摘要：本文以電鍍、線路板廢水為例，闡述了回用系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)和運行中的問題。針對電鍍、線路板廢水的特點，設(shè)計了—套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術(shù)，已在多家企業(yè)成功運行。提出了化學沉淀后立即下調(diào)pH值，以控制pH＝5左右的最佳范圍，解釋了阻垢劑的作用和副作用，以及正確化學清洗等問題。并闡明了分水的重要性。

關(guān)鍵詞：電鍍； 線路板廢水； 處理工藝； 設(shè)計與運行
前言

工業(yè)廢水處理回用是緩解市政供水緊張局勢，節(jié)約水資源的有效途徑。深圳市政府要求，企業(yè)工業(yè)廢水經(jīng)處理達到國家和地方排放標準后，再做深度處理，回用于工業(yè)生產(chǎn)，回用比例百分之六十五。

深圳市金達萊環(huán)保股份有限公司針對電鍍、線路板廢水的特點，設(shè)計了一套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術(shù)。并在比亞迪、富士康、ASM（先進半導體材料）、華南五金，中山的皆列士多層線路板、昆山的富士康等等企業(yè)污水處理回用系統(tǒng)中成功運行。今年又承接了中航集團深南電路、珠海方正電子等數(shù)家萬噸/日的線路板廢水回用工程。

工業(yè)廢水處理回用技術(shù)與飲用水處理技術(shù)、工業(yè)純水處理技術(shù)屬于不同的領(lǐng)域。雖然工藝中的核心裝備都是反滲透薄膜分離技術(shù)，但是，整個工藝的預處理、后處理以及反滲透本身的設(shè)計（如膜元件的選型、進水壓力的選擇、產(chǎn)水通量的設(shè)計等等）都是有很大區(qū)別的。有些水處理公司做的工業(yè)廢水回用工程運行不到半年就報廢了，究其原因可能是多方面的，但是對工業(yè)廢水的特點認識不足是主要的。

我們在承建的各電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)的設(shè)計也不完全一樣，但基本工藝是相同的。其工藝流程是：

→（化學沉淀上清液）原水池→原水提升泵→一級雙介質(zhì)過濾器→二級雙介質(zhì)過濾器→還原劑加藥裝置→（中間水箱→中間水泵→阻垢劑加藥裝置）→保安過濾器→高壓泵→RO系統(tǒng)→產(chǎn)水回用                                                   ↓
                                                           濃水再處理達標排放

下面介紹電鍍、線路板廢水處理回用系統(tǒng)的設(shè)計與運行，我們所遇到的問題，以及在設(shè)計中所采用的實用技術(shù)。

1  預處理系統(tǒng)的設(shè)計

工業(yè)廢水回用系統(tǒng)的預處理工藝，國外已經(jīng)采用連續(xù)微濾（CMF），即所謂雙膜法或叫全膜工藝。連續(xù)微濾（CMF）產(chǎn)水SDI≤3，濁度≤1NTU，是反滲透進水的極好水源，能有效的預防反滲透膜元件在運行中發(fā)生污堵或結(jié)垢現(xiàn)象。毫無疑問，這種工藝是先進的。但是國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)不愿意接受。因為這種工藝投資較高，暫時還不符合我國國情。

根據(jù)電鍍、線路板廢水的特點，我們采用了兩級雙介質(zhì)過濾器+保安過濾器，作為回用系統(tǒng)的預處理工藝。

1.1  兩級雙介質(zhì)過濾器的設(shè)計

①過濾速度的確定  v＝8～10m。同時據(jù)以計算過濾器的直徑。

②濾層厚度的確定  石英砂0.5m、無煙煤0.4m、承托層0.8～1.0m、膨脹系數(shù)50%～60%。

③過濾介質(zhì)的選擇  根據(jù)原水污染情況，選配石英砂和無煙煤的粒徑。一級雙介質(zhì)過濾器石英砂和無煙煤的粒徑略大于二級雙介質(zhì)過濾器石英砂和無煙煤的粒徑。但無論哪一級過濾器，無煙煤的粒徑均應(yīng)小于石英砂粒徑的2倍，才能保證反沖洗時分層回落。

