工业污水处理试验方法与结果分析研究

李团结

摘 要：该文基于笔者多年从事污水再生处理的相关研究经验，以超滤在钢厂污水再生中的应用为研究对象，分析探讨了超滤用于钢厂污水再生的相关问题与方法，全文是笔者长期工作基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：超滤 钢厂 污水回用 膜污染

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0019-01

工业污水再生利用是缓解我国用水资源紧张和水环境污染的有效途径。钢铁厂污水具有水量大，便于回用的特点，而应用超滤/反渗透深度处理污水处理站出水，可以作为锅炉补给水处理系统的给水、循环水的补充水，具有良好的经济效益和社会效益。为考察超滤/反渗透集成膜工艺在钢铁厂污水回用中的稳定与工程效果，同时研究运行过程中超滤膜的污染情况，并确定最佳的清洗药剂和药剂浓度，于2014年5～8月，在某钢铁公司进行了超滤/反渗透污水深度处理并回用的中试研究。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

中试在某钢铁厂的污水处理站进行。原水为污水处理站出水，超滤出水用作反渗透的原水和超滤膜的反冲洗水。采用气、水反冲洗控制超滤膜污染。超滤膜采用抽吸式聚偏氟乙烯中空纤维膜，孔径为0·04 μm，有效膜面积为112 m2，过滤方式为错流过滤，设计处理能力为2 m3/h，回收率为90%。

一个膜组件包括固定在垂直机构上的中空纤维膜、设在机构底部和顶部的透过液集水管。每个集水管包含有一層穿过膜丝的密封树脂，使得膜的内腔与管道相连以收集透过液。中空纤维膜要比顶部和底部的集水管之间的距离略长。2个硬直角管将2个集水管相连，同时将它们的位置固定。其中一个直角管将来自底部水管中的透过液运送至顶部水管；另一个将来自曝气器的空气全部运送至底部水管。同时，平缓的曝气摇动中空纤维膜并且在水槽中产生一种气升式循环模式。周期式反脉冲可以减小膜面的浓差极化，有效地降低了膜的污染。

1.2 试验原水水质

中试原水采用某钢污水处理站的二级出水，原水水质为：pH7.83，碱度（以CaCO3计）3.2 mg/L，氯根42.8 mg/L，硬度（以CaCO3计）11.4 mg/L，COD50.4 mg/L，浊度0.3～28.9NTU。

1.3 试验方法

试验每天连续运行，每隔一定时间记录一次数据，包括超滤进水、产水、浓水流量和温度，每隔一定时间分别从原水进水口、超滤膜系统产水和浓水出口取出水样，进行水质分析测试。

2 结果与讨论

2.1 浊度的去除

悬浮颗粒和胶体是堵塞RO膜的主要因素。试验期间，原水的浊度为0.3～28.9 NTU，而超滤出水浊度为0～0.57 NTU，平均浊度为0.08 NTU，其去除率几乎为100%。这是由于超滤膜的孔径较小，可以在不投加任何药剂的情况下，截留水中几乎全部的胶体和悬浮颗粒物。超滤的采用有效克服了传统预处理中化学药品用量大、无法彻底去除水中生物絮体和胶体物质的弊端，为反渗透提供了良好的预处理。

2.2 SDI的变化

SDI值（淤泥密度指数）是表征RO系统进水水质的重要指标。试验中，对超滤出水的SDI值进行了检测，频率为每3 d一次。在超滤系统运行期间，SDI比较稳定，基本在1～2之间浮动，符合反渗透进水SDI值小于3的要求。其他出水水质指标为：COD为28～32 mg/L，去除率在40%～44%。超滤对进水的电导及TDS没有明显的去除效果，主要是由于超滤受到过滤孔径的限制，无法去除水中溶解性离子。综上所述，超滤可有效去除原水中的浊度，对有机物也有较好的去除效果。

3 膜污染与清洗

试验期间，超滤产水量始终保持在2 m3/h。试验期间，对设备每周进行维护性清洗，同时在生产过程中进行反冲洗和气擦洗。在系统运行初期，透膜压力始终保持在比较低的范围内，变化比较平缓。在试验的30～34 d进行了水力峰值试验，将产水量提升至2.5 m3/h，压差由10 kPa提升至16 kPa，之后恢复2.0 m3/h的产水量。系统运行至58 d，使用盐酸进行了在线化学清洗。压差由25 kPa降至15 kPa，膜清洗如图1所示。

3.1 在线清洗

当透膜压差出现较明显的增长时（△TMP>5 kPa），则设备需要进行在线清洗。超滤的维护性清洗主要采用0.02%次氯酸钠溶液。清洗时间30 min左右。清洗周期在实验初期为7 d，随着超滤的运行，污染情况加重，清洗周期逐渐缩短为5 d。在清洗过程中，也尝试使用柠檬酸，对膜通量的恢复没有明显作用，但SDI值出现了下降。在对超滤膜进行维护性清洗的过程中发现，维护性清洗并不能带来膜通量的显著恢复，但能够抑制膜污染。同时，通过使用不同浓度的次氯酸钠进行清洗，对比清洗效果，在0.02%～0.03%这个范围内，浓度越高，其清洗效果就越好，>0.03%，则无明显效果。

3.2 化学清洗

试验进行至100 d时，透膜压力出现高位报警（TMP>50 kPa），一个生产周期结束，需要对膜进行化学清洗。试验末期分别应用柠檬酸和次氯酸钠进行化学清洗，应用柠檬酸进行化学清洗，过滤压差由51 kPa降低至31 kPa；而应用次氯酸钠进行二次清洗时，过滤压差降从31 kPa低至18 kPa。二者清洗效果较为显著。在膜的清洗过程中，柠檬酸用于去除膜丝表面的金属结垢，而次氯酸钠则用于去除膜丝表面的微生物。由化学清洗所取得的效果可以看出，膜污染的成因是水中金属盐类在膜丝表面结垢以及微生物污染。从试验设备的运行情况可以看出，超滤设备在保证处理效果的同时，生产周期能够维持在70～80 d。综上所述，超滤工艺能有效去除原水中的悬浮物和胶体物质，克服了传统反渗透预处理工艺无法彻底去除水中生物絮体和胶体物质的弊端，延长了反渗透膜的清洗周期和使用寿命，是一种理想的反渗透预处理工艺。

4 结语

（1）应用超滤作为反渗透的预处理措施，来处理钢铁污水厂的二级出水，产水水质能控制在比较稳定的区域，主要技术指标能够符合反渗透的技术要求，浊度的去除率达到95%以上，出水的SDI值保持在3以下。（2）在应用次氯酸钠进行在线清洗的试验过程中发现，当次氯酸钠的浓度在0.02%～0.03%这个范围内，浓度越高，其清洗效果就越好，>0.03%，则无明显改善效果。（3）应用次氯酸钠及柠檬酸进行化学清洗效果较好，说明引起膜污染的主要原因是金属离子结垢和微生物、细菌的污染。（4）应用PVDF中空纤维超滤膜，能够有效防止浓差极化，抑制污染，并能经受较高浓度的化学药剂清洗（盐酸、柠檬酸、次氯酸钠），可维持较长时间的运行周期，运行周期能够达到70～80 d。

参考文献

[1] 陈晓秋.水环境优先控制有机污染物的筛选方法探讨[J].福建分析测试， 2006（1）：15-17.

[2] 叶辉，许建华.饮用水中的氨氮问题[J].中国给水排水，2000（11）：31-34.