工業(yè)廢水回用于循環(huán)冷卻水的試驗研究

嚴(yán)金土

[逸辰環(huán)保科技（廈門）有限公司，福建 廈門 361006]

中水主要是指廢水或雨水經(jīng)適當(dāng)處理后，達(dá)到一定的水質(zhì)指標(biāo)，可滿足重復(fù)使用的非飲用水。把中水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，發(fā)達(dá)國家早在20 世紀(jì)40 年代初就有實踐，美國利用中水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的項目不下幾百個[1]。目前國內(nèi)工業(yè)廢水的回用也已經(jīng)較為廣泛，但是造紙廢水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)尚無典型的成熟案例，無法直接進(jìn)行工藝復(fù)制。

循環(huán)冷卻水主要是作為冷卻介質(zhì)用于汽輪機(jī)的凝汽器，如果冷卻水水質(zhì)不好，會引起凝汽器銅管腐蝕，甚至穿孔泄漏，使凝結(jié)水品質(zhì)劣化，污染鍋爐水，直接影響電廠的安全運(yùn)行[2]。因此，將廢水回用于循環(huán)冷卻水，首先要保證回用水的水質(zhì)，其次要保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過試驗得出的相關(guān)數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、投產(chǎn)后的運(yùn)行控制提供了依據(jù)。本試驗采用浸沒式超濾（MCR）+兩級反滲透對造紙廢水進(jìn)行回收利用，經(jīng)過處理的回用水達(dá)到造紙廠循環(huán)冷卻水的用水標(biāo)準(zhǔn)后可進(jìn)行回用。本試驗重點(diǎn)考察了該工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性、工作參數(shù)、出水水質(zhì)情況及其經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗方法

本試驗在國內(nèi)某大型造紙廠內(nèi)進(jìn)行，廢水取自該廠內(nèi)經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放的造紙廢水，采用浸沒式超濾+兩級反滲透的處理工藝，工藝流程見圖1。

2 進(jìn)水水質(zhì)分析

某造紙廠污水采用A/O 處理工藝，排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544—2008）中表2 的排放限值。在試驗前對該水質(zhì)進(jìn)行分析化驗，其水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

從表1 可以看出，該造紙廠廢水TDS、硬度、色度、氯離子均較高，特別是TDS、氯離子和硬度對循環(huán)冷卻水的影響較大，在試驗過程中應(yīng)著重關(guān)注這些指標(biāo)的去除率，同時考察系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

圖1 試驗工藝流程

3 運(yùn)行情況分析

3.1 MCR 系統(tǒng)運(yùn)行情況

MCR 是改進(jìn)的壓力式超濾技術(shù)，是在運(yùn)行時將超濾膜組件直接浸入原水池中，通過抽真空使水側(cè)形成負(fù)壓，水池中的水就會透過濾膜進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)，而粒徑大于0.04mm 的固形物和細(xì)菌污染物則被截留在膜的另一側(cè)，從而實現(xiàn)水質(zhì)的凈化[3]。本次試驗將MCR作為反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，可減少膜系統(tǒng)受懸浮物、膠體、細(xì)菌等的污染頻率，保證反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本次試驗通過觀察MCR 連續(xù)運(yùn)行時產(chǎn)水流量、運(yùn)行壓力等參數(shù)的變化情況，從而判斷MCR 是否能穩(wěn)定運(yùn)行，是否能滿足反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理要求。經(jīng)過連續(xù)30d 的運(yùn)行，各項參數(shù)變化情況見圖2。

圖2 MCR 系統(tǒng)運(yùn)行情況

從圖2 可以看出，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行30d（未進(jìn)行膜化學(xué)清洗），MCR 的產(chǎn)水流量、壓力等均沒有明顯的變化，系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，產(chǎn)水水質(zhì)滿足要求。說明MCR 系統(tǒng)在該系統(tǒng)內(nèi)作為RO 系統(tǒng)的預(yù)處理是可行的。

3.2 一級RO 系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.2.1 產(chǎn)水電導(dǎo)率與pH 值的關(guān)系

