摘要: 某冷軋廠排放的廢水中污染物種類多、濃度高，且廢水水質(zhì)水量變化較大，屬高濃度、難降解廢水。經(jīng)采用雙膜法對廢水進(jìn)行深度處理，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，脫鹽率達(dá)96%以上，出水水質(zhì)滿足循環(huán)水補(bǔ)充水要求，廢水回收率達(dá)65%以上。本文對該處理系統(tǒng)超濾、反滲透等的運行效果進(jìn)行了敘述和分析。

關(guān)鍵詞: 冷軋廢水; 回用; 超濾; 反滲透

某冷軋廠主生產(chǎn)線包括酸洗機(jī)組、軋機(jī)機(jī)組、連退機(jī)組、脫脂機(jī)組等，所產(chǎn)生的廢水主要分為: 含酸廢水、含油廢水、稀堿廢水、循環(huán)水排污水，廢水中的主要污染物包括: 酸、堿、乳化液、油類、脫脂劑、表面活性劑、懸浮物等。廢水中污染物種類繁多，屬高濃度，難降解廢水。

該項目地處生態(tài)旅游保護(hù)區(qū)，并與綠色食品基地、濕地公園、鳥類保護(hù)區(qū)等重點保護(hù)區(qū)域毗鄰。因而，對本項目的環(huán)境保護(hù)及水資源的循環(huán)利用也提出了更高的要求。該項目環(huán)評報告不但對廢水排放的濃度進(jìn)行了要求，也對廢水排放總量和COD排放總量進(jìn)行了限定，故處理達(dá)標(biāo)后的廢水還需部分深度處理回用，以滿足廢水排放總量和循環(huán)利用率的要求。

1 回用水原水水質(zhì)及回用水水質(zhì)

1．1 原水水質(zhì)表

本項目回用水原水為廢水經(jīng)生化處理后的出水和循環(huán)水系統(tǒng)排污水，其中循環(huán)水排污水約38 m3 /h，生化出水約72 m3 /h，水質(zhì)復(fù)雜，且波動較大。循環(huán)水排污水中主要污染物質(zhì)為懸浮物，廢水生化后出水水質(zhì)即為廢水達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，主要水質(zhì)指標(biāo)如下:

表1 原水水質(zhì)指標(biāo)表

1．2 回用水水質(zhì)表

經(jīng)回用水系統(tǒng)各處理流程后，最終出水用作循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水，循環(huán)水補(bǔ)充水主要水質(zhì)指標(biāo)如表2，經(jīng)反滲透處理后出水水質(zhì)要遠(yuǎn)好于表2 水質(zhì)指標(biāo)。

表2 回用水水質(zhì)指標(biāo)表

2 雙膜法在鋼鐵行業(yè)廢水深度回用處理中的現(xiàn)狀

雙膜法在污廢水深度回用處理中已成為主流工藝，經(jīng)過超濾和反滲透，污廢水中細(xì)菌、懸浮物、病毒、膠體和鹽等污染物絕大部分都可去除［1］。雙膜法在國內(nèi)電廠循環(huán)水排污水深度回用處理及市政污水深度回用處理中已有較多應(yīng)用。

雙膜法在鋼鐵行業(yè)的深度回用處理應(yīng)用目前主要集中在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的綜合污水深度處理回用項目上，綜合污水雖然污染物種類非常的多，但由于水量大，濃度低，與本項目的原水情況差別也較大。雙膜法對冷軋廢水進(jìn)行深度回用處理國內(nèi)還鮮有報道，故將冷軋廢水與循環(huán)水排污水混合回用也是一次富有挑戰(zhàn)的嘗試。

縱觀國內(nèi)雙膜法深度處理回用中出現(xiàn)的問題，絕大部分都是發(fā)生在預(yù)處理工序上，選擇合理的預(yù)處理系統(tǒng)是廢水處理回收的關(guān)鍵［2］。因此，在本項目上，我們特別重視預(yù)處理工藝的選擇以及搭配。

3 回用處理工藝流程和主要參數(shù)

廢水深度處理回用的工藝較多，但結(jié)合本項目原水水質(zhì)及產(chǎn)水水質(zhì)要求，我們選用主流的雙膜法工藝，該工藝流程可以劃分為3 個部分: 預(yù)處理、超濾膜處理和反滲透膜處理，工藝流程圖如圖1。

圖1 回用處理工藝流程圖

3．1 預(yù)處理工藝

預(yù)處理單元包括原水池、消毒、混凝反應(yīng)、多介質(zhì)過濾等，原水池不但起到水質(zhì)和水量的調(diào)節(jié)作用，同時也起到沉淀池的作用，原水池底部設(shè)有排泥設(shè)施，定期排出系統(tǒng)污泥。在預(yù)處理階段主要去除原水中的懸浮物、CODCr、細(xì)菌等，為此，在預(yù)處理單元投加殺菌劑殺滅水中細(xì)菌，并投加混凝劑發(fā)生混凝反應(yīng)，提高后續(xù)過濾器的截留效果。

