含锰生产废水处理中两种反渗透膜应用对比与系统优化研究

吴立涛

摘   要：某冶金集团拥有多套除盐水车间及中水回用车间，其中污水厂处理电厂循环排污水及多年积存的含锰废水，除盐水工艺为反渗透工艺。为降低膜元件更换成本，在同水质及运行工况下，选用国产膜元件和进口膜进行对比运行中试实验，以验证国产膜元件在系统条件下的适用性及对进口膜元件替换的可行性，以期降低运行成本，并通过对原有工艺进行优化改进，达到良好的处理效果。

关键词：反渗透系统;膜元件;废水处理

该集团拥有多套除盐水车间及中水回用车间，其中污水厂处理电厂循环排污水及多年积存的含锰废水、除盐水工艺选用反渗透工艺[1]。3套反渗透系统，A和B号反渗透使用的水源是循环排污水，C号反渗透使用的是含锰生产废水，反渗透系统膜元件是14∶7）×6排列，单套126支膜，共计378支膜，设计产水量80 t/h，之前均使用进口膜元件近2年。膜元件污堵频繁，性能衰减明显，更换周期短。为降低膜元件更换成本，在同样水质及运行工况下，选用国产膜元件和进口膜进行对比运行中试实验，以验证国产膜元件在系统条件下的适用性及对进口膜元件替换的可行性，以期降低运行成本，并对原有工艺进行优化改进，达到良好的处理效果。

1    原水处理概况

1.1  水质概况

循环排污水及含锰废水水质如表1～2所示。

1.2  处理工艺

循环排污水处理工艺如图1所示。

含锰废水处理工艺如图2所示。

1.3  系统概况

该污水处理厂循环排污水处理系统，含有少量二价锰，COD100×10-6以上，水质波动较大，电导率从1 800～4 000波动，预处理简单，没有机械沉淀工艺，通过加碳酸钠然后CAP加速沉淀，沉降效果不佳，含有大量悬浮物和淤泥。进入浸没式超滤后，膜丝污堵严重，大面积断丝，导致反渗透进水浊度严重超标，达到20 NTU以上反渗透浊度进水要求小于1 NTU），膜元件污堵频繁，结垢严重，压差大，膜元件出现爆丝现象，单套系统产水量已不足35 t/h，系统脱盐率已衰减至80%以下。原有处理工艺简单，通过投加石灰和聚合硫酸亚铁，沉淀，再进入MBR，化学反应沉淀效果不佳，导致MBR负担加重，断丝严重，出水浊度高，达到15NTU以上，有一定色度，余氯测试颜色明显，反渗透污堵非常严重，膜元件被氧化，脱盐率大幅衰减。

2    中试实验

2.1  试验方法

使用过程6只项目实验膜元件，与该厂近期采购的6支进口膜元件，从10月24～11月10日共计18天进行对比运行中试实验。在污水处理厂A组反渗透一段相邻两个膜壳分别填装国产反渗透膜元件和进口膜，组成一段试验组，记录膜壳编号的同时在膜壳上做好标记。实验开始后，由该厂现场工作人员测定记录两个试验膜壳的产水电导。同时，为进一步了解试验组所处的状态，收集记录整套的反渗透系统运行数据，如进水压力、浓水压力、产水压力、浓水量、产水量、进水量、产水电导率、进水电导率，反渗透 CIP清洗频次和时间等数据，有助于分析试验组膜元件性能的优劣。

2.2  试验过程

系统每天早班对反渗透系统进行化学清洗，基本上遵循一天碱洗一天酸洗的规律，每次清洗时间在1～2 h;在安装中试膜元件以前系统产水量基本在35 t/h，安装上2个膜壳的中试膜后，系统产水量上升到60 t/h，进水压力也大幅下降，运行一天后产水量降到45 t/h，压力也有所上升;在中试实验进行到2017年11月初时，工作人员更换了A组反渗透一段6个膜壳的膜元件，系统产水量上升到80 t/h左右，运行一定时间后有所下降，清洗后可恢复部分产水量。

2.3  试验数据整理分析

2.3.1  实验数据整理

在现场工作人员协助下，将中试期间2017年10月24～11月10日）的运行数据整理对比如表3和图3所示。

2.3.2  实验数据分析

通过对实验数据及运行曲线均可直观的看到单支膜壳的产水电导率基本上一直优于进口，说明国产膜元件对该现场系统工况表现出良好的适用性。数据波动是因为系统原水电导率在1 800～4 000 μs/cm波动，有时一天之内电导率表现出大幅波动;国产单只膜壳产水电导率波动范围在13～25 μs/cm，小于进口的15～35 μs/cm，说明国产膜元件对该现场水质频繁波动表现出良好的耐冲击性和稳定性。对比中试膜元件安装前后系统的运行数据，可发现安装中试膜后，系统产水量大幅上升，运行压力下降明显，运行一定时间后产水量有一定衰减，说明由于新膜阻力小，系统存在一定的偏流现象，导致新膜产水负担很重，加快新膜的污堵速率。系统每天早上进行化学清洗，经过18天频繁的化学清洗，国产中试膜产水电导率一直表现比较稳定，没有出现衰减，说明国产膜元件耐受性能强，在频繁污堵和频繁清洗的条件下，性能依然优越，具有卓越的耐清洗性和清洗恢复性。

3    系統优化改造

鉴于该系统反渗透系统污堵频繁，使用周期短，运行及更换成本高，对系统进行了优化。由于原系统悬浮物及淤泥较多，在预处理投加絮凝沉淀工艺，机械过滤工艺，既可降低超滤负担，又可降低反渗透污堵风险。含锰废水中锰含量非常高，二价锰具有催化氧化作用，膜元件存在极大被氧化的风险，增设除锰工艺[2]。对于反渗透进水余氯、ORP定时检测，以确定还原剂加药量，避免膜被氧化;定期测定超滤出水浊度及反渗透进水SDI，以判定预处理效果是否达标，以便及时调整预处理，避免膜被污堵。在更换膜元件时，尽量整套系统更换，如果新膜和旧膜混装，会出现偏流现象，导致新膜负担重、污堵快、缩短新膜的使用寿命。定期对反渗透系统杀菌处理，避免微生物污染加剧，形成生物黏膜，不易清洗[3]。经过系统优化改进，最终使得反渗透进水SDI小于5，浊度小于1NTU，余氯小于0.1×10-6，ORP控制在±200 mV以内。

4    结语

该污水处理工段在同一工况下，国产反渗透膜元件与国外知名品牌进口膜对比运行，经过中试实验验证，国产膜产水电导率基本上一直优于进口膜，数据波动范围小，表现出良好的耐冲击性和稳定性，具有优越的耐清洗和清洗恢复性，表现出优异的适用性及替换国外品牌膜的可行性，具有较高的性价比，可降低膜元件更换成本。系统各项指标均有明显提升并达到工业排放标准，系统运行效果良好，为企业带来良好的经济效益。

[参考文献]

[1]汪启年，王   璠，于宏兵.电解锰生产废水处理及综合利用[J].环境污染与防治，20131）：93-95，110.

[2]徐   磊.电解锰企业生产废水循环模式优化[J].环保科技，20135）：32-34，46.

[3]葛绍阳.净水工艺对锰离子的去除效果分析及污泥处置对策研究[D].合肥：安徽建筑大学，2017.