产废水处理工艺流程见图1。稀酸水经1#集水池进入中和反应槽进行中和反应，然后进入沉降罐，上清液进入1#沉淀池，实时监测废水pH进行微调。

沉淀池的上清液经过多介质过滤器、陶瓷过滤器、精密过滤器过滤后进入反渗透膜处理系统，进一步浓缩盐分和有机物。淡水最终回流到清水池，浓盐水回流到2#沉淀池。浓酸水经过2#集水池进入中和反应槽进行中和反应，泥水通过卧式离心机分离，上清液经2#沉淀池进入多效蒸发系统分离回收氯化钙和氯化钠。

图1 有机硅生产废水处理工艺流程

1.3 膜污染控制方法

膜污染主要有膜表面覆盖污染和膜孔阻塞污染［14］。根据反渗透膜的性能参数，膜系统的最大跨膜压差（TMP）控制在0.3 MPa左右。该膜处理系统采用间歇式在线冲洗与不定期清洗相结合，并增设阻垢加药系统。高压反渗透膜装置的在线冲洗定为每运行2 h冲洗1 m in，低压反渗透膜装置的在线冲洗定为每运行6 h冲洗1 m in。不定期清洗周期在在线冲洗无法改善膜性能的情况下，根据膜的污染程度确定。清洗液中三聚磷酸钠质量分数为2 %、十二烷基苯磺酸钠质量分数为0.25 %，pH 10.0，水温40 ℃。

2 工程运行参数分析

2.1 高压反渗透膜装置进出水电导率变化及脱盐效果

高压反渗透膜进出水电导率及脱盐率随运行时间的变化见图2。由图2可见：在运行的25 d内，高压反渗透膜进水电导率的范围为2 400～3 200 μs/cm，出水电导率基本维持在100 μs/cm左右；脱盐率随进水水质的变化略有波动，基本保持在96 %左右，达到了初步脱盐的目的。

图2 高压反渗透膜进出水电导率及脱盐率随运行时间的变化

2.2 低压反渗透膜装置进出水电导率变化及脱盐效果

低压反渗透膜进出水电导率及脱盐率随运行时间的变化见图3。由图3可见：在运行的25 d内，低压反渗透膜进水电导率的范围为80～120 μs/cm，出水电导率基本维持在10 μs/cm左右；脱盐率基本保持在95 %左右。由于经过高压反渗透膜装置的处理，进水中大部分的盐分及溶解性有机物被截留，使得低压反渗透膜的进水水质较好，对于膜的污染相对较小，出水稳定，清洗周期长。

图3 低压反渗透膜进出水电导率及脱盐率随运行时间的变化

2.3 膜系统COD去除效果

该有机硅废水处理工艺中的膜系统由多介质过滤器、陶瓷过滤器和精密过滤器组成的膜前预处理系统和高、低压反渗透膜主体装置构成。由图4可见：膜系统进水COD为2 400 ～3 400 mg/L，出水COD稳定在60 mg/L以下；COD去除率基本稳定在98.25%。处理后废水可回用作系统中水冷电机设备所需的循环冷却水。由于系统受到有机物的污染，随运行时间的延长，COD去除率会有所下降。通过将膜前过滤器的清洗与膜的冲洗清洗相结合，这种污染现象会得到很大程度的控制。

图4 膜系统进出水COD及COD去除率随运行时间的变化

3 膜污染与控制

由于低压反渗透膜装置的进水水质较好、且稳定，在该项目运行的三个月内还未进行不定期清洗操作，所以只针对高压反渗透膜装置进行冲洗及清洗前后的参数对比分析。未进行冲洗及清洗时TMP和膜通量随运行时间的变化见图5。

图5 未进行冲洗及清洗时TMP和膜通量随运行时间的变化

由图5可见：随运行时间的延长，TMP逐渐增大；在前2.5 d，TMP增幅较快；2.5 d后TMP增势逐渐变缓；4.5 d后TMP又出现了快速增加的趋势；在运行的5 d内，TMP由0.10 MPa升至0.31 MPa。由图5还可见，随运行时间的延长，膜通量逐渐降低。在运行的5 d内，膜通量降幅达13%。这是由于开始阶段，盐含量高，电导率大，有机物含量较高，很容易在膜表面富集，随着富集离子浓度的增大，在膜表面结晶并沉积，形成污垢，使得膜通量快速降低、TMP升高，此阶段主要是浓差极化现象。随着污染的进一步加重，胶体及有机物的沉积可能会引起轻度的膜污染现象，膜性能进一步恶化，此时须停车进行膜清洗。

进行冲洗及清洗后TMP和膜通量随运行时间的变化见图6。由图6可见：由于进行了在线冲洗，系统可连续运行30 d；在31 d进行了不定期清洗，清洗后膜通量升高、TMP降低，基本回到运行初期的水平。由于进行了在线冲洗和不定期清洗，系统整个运行周期较未冲洗和清洗时延长了26 d，同时有效保证了膜的运行质量。

图6 进行冲洗及清洗后TMP和膜通量随运行时间的变化

4 结论

a）采用三级过滤—反渗透膜脱盐—多效蒸发联合工艺处理有机硅厂生产废水。在高压反渗透膜进水电导率为2 400～3 200 μs/cm的条件下，高压反渗透膜出水电导率基本维持在100 μs/cm左右，低压反渗透膜出水电导率维持在10 μs/cm左右。在膜系统进水COD为2 400～3 400 mg/L的条件下，出水COD稳定在60 mg/L以下，膜系统的COD去除率基本稳定在98.25%。

b） 采用在线冲洗与不定期清洗相结合的方式对膜系统进行清洗，高压反渗透膜装置的在线冲洗为每运行2 h冲洗1 m in，低压反渗透膜装置的在线冲洗为每运行6 h冲洗1 m in。进行在线冲洗和不定期清洗可使系统的整个运行周期延长26 d，同时有效保证膜的运行质量。

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Treatment of Organosilicon Production W astewater and Control of M embrane Fouling

Lei Qingduo，Shen Zhen，Zhao Yanxia

（Experiment Center for Environmental Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450011，China）

Organosilicon production wastewater was treated by the three-stage fi ltration-reverse osmosis membrane desalination-multiple-effect evaporation. And the control of reverse osmosis membrane fouling was also studied. The experimental results show that：The desalination efficiencies of high pressure membrane and low pressure membrane are about 96% and 95% respectively；The COD removal efficiency of the membrane system is about 98.25% and the effluent COD is below 60 mg/L. The problem of membrane fouling can be solved by online flushing and irregular cleaning，so the service life of the reverse osmosis membrane can be extended.

reverse osmosis membrane；organosilicon；conductivity；cleaning；membrane fouling；wastewater treatment

X783.1

A

1006-1878（2012）03 - 0247 - 04

2012 - 02 - 09；

2012 - 03 - 08。

雷庆铎（1962—），男，河南省方城市人，大学，高级实验师，主要从事污染水域生物修复及微污染物质检测。电话 13613859052，电邮 leiqingduo@ncwu.edu.cn。联系人：申振，电话 18039231355，电邮 shenzhen200521@ 163.com。

（编辑 王 馨）