3．2 超濾系統(tǒng)設(shè)計

超濾系統(tǒng)的作用為去除水中絕大部分的膠體、懸浮顆粒和細(xì)菌、病毒等，使產(chǎn)水水質(zhì)符合后續(xù)反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)的要求。超濾裝置前設(shè)有自清洗過濾器，超濾過濾方式采用死端過濾的形式，每運行一段時間需進(jìn)行一次反沖洗來恢復(fù)膜通量，超濾反洗包括普通反沖洗、化學(xué)分散反沖洗和離線化學(xué)清洗等。

超濾裝置選用進(jìn)口中空纖維超濾膜，變頻恒流量控制。超濾系統(tǒng)組成包括自清洗過濾器、超濾提升泵、超濾膜組件、超濾反洗泵等，超濾化學(xué)清洗裝置與反滲透裝置共用。

超濾裝置主要設(shè)計參數(shù):

數(shù)量　  2 套

單套凈產(chǎn)水量　  Q = 50 m3 /h

單套膜面積(18 支) 　　720 m2

產(chǎn)水通量　  69 L/m2·h

膜元件材質(zhì)　  PES

設(shè)計回收率　  92．5%

化學(xué)反洗藥劑及濃度　  10%NaClO

出水SDI15 　?。?3

3．3 反滲透系統(tǒng)設(shè)計

反滲透裝置是廢水深度回用處理脫鹽的關(guān)鍵設(shè)備，同時其對進(jìn)水水質(zhì)要求也較高。反滲透系統(tǒng)的主要組成包括: 反滲透增壓泵、管道混合器、保安過濾器、反滲透高壓泵、反滲透膜組件等。

RO膜元件選用進(jìn)口卷式膜元件，臥式排列布置，反滲透高壓泵變頻控制。保安過濾器前投加阻垢劑防止反滲透膜管中碳酸鈣、硫酸鈣以及硅酸鹽等的結(jié)垢，同時投加還原劑以去除水中的氧化性物質(zhì)。

反滲透裝置主要設(shè)計參數(shù):

數(shù)量　  2 套

單套凈產(chǎn)水量　  Q = 35 m3 /h

單套膜面積(42 支) 　　1776 m2

產(chǎn)水通量　  19．71 L/m2·h

膜元件型號　  抗污染膜元件

膜元件材質(zhì)　  芳香族聚酰胺復(fù)合材料

設(shè)計回收率　  70%

高壓泵性能參數(shù)　  Q = 50 m3 /h，H = 120 m，N = 30 kW

4 系統(tǒng)運行效果

該系統(tǒng)投運6 個月以來，運行穩(wěn)定，系統(tǒng)產(chǎn)水量穩(wěn)定，水質(zhì)狀況良好，產(chǎn)水水質(zhì)遠(yuǎn)好于循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)要求?，F(xiàn)就該系統(tǒng)對CODCr、電導(dǎo)率的去除效果及UF＆RO的運行效果對比分析如下:

4．1 對CODCr的去除效果

系統(tǒng)對CODCr的去除效果如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)對COD的去除效果

系統(tǒng)中原水CODCr在50～70 mg /L，經(jīng)多介質(zhì)過濾器和超濾膜后，CODCr的去除率達(dá)70%，經(jīng)過反滲透膜的截留后，出水CODCr穩(wěn)定在2 mg /L 以下，去除率達(dá)96%以上。

廢水經(jīng)過生化后出水水質(zhì)中還存在一定量的微生物，且該部分微生物有較強(qiáng)的活性，很難在生化單元沉淀，但經(jīng)NaClO等殺菌劑殺滅后，易于被多介質(zhì)過濾器和超濾膜等截留。反滲透膜截留組分為0．1～1 nm 小分子溶質(zhì)［3］，能有效截留所有溶解鹽份及相對分子量大于100 的有機(jī)物，故水中剩余溶解性CODCr可被反滲透膜進(jìn)一步截留，保證了系統(tǒng)出水較低的CODCr值。

4．2 對懸浮物的去除效果

循環(huán)水排污水中SS 屬易于沉淀分離的物質(zhì)，經(jīng)沉淀后，SS 可達(dá)60 mg /L 以下; 同時，廢水出水SS ＜ 60 mg /L，懸浮物含量較低。多介質(zhì)過濾器對懸浮物的去除率在80%以上，超濾膜對懸浮物去除率在95%以上，反滲透膜孔徑更小，其產(chǎn)水懸浮物接近于零。

需要說明的是，隨著懸浮物等雜質(zhì)的去除，水中大量的CODCr也一并得以去除，經(jīng)過超濾膜后，水中絕大部分的腐殖有機(jī)物均被去除，超濾出水SDI15 ＜ 3，確保了后續(xù)反滲透膜的穩(wěn)定運行。