④配水“豐”型管的計算  干管始端流速為1.0～1.5m/s、支管始端流速為1.5～2.0m/s、孔眼流速為5～6m/s；支管中心距0.25～0.3m，支管長度與其直徑之比不應(yīng)大于60倍；孔眼直徑9～12mm。

⑤配氣“豐”型管的計算  管中空氣流速10m/s、空氣從孔眼中的流出速度30～35m/s；孔眼直徑為1.4～2.0mm，孔距：80～90mm。

1.2  為什么采用兩級雙介質(zhì)過濾器

①提高過濾效果，發(fā)揮深層過濾效果。

②保證設(shè)備連續(xù)運行，反沖洗時不停機，錯開反沖洗，保持至少有一級雙介質(zhì)過濾器是在壓實的濾床上進行過濾。

③可以提高過濾速度，減小過濾器直徑。

1.3  雙介質(zhì)過濾器的反沖洗

反沖洗水源：RO濃水、RO產(chǎn)水、自來水或者雙介質(zhì)過濾器的濾出水。決不能用原水。

①反沖洗水泵：設(shè)備選型：臥式不銹鋼離心泵。
        流量：Q＝4～6L/㎡s；   揚程：H＝22～30m。

②反沖洗周期：自動控制按時間設(shè)定，連續(xù)過濾12h反沖洗。手動控制看壓力表，壓力增加0.1MPa反沖洗。

③反沖洗程序：氣洗2min；氣水混和反沖6min；水沖5min。

④空氣壓力：0.2～0.4MPa。

⑤氣洗強度：18L/ ㎡s（4.1m3/min）。

⑥膨脹高度：0.5m左右。

1.4  保安過濾器

保安過濾器屬于保證安全的預處理過濾設(shè)備，為防止細小顆粒狀雜質(zhì)進入高壓泵與反滲透設(shè)備內(nèi)，對高壓泵與RO膜造成機械損傷。該過濾器的殼體選用SUS304不銹鋼材料制作，內(nèi)裝過濾精度為5μm的PP材質(zhì)熔噴濾芯。

1.5  還原劑加藥裝置

如果原水中殘存氧化劑或主要污染物質(zhì)是硅膠、大分子有機物等膠體物質(zhì)，則投加還原劑亞硫酸氫鈉（SBS）是非常必要的。其配置為容量為100L加藥箱1個，材質(zhì)為PE，配套計量泵1臺，選用美國帕斯菲達品牌精密計量泵，型號為X100，額定流量為15.77L/h，電機功率為160w，沖程次數(shù)為70次/min，最大工作壓力為4.2kg/cm2。

2  反滲透系統(tǒng)的設(shè)計

2.1  高壓泵的選型

高壓泵是RO主機的動力設(shè)備。設(shè)備選型：不銹鋼立式多級離心泵。配套設(shè)備：①高壓泵控制柜，②變頻啟動裝置。

流量：Q＝設(shè)計進水量；揚程：H＝220m。

2.2  反滲透主機設(shè)計

反滲透薄膜分離技術(shù)是一種節(jié)能、高效、無污染和實用性強的高新技術(shù)。其核心是RO膜組件。
         
 主要設(shè)計參數(shù)：
           系統(tǒng)回收率       50%～75%
           系統(tǒng)脫鹽率        ≥97%
           產(chǎn)水流量       12～17L/㎡h

①膜元件數(shù)量計算
                 膜元件數(shù)量 ≈設(shè)計進水量×系統(tǒng)回收率/設(shè)計產(chǎn)水流量×單支膜面積
                                     
