含錳生產廢水處理中兩種反滲透膜應用對比與系統優化研究

吳立濤

摘? ?要：某冶金集團擁有多套除鹽水車間及中水回用車間，其中污水廠處理電廠循環排污水及多年積存的含錳廢水，除鹽水工藝為反滲透工藝。為降低膜元件更換成本，在同水質及運行工況下，選用國產膜元件和進口膜進行對比運行中試實驗，以驗證國產膜元件在系統條件下的適用性及對進口膜元件替換的可行性，以期降低運行成本，并通過對原有工藝進行優化改進，達到良好的處理效果。

關鍵詞：反滲透系統;膜元件;廢水處理

該集團擁有多套除鹽水車間及中水回用車間，其中污水廠處理電廠循環排污水及多年積存的含錳廢水、除鹽水工藝選用反滲透工藝[1]。3套反滲透系統，A和B號反滲透使用的水源是循環排污水，C號反滲透使用的是含錳生產廢水，反滲透系統膜元件是14∶7）×6排列，單套126支膜，共計378支膜，設計產水量80 t/h，之前均使用進口膜元件近2年。膜元件污堵頻繁，性能衰減明顯，更換周期短。為降低膜元件更換成本，在同樣水質及運行工況下，選用國產膜元件和進口膜進行對比運行中試實驗，以驗證國產膜元件在系統條件下的適用性及對進口膜元件替換的可行性，以期降低運行成本，并對原有工藝進行優化改進，達到良好的處理效果。

1? ? 原水處理概況

1.1? 水質概況

循環排污水及含錳廢水水質如表1～2所示。

1.2? 處理工藝

循環排污水處理工藝如圖1所示。

含錳廢水處理工藝如圖2所示。

1.3? 系統概況

該污水處理廠循環排污水處理系統，含有少量二價錳，COD100×10-6以上，水質波動較大，電導率從1 800～4 000波動，預處理簡單，沒有機械沉淀工藝，通過加碳酸鈉然后CAP加速沉淀，沉降效果不佳，含有大量懸浮物和淤泥。進入浸沒式超濾后，膜絲污堵嚴重，大面積斷絲，導致反滲透進水濁度嚴重超標，達到20 NTU以上反滲透濁度進水要求小于1 NTU），膜元件污堵頻繁，結垢嚴重，壓差大，膜元件出現爆絲現象，單套系統產水量已不足35 t/h，系統脫鹽率已衰減至80%以下。原有處理工藝簡單，通過投加石灰和聚合硫酸亞鐵，沉淀，再進入MBR，化學反應沉淀效果不佳，導致MBR負擔加重，斷絲嚴重，出水濁度高，達到15NTU以上，有一定色度，余氯測試顏色明顯，反滲透污堵非常嚴重，膜元件被氧化，脫鹽率大幅衰減。

2? ? 中試實驗

2.1? 試驗方法

使用過程6只項目實驗膜元件，與該廠近期采購的6支進口膜元件，從10月24～11月10日共計18天進行對比運行中試實驗。在污水處理廠A組反滲透一段相鄰兩個膜殼分別填裝國產反滲透膜元件和進口膜，組成一段試驗組，記錄膜殼編號的同時在膜殼上做好標記。實驗開始后，由該廠現場工作人員測定記錄兩個試驗膜殼的產水電導。同時，為進一步了解試驗組所處的狀態，收集記錄整套的反滲透系統運行數據，如進水壓力、濃水壓力、產水壓力、濃水量、產水量、進水量、產水電導率、進水電導率，反滲透 CIP清洗頻次和時間等數據，有助于分析試驗組膜元件性能的優劣。