4．3 對電導(dǎo)率的去除效果

水的電導(dǎo)率間接的表示水中鹽的含量，即溶解性固體的含量。經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、超濾膜等，水中大部分的污染物均得以去除，但鹽含量的變化卻不大。

反滲透膜是一種半透膜，依據(jù)其只能透過水分子而不能透過鹽分子的特點，在高于溶液滲透壓的作用下，將水中鹽類等雜質(zhì)從水中分離出來，從而大幅度的降低水中鹽的含量。經(jīng)對反滲透進(jìn)出水電導(dǎo)率對比分析，結(jié)果如圖3。

圖3 RO膜對電導(dǎo)率的去除效果

反滲透進(jìn)水電導(dǎo)率在1240～1890 μS /cm，產(chǎn)水電導(dǎo)率保持在55 μS /cm 以下，反滲透脫鹽率在96% 以上，產(chǎn)水水質(zhì)明顯好于工業(yè)水水質(zhì)。

4．4 超濾跨膜壓差變化趨勢及清洗

超濾膜運行的跨膜壓差(TMP) 是一個重要指標(biāo)，它是膜過濾的推動力，跨膜壓差的大小反映出超濾膜的污堵情況［4］。隨著超濾膜截留污染物的不斷增加，超濾膜通量也隨之下降，超濾膜跨膜壓差呈上升趨勢，因此，跨膜壓差也通常用作衡量超濾膜清洗與否的關(guān)鍵參數(shù)。

超濾裝置運行方式有兩種: 恒壓力過濾(即恒跨膜壓差) 和恒流量過濾，在跨膜壓差為0．02 MPa 下產(chǎn)水通量的變化曲線，及產(chǎn)水通量為69 L/m2·h 下跨膜壓差的變化曲線對比如圖4。

圖4 超濾跨膜壓差與產(chǎn)水通量的關(guān)系

鑒于該超濾裝置跨膜壓差的變化趨勢，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及膜的使用壽命，最終確定超濾裝置的反沖洗時間和化學(xué)清洗時間分別為間隔45 min 和間隔24 h。其中反沖洗強(qiáng)度為:

250 L/m2·h; 化學(xué)清洗強(qiáng)度為: 125 L/m2·h，清洗藥劑采用10% NaCl，投加量約100 mg /L。

4．4 反滲透運行壓差變化趨勢及清洗

反滲透膜運行壓差(△P) 是一個重要指標(biāo)，△P 是指反滲透進(jìn)水壓力和濃水壓力之間的差值。在一定范圍內(nèi)，△P 與膜產(chǎn)水通量之間存在一定的關(guān)系，通常也用作衡量反滲透清洗與否的依據(jù)之一，反滲透裝置運行壓差和產(chǎn)水量變化如圖5 所示。

圖5 反滲透壓差與產(chǎn)水通量的關(guān)系

在系統(tǒng)運行的第90 天左右，隨著反滲透膜截留污染物和鹽分的不斷增加，反滲透膜通量下降達(dá)10%，反滲透膜運行壓差亦比運行初期增加了約0．1 MPa，故進(jìn)行了一次化學(xué)清洗，清洗后，反滲透運行壓差和通量恢復(fù)如初。

4．5 經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益分析

該系統(tǒng)年運行費用約85．3萬元，其中電費46．9萬元，藥劑費7．6萬元，膜折舊及備件30．8萬元，噸水成本約為1．74元/t產(chǎn)水，整個系統(tǒng)由廢水處理班組統(tǒng)一管理，不再單獨核算人工成本。若按照自來水價格2．71元/t、年工作時間7000 h 計算，則年節(jié)省水費約47．5萬元/年。

不但如此，該系統(tǒng)還有著良好的環(huán)境效益，年減少廢水排放量約49萬t /年，年減少CODCr排放總量約為44．1 t /年。

5 結(jié)論

雙膜法具有操作簡單、出水水質(zhì)穩(wěn)定、運行費用低等特點，一直是各行業(yè)廢水深度處理回用的首選工藝，從本系統(tǒng)的運行情況來看，再次驗證了這一點。冷軋廢水雖然處理難度很大，但只要預(yù)處理措施得當(dāng)、膜系統(tǒng)設(shè)計選型合適，采用雙膜法進(jìn)行深度處理回用是合適的。

本系統(tǒng)對CODCr、懸浮物、電導(dǎo)率等的去除率均達(dá)到96% 以上，產(chǎn)水水質(zhì)明顯好于工業(yè)水水質(zhì)，不但可用作循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水，也可用作脫鹽水站原水。

冷軋廢水采用雙膜法進(jìn)行深度處理回用，不但能收獲回用水，有著可觀的經(jīng)濟(jì)價值，而且能大幅度減少廢水的排放量和CODCr等污染物質(zhì)的排放總量，有著良好的環(huán)境效應(yīng)和社會效應(yīng)。冷軋廢水雙膜法深度處理回用工藝值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介: 李佩英，工程師，從事廢水處理設(shè)計及研究。