②壓力容器的計算  元件數(shù)量除以每只壓力容器可安裝的元件數(shù)量。

③段的計算  根據(jù)回收率的要求，設(shè)計段的數(shù)量。一般多采用2：1或4：2或3：2：1結(jié)構(gòu)。

由多少只壓力容器串聯(lián)在一起就決定了段數(shù)，而每一段都有一定數(shù)量的壓力容器并聯(lián)組成。系統(tǒng)回收率越高，進水水質(zhì)越差，系統(tǒng)就應(yīng)該越長，即串聯(lián)的元件就應(yīng)該越多。

表1  串聯(lián)元件的數(shù)量與系統(tǒng)回收率和段數(shù)的關(guān)系
 
系統(tǒng)回收（%）                串聯(lián)元件的數(shù)量          含6元件壓力容器的段數(shù) 
40～60                           6                           1
70～80                           12                          2
85～90                           18                          3
 
2.3  自動沖洗系統(tǒng)的設(shè)計

膜元件的污堵或結(jié)垢都是在停機狀態(tài)下發(fā)生的，自動沖洗的作用：停機時用清潔水把膜里的濃縮水置換掉。最簡單的自動沖洗設(shè)計是系統(tǒng)準備停機時，高壓泵斷電停止后，延時180秒，再停中間水泵或原水提升泵，讓預處理合格水低壓沖洗、置換膜元件中的濃縮水。然后系統(tǒng)停機。

2.4  化學清洗系統(tǒng)的設(shè)計

清洗藥劑數(shù)量計算：①每支8040膜元件配藥34L，嚴重污染時配藥55L。②藥洗過濾器的容積。③管道的容積。加起來就是清洗藥劑的數(shù)量。

化學清洗水泵選型，不銹鋼多級離心泵，流量：Q＝8～10m3/h ×壓力容器數(shù)量； 揚程：H＝40～45m。

2.5  為什么不用離子交換

離子交換技術(shù)也是成熟的脫鹽技術(shù)。但它所適用的范圍是含鹽量500mg/l以下的水質(zhì)，而線路板廢水在經(jīng)過化學沉淀之后，含鹽量仍在660mg/l以上，有時高達1100mg/l以上。如果不用反滲透而用離子交換，則陰陽離子樹脂都會很快飽和，必須頻繁再生，消耗大量酸堿。既增加了運行費用，又增加了勞動強度，同時，造成環(huán)境的二次污染。因此，工業(yè)廢水處理回用系統(tǒng)中使用離子交換技術(shù)是不經(jīng)濟的，但在工業(yè)純水制備上，離子交換技術(shù)是少不了的。

3  回用系統(tǒng)設(shè)計和運行中要特別注意的問題

3.1  分水

分水不屬于回用技術(shù)的范圍，但它是電鍍、線路板廢水回用工程極其重要的環(huán)節(jié)。分水是為了治水，分而治之。俗話說，沒有包醫(yī)百病的藥，當然也沒有包治百水的技術(shù)和工藝。電鍍、線路板廢水的不同排水節(jié)點，其水中的污染物種類是千差萬別的，同一個排水節(jié)點的不同時間排水，其水中污染物濃度也是千變?nèi)f化的。必須根據(jù)不同排水節(jié)點所排污水的污染物種類及其特征，有針對性的采取先進的成熟的處理工藝，有效的去除污染物質(zhì)，達到國家和地方污水排放標準，這才能作為回用系統(tǒng)的水源。這是電鍍、線路板企業(yè)污水處理回用系統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)工作。如果分水不清，必然給污水處理站的調(diào)試和運行帶來困難，也給回用水系統(tǒng)預處理工藝的選擇帶來困擾。電鍍、線路板企業(yè)的排水節(jié)點有60多個，其中40多個排水節(jié)點分別歸類為清洗廢水、磨板廢水、酸堿廢水、有機廢水、含銅廢水、含鎳廢水、含氰廢水等7～8類，這些廢水經(jīng)過不同方法處理后的出水，成為回用系統(tǒng)的水源。上述各類排水合計水量約占線路板企業(yè)總排水量的78.8％，基本上可以滿足按總排水量回用65％的要求。

