工业废水回用于循环冷却水的试验研究

严金土

[逸辰环保科技（厦门）有限公司，福建 厦门 361006]

中水主要是指废水或雨水经适当处理后，达到一定的水质指标，可满足重复使用的非饮用水。把中水回用于循环冷却水系统，发达国家早在20 世纪40 年代初就有实践，美国利用中水作为循环冷却水系统补充水的项目不下几百个[1]。目前国内工业废水的回用也已经较为广泛，但是造纸废水回用于循环冷却水系统尚无典型的成熟案例，无法直接进行工艺复制。

循环冷却水主要是作为冷却介质用于汽轮机的凝汽器，如果冷却水水质不好，会引起凝汽器铜管腐蚀，甚至穿孔泄漏，使凝结水品质劣化，污染锅炉水，直接影响电厂的安全运行[2]。因此，将废水回用于循环冷却水，首先要保证回用水的水质，其次要保证设备的稳定运行。本文通过试验得出的相关数据，为系统设计、设备选型、投产后的运行控制提供了依据。本试验采用浸没式超滤（MCR）+两级反渗透对造纸废水进行回收利用，经过处理的回用水达到造纸厂循环冷却水的用水标准后可进行回用。本试验重点考察了该工艺的运行稳定性、工作参数、出水水质情况及其经济效益。

1 试验方法

本试验在国内某大型造纸厂内进行，废水取自该厂内经处理后达标排放的造纸废水，采用浸没式超滤+两级反渗透的处理工艺，工艺流程见图1。

2 进水水质分析

某造纸厂污水采用A/O 处理工艺，排放标准达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB 3544—2008）中表2 的排放限值。在试验前对该水质进行分析化验，其水质分析结果见表1。

表1 进水水质

从表1 可以看出，该造纸厂废水TDS、硬度、色度、氯离子均较高，特别是TDS、氯离子和硬度对循环冷却水的影响较大，在试验过程中应着重关注这些指标的去除率，同时考察系统运行的稳定性。

图1 试验工艺流程

3 运行情况分析

3.1 MCR 系统运行情况

MCR 是改进的压力式超滤技术，是在运行时将超滤膜组件直接浸入原水池中，通过抽真空使水侧形成负压，水池中的水就会透过滤膜进入产水侧，而粒径大于0.04mm 的固形物和细菌污染物则被截留在膜的另一侧，从而实现水质的净化[3]。本次试验将MCR作为反渗透系统的预处理工艺，可减少膜系统受悬浮物、胶体、细菌等的污染频率，保证反渗透系统的稳定运行。

本次试验通过观察MCR 连续运行时产水流量、运行压力等参数的变化情况，从而判断MCR 是否能稳定运行，是否能满足反渗透系统的预处理要求。经过连续30d 的运行，各项参数变化情况见图2。

图2 MCR 系统运行情况

从图2 可以看出，系统连续运行30d（未进行膜化学清洗），MCR 的产水流量、压力等均没有明显的变化，系统运行状况良好，产水水质满足要求。说明MCR 系统在该系统内作为RO 系统的预处理是可行的。

3.2 一级RO 系统运行情况

3.2.1 产水电导率与pH 值的关系

一级RO 系统产水电导率与pH 值的关系见图3。由图3 可以看出，pH 值为7—8 时RO 膜的电导率透过率较低，即RO 膜对电导率的去除率较高。在运行过程中可控制一级反渗透膜的pH 值为7—8，pH 值7.5 为最佳。

图3 一级RO 系统产水电导率与pH 值的关系

3.2.2 一级RO 运行情况

由于废水中的硬度较高，容易对膜系统造成污堵，该系统在运行时投加了一定量的阻垢剂防止膜系统的污染，阻垢剂的定量分析不在本文内讨论。

一级RO 系统运行情况见图4。由图4 可以看出，一级RO 系统对污染物的去除率仍保持在较高范围内；从30d 累积运行曲线看，系统产水通量较为稳定，系统操作压力为11—13bar，产水电导率为80—100μS/cm，系统各项参数良好，均在可控范围内。

图4 一级RO 运行情况

从图4 可以看出，随着运行时间的延长，系统压力有上升趋势，说明膜系统有逐渐污染的趋势。但是，在一个月内不需要采用化学清洗，即可证系统运行的稳定性。

3.2.3 产水情况

系统经过一级RO 系统后的产水水质见表2。

表2 一级RO 产水水质

从表2 可以看出，一级RO 系统的产水水质较好，已经能满足一般循环水的冷却水用水需求，但对于一些用水水质要求较高的锅炉，该水质仍未能满足使用要求，因此设计了二级RO 系统。

3.3 二级RO 系统运行情况

3.3.1 运行情况

二级RO 系统原水为一级RO 系统的产水，该水质较好，基本不会对膜造成污染，膜系统可稳定运行。试验期间二级RO 系统膜外压为4—6bar，产水率在80%左右。整个系统运行稳定，中试期间未出现较大问题，膜内外压差未出现较大波动。在实际运行过程中可通过适当提高压力来提高产水率。二级RO 系统运行情况见图5。

图5 二级RO 系统运行情况

3.3.2 产水情况

系统经过二级RO 系统后的产水水质见表3。

表3 二级RO 系统产水水质

从表3 可以看出，最终产水水质较好，完全满足循环冷却水的水质要求。

4 相关问题讨论

（1）系统在低pH 值条件下运行，可减缓膜系统的污堵，特别是硬度造成的污染，但是低pH 值下产水电导率较高，产水的pH 值较低，不能满足循环冷却水的pH 值（≥7）要求，因此在实际设计过程中应充分考虑运行pH 值的选择。

（2）废水中钙镁硬度较高，在运行过程中一定要保证阻垢剂加药系统运行良好，否则一级RO 系统很容易发生结垢现象，从而影响系统的稳定运行。

（3）一级RO 系统的产水水质已能满足循环冷却水的水质需求，在用水要求不高的情况下可直接使用一级RO 系统的产水，无需使用二级RO 系统，可降低投资和运行费用。

（4）由于RO 系统是一个物理浓缩系统，污染物被浓缩在浓水中，浓水中的各项污染物存在超标现象，因此，在实际设计中应当充分论证浓水处理后能否满足排放要求。

（5）若该试验最终能实现应用，将改善当地水环境污染问题，解决企业排污及废水回用的问题[4]。