2.2? 試驗過程

系統每天早班對反滲透系統進行化學清洗，基本上遵循一天堿洗一天酸洗的規律，每次清洗時間在1～2 h;在安裝中試膜元件以前系統產水量基本在35 t/h，安裝上2個膜殼的中試膜后，系統產水量上升到60 t/h，進水壓力也大幅下降，運行一天后產水量降到45 t/h，壓力也有所上升;在中試實驗進行到2017年11月初時，工作人員更換了A組反滲透一段6個膜殼的膜元件，系統產水量上升到80 t/h左右，運行一定時間后有所下降，清洗后可恢復部分產水量。

2.3? 試驗數據整理分析

2.3.1? 實驗數據整理

在現場工作人員協助下，將中試期間2017年10月24～11月10日）的運行數據整理對比如表3和圖3所示。

2.3.2? 實驗數據分析

通過對實驗數據及運行曲線均可直觀的看到單支膜殼的產水電導率基本上一直優于進口，說明國產膜元件對該現場系統工況表現出良好的適用性。數據波動是因為系統原水電導率在1 800～4 000 μs/cm波動，有時一天之內電導率表現出大幅波動;國產單只膜殼產水電導率波動范圍在13～25 μs/cm，小于進口的15～35 μs/cm，說明國產膜元件對該現場水質頻繁波動表現出良好的耐沖擊性和穩定性。對比中試膜元件安裝前后系統的運行數據，可發現安裝中試膜后，系統產水量大幅上升，運行壓力下降明顯，運行一定時間后產水量有一定衰減，說明由于新膜阻力小，系統存在一定的偏流現象，導致新膜產水負擔很重，加快新膜的污堵速率。系統每天早上進行化學清洗，經過18天頻繁的化學清洗，國產中試膜產水電導率一直表現比較穩定，沒有出現衰減，說明國產膜元件耐受性能強，在頻繁污堵和頻繁清洗的條件下，性能依然優越，具有卓越的耐清洗性和清洗恢復性。

3? ? 系統優化改造

鑒于該系統反滲透系統污堵頻繁，使用周期短，運行及更換成本高，對系統進行了優化。由于原系統懸浮物及淤泥較多，在預處理投加絮凝沉淀工藝，機械過濾工藝，既可降低超濾負擔，又可降低反滲透污堵風險。含錳廢水中錳含量非常高，二價錳具有催化氧化作用，膜元件存在極大被氧化的風險，增設除錳工藝[2]。對于反滲透進水余氯、ORP定時檢測，以確定還原劑加藥量，避免膜被氧化;定期測定超濾出水濁度及反滲透進水SDI，以判定預處理效果是否達標，以便及時調整預處理，避免膜被污堵。在更換膜元件時，盡量整套系統更換，如果新膜和舊膜混裝，會出現偏流現象，導致新膜負擔重、污堵快、縮短新膜的使用壽命。定期對反滲透系統殺菌處理，避免微生物污染加劇，形成生物黏膜，不易清洗[3]。經過系統優化改進，最終使得反滲透進水SDI小于5，濁度小于1NTU，余氯小于0.1×10-6，ORP控制在±200 mV以內。

4? ? 結語

該污水處理工段在同一工況下，國產反滲透膜元件與國外知名品牌進口膜對比運行，經過中試實驗驗證，國產膜產水電導率基本上一直優于進口膜，數據波動范圍小，表現出良好的耐沖擊性和穩定性，具有優越的耐清洗和清洗恢復性，表現出優異的適用性及替換國外品牌膜的可行性，具有較高的性價比，可降低膜元件更換成本。系統各項指標均有明顯提升并達到工業排放標準，系統運行效果良好，為企業帶來良好的經濟效益。

[參考文獻]

[1]汪啟年，王? ?璠，于宏兵.電解錳生產廢水處理及綜合利用[J].環境污染與防治，20131）：93-95，110.

[2]徐? ?磊.電解錳企業生產廢水循環模式優化[J].環保科技，20135）：32-34，46.

[3]葛紹陽.凈水工藝對錳離子的去除效果分析及污泥處置對策研究[D].合肥：安徽建筑大學，2017.