一級RO 系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率與pH 值的關(guān)系見圖3。由圖3 可以看出，pH 值為7—8 時RO 膜的電導(dǎo)率透過率較低，即RO 膜對電導(dǎo)率的去除率較高。在運(yùn)行過程中可控制一級反滲透膜的pH 值為7—8，pH 值7.5 為最佳。

圖3 一級RO 系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率與pH 值的關(guān)系

3.2.2 一級RO 運(yùn)行情況

由于廢水中的硬度較高，容易對膜系統(tǒng)造成污堵，該系統(tǒng)在運(yùn)行時投加了一定量的阻垢劑防止膜系統(tǒng)的污染，阻垢劑的定量分析不在本文內(nèi)討論。

一級RO 系統(tǒng)運(yùn)行情況見圖4。由圖4 可以看出，一級RO 系統(tǒng)對污染物的去除率仍保持在較高范圍內(nèi)；從30d 累積運(yùn)行曲線看，系統(tǒng)產(chǎn)水通量較為穩(wěn)定，系統(tǒng)操作壓力為11—13bar，產(chǎn)水電導(dǎo)率為80—100μS/cm，系統(tǒng)各項參數(shù)良好，均在可控范圍內(nèi)。

圖4 一級RO 運(yùn)行情況

從圖4 可以看出，隨著運(yùn)行時間的延長，系統(tǒng)壓力有上升趨勢，說明膜系統(tǒng)有逐漸污染的趨勢。但是，在一個月內(nèi)不需要采用化學(xué)清洗，即可證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2.3 產(chǎn)水情況

系統(tǒng)經(jīng)過一級RO 系統(tǒng)后的產(chǎn)水水質(zhì)見表2。

表2 一級RO 產(chǎn)水水質(zhì)

從表2 可以看出，一級RO 系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)較好，已經(jīng)能滿足一般循環(huán)水的冷卻水用水需求，但對于一些用水水質(zhì)要求較高的鍋爐，該水質(zhì)仍未能滿足使用要求，因此設(shè)計了二級RO 系統(tǒng)。

3.3 二級RO 系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.3.1 運(yùn)行情況

二級RO 系統(tǒng)原水為一級RO 系統(tǒng)的產(chǎn)水，該水質(zhì)較好，基本不會對膜造成污染，膜系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行。試驗期間二級RO 系統(tǒng)膜外壓為4—6bar，產(chǎn)水率在80%左右。整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，中試期間未出現(xiàn)較大問題，膜內(nèi)外壓差未出現(xiàn)較大波動。在實際運(yùn)行過程中可通過適當(dāng)提高壓力來提高產(chǎn)水率。二級RO 系統(tǒng)運(yùn)行情況見圖5。

圖5 二級RO 系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.3.2 產(chǎn)水情況

系統(tǒng)經(jīng)過二級RO 系統(tǒng)后的產(chǎn)水水質(zhì)見表3。

表3 二級RO 系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)

從表3 可以看出，最終產(chǎn)水水質(zhì)較好，完全滿足循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求。

4 相關(guān)問題討論

（1）系統(tǒng)在低pH 值條件下運(yùn)行，可減緩膜系統(tǒng)的污堵，特別是硬度造成的污染，但是低pH 值下產(chǎn)水電導(dǎo)率較高，產(chǎn)水的pH 值較低，不能滿足循環(huán)冷卻水的pH 值（≥7）要求，因此在實際設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮運(yùn)行pH 值的選擇。

（2）廢水中鈣鎂硬度較高，在運(yùn)行過程中一定要保證阻垢劑加藥系統(tǒng)運(yùn)行良好，否則一級RO 系統(tǒng)很容易發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）一級RO 系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)已能滿足循環(huán)冷卻水的水質(zhì)需求，在用水要求不高的情況下可直接使用一級RO 系統(tǒng)的產(chǎn)水，無需使用二級RO 系統(tǒng)，可降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。

（4）由于RO 系統(tǒng)是一個物理濃縮系統(tǒng)，污染物被濃縮在濃水中，濃水中的各項污染物存在超標(biāo)現(xiàn)象，因此，在實際設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分論證濃水處理后能否滿足排放要求。

（5）若該試驗最終能實現(xiàn)應(yīng)用，將改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境污染問題，解決企業(yè)排污及廢水回用的問題[4]。