3.2  注意pH值的影響

電鍍、線路板廢水中的含重金屬廢水在化學沉淀之后，必須進行pH值回調(diào)，因為當pH＝6時，廢水中即開始生成氫氧化物，沉積在膜的表面發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，使產(chǎn)水通量急劇下降。如果達到風險界點pH＝10時，哪怕只有一次，磷酸鹽（如Ca3(PO4)2）的結(jié)垢也是不可逆的。系統(tǒng)進水壓力迅速升高，產(chǎn)水通量急劇下降。這時候采用任何藥劑進行化學清洗，都基本上沒有效果。只有提前更換膜元件，才能使系統(tǒng)重新正常運行。

所以，電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)在運行過程中，應(yīng)隨時監(jiān)測反滲透設(shè)備進水pH值的變化。pH＝5左右是比較適宜的。

3.3  加不加阻垢劑

加阻垢劑是為保護膜元件而采取的措施。如果原水中存在形成硬垢的一些硬度物質(zhì)，如：Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2、MgSO4等，它們在濃水側(cè)不斷被濃縮，當其濃度超過它們的溶解度時，便會析出結(jié)晶在RO膜表面形成硬垢，不僅降低水通量，還會縮短膜的使用壽命。這時需要投加阻垢劑。但要注意的是：

①所有的阻垢劑都代負電荷，與水中的高分子有機化合物（荷正電）反應(yīng)，污堵膜面。

②加了阻垢劑，每次停機不得超過4h，不加阻垢劑，每次停機可以超過24h。對于在前處理中已有化學沉淀工藝的回用系統(tǒng)，進水中重金屬含量很低時，可考慮不設(shè)計阻垢劑加藥裝置。

3.4  化學清洗問題

普遍關(guān)心的問題是：如何判斷膜元件應(yīng)該清洗？回用系統(tǒng)多長時間化學清洗一次？如何進行化學清洗？

當出現(xiàn)下列情況之一時，膜元件需要清洗：

產(chǎn)水通量降低15%；進水壓力上升15%；透鹽率增加了15%。

電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)23～35天化學清洗一次是正常的。在實際運行中往往2～3個月清洗一次，錯過了清洗的最佳時機，幾倍增加以后清洗的難度。

如何進行化學清洗？

①配制清洗液，清洗液的數(shù)量根據(jù)元件型號及污染程度而定；
           一般污染：每支8英寸膜元件需配制34L清洗液。
           嚴重污染：每支8英寸膜元件需配制55L清洗液。

②低流量輸入清洗液，置換原水，原水排掉。低壓力不產(chǎn)水；

③清洗液在膜元件和清洗水箱之間循環(huán)30min；

④浸泡5～10h；

⑤高流量水泵循環(huán)30～60min，最大允許壓降1bar；

⑥沖洗。預處理的合格產(chǎn)水可做沖洗水。為了防止沉淀，最低清洗溫度為20℃。

清洗液：一般采用0.1%（W）NaOH（氫氧化鈉）。
    清洗條件：pH12/30℃。

功能：清除硫酸鹽垢（CaSO4，BaSO4）、無機膠體（淤泥）、硅、微生物膜、有機物等，效果顯著。根據(jù)膜污染的類型不同，也可采用不同藥劑配制清洗液。

在酸洗過程中，應(yīng)隨時檢查清洗液pH值的變化，在溶解無機鹽類沉淀消耗掉部分鹽酸時，如果pH的增加超過0.5個pH值單位，就應(yīng)該向清洗液內(nèi)補充酸。酸性清洗液的總循環(huán)時間不應(yīng)超過20min，如超過這一時間，清洗液可能會被清洗下來的無機鹽所飽和，而污染物就會再次沉積在膜表面。此時應(yīng)用合格預處理產(chǎn)水將膜系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)的清洗液置換掉，重新配制清洗液進行第二遍清洗。
 

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