工业废水回收工艺的可行性研究

摘要为响应国家节能减排的口号，同时也为增加经济收益，某企业也进行相关的废水回收实验。针对出水中的钴、锰含量较高，相应的试验了不同的处理工艺，以达到最好的回收效率，并从使用成本上考虑最终的设计方案。其两种工艺分别是“超滤+反渗透”和“膜生物反应器+反渗透”，两者主要的区别是超滤处理的是废水单元最终的出水，而膜生物反应器处理的则是来自第二曝气池中的水。在实验过程中，膜的运行情况、产水量、产水水质、回收效率是我们主要考究的指标。经过对比，我门发现此两种工艺都能达到较好的处理的效果，回收效率都能达到70%左右.产水水质都可以作为工厂冷却水塔的补充水，使工厂用水量可以减少150T/H。但是，考虑到以后工厂的二期建设，考虑到占地面积情况，MBR+RO的工艺更合适。

关键词超滤；膜生物反应器；PTA废水；反渗透

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）11-0060-02

随着国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，我国的水资源再生循环利用率正在不断提高，污水处理总量逐年增加，但总体来说，目前我国的污水处理水仍处于发展的初级阶段。一方面，我国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后；另一方面，我国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，并且处理设施的负荷率较低。

基于上述环境和社会背景，同时鉴于管辖管委会要求企业削减自来水用量，以及企业自身有减少排污费用、降低生产成本的需求，某企业拟进行中水回用技术改造项目。通过本项目的实施，企业在降低生产成本的同时，减少化工废水的外排量，达到减少生态环境污染、提高水资源综合利用的目的，实现企业、社会、生态环境的多赢。

1思路的研究与比较

1.1 废水单元流程

某企业是一家产量100万吨的化工企业，厂区内配套建有1座处理能力为7200 m3/d（300 m3/h）的污水处理站，污水处理采用两段曝气工艺，处理装置主要由调节罐、曝气池、间歇曝气池、沉淀池等组成，目前实际处理水量平均为300 m3/h，CODCr实际的监测浓度平均为100 mg/l，CODCr实际排放量为130吨/年。

1.2 中水回收工艺的研究以及比较

针对特有的水质，出水中钴、锰含量较高，相应的试验了不同的处理工艺，以达到最好的回收效率，并从使用成本上考虑最终的设计方案。在此期间，试验了现在应用普遍的膜技术，包括MBR和UF。试验期间，膜的运行情况、产水量、产水水质、回收效率是我门主要考究的指标。下面会简单介绍一下试验过程及遇到的问题。

2UF+RO技术的可行性研究

2.1 测试工艺的介绍

UF进口的原水来自废水单元的出水，在此处添加FeCl3以去除其中的SS。经过沉淀后，原水通过加压泵之后进入UF膜。此膜产水原理如RO一样，新鲜的水从膜中间透出。如此，UF产水再经过RO系统，就得到了我们所需要的水。在此，我们没有对RO进行测试，所以也不多加介绍。

众所周知，膜的压差是决定产水量的重要因素，直接影响到系统的效率问题。因此，此系统中设有两套化学药剂清洗方案。一是，每当UF膜运行20/30分后，系统自动进行反洗。此时，我门也会根据UF膜的情况来决定是否需要添加化学药剂，例如低浓度的NaClO或柠檬酸。另则，每天一次的高浓度的化学药剂浸泡，此程序完成所需时间较长。但两者都有一个共同之处，药剂清洗完之后都需要用压缩空气进行反吹以达到较好的清洗效果，其流量一般为原水流量的1.5倍。

为了能直接把UF清洗的废水外排，系统也设置了化学药剂中和功能。其具体药剂为：SBS和NaOH.

总体来说，其运行程序为：过滤-反洗（低浓度的药剂）-过滤-反洗…（如此反复）-药剂清洗浸泡——过滤…

2.2 测试阶段的情况

测试中发现影响UF处理效果的主要因数是COD、Mn和SS。它们的平均值分别为80、3.0和70ppm，尤其是影响UF操作的Mn，其含量较高。此外，影响RO处理效果的电导率、M-alk和SiO2值大概是3030us/cm、2000和10ppm。

2.2.1 膜的压差问题

依据试验条件的改变，UF运行条件也进行相应的变化.在整个过程中，UF的压差出现了较大的波动，有时都已达到膜压差的警界值300kpaG。对于如此严重的状况，主要的原因有如下几个方面。

1）UF进水水质的变化，特别是Mn的变化。

2）UF清洗过程中使用到NaClO，导致水中的Mn被氧化成MnO2。

3）絮凝剂的添加。

2.2.2 UF处理水的SDI值

SDI值（范围：0-6.67）是决定RO进水条件的重要因素之一。在3月工厂大修期间，UF进水浊度比其他时期的都要高。但是总体来说UF过滤水SDI还是比较稳定的，并且基本上小于3.9。这种SDI水平的水比较适合作为RO进水。

2.3 测试情况总结

经过测试，关于PTA废水处理的UF膜工艺，更适合的运行条件如下：

【在WWT运行正常的情况下】

过滤通量1.5~2.0m/d

过滤时间30min

反洗通量3.0m/d

反洗时间60sec（包括空气冲刷）

300ppm的NaClO清洗2天/次

300ppm的NaClO 清洗2天/次（紧接着NaClO清洗）

絮凝剂FeCl3添加不需要

【在WWT运行不是很稳定-工厂大修的情况下】

过滤通量1.0m/d

过滤时间20min

反洗通量1.5m/d

反洗时间60sec（包括空气冲刷）

300ppm的NaClO TMC清洗2天/次

300ppm的NaClO TMC清洗2天/次（紧接着NaClO清洗）

絮凝剂FeCl3添加不需要

鉴于以上的条件，为了提高UF的清洗效率，化学清洗阶段需要用RO渗透水。如果依照上述的运行条件，我们相信在实际工厂中UF系统能稳定运行。

2.4 工程建设的提议

对于工业废水回收的UF膜处理工艺，进水中不添加絮凝剂，此次试验已经测试。但是为了保证UF的稳定运行，我们要求每隔1到2天的化学清洗都需要用RO渗透水（不含Mn离子）。经过测试，UF的效率在工程运行期间能达到90%，工厂大修期间也能达到85%。

3MBR+RO技术的可行性研究

3.1 测试工艺的介绍

此次我们测试所采用的是中空纤维式、抽吸式的浸没式膜。与UF膜工艺不同的是，其直接被放于好养段的曝气池中。经过真空泵的抽吸，过滤水进入产水箱。如此，MBR产水再经过RO系统，就得到了我们所需要的水。在此次测试中，最主要考究了MBR的运行情况。

同UF膜一样，压差也是我们测试中考量的重要因素。但是，MBR系统并没有象UF系统一样，设置比较麻烦的TMC清洗程序。系统只是设置了较为简单的逆通液清洗，浓度是300ppm的NaClO，清洗频率的为1次/周。如膜堵塞较为严重，可使用3000ppm的NaClO的在线清洗。一般来说，此清洗液可以直接回流到好氧池中。

总体来说，运行模式为：抽吸-停止-抽吸-停止（如此反复）-药剂清洗浸泡——过滤…

3.2 测试阶段的情况

在试验过程中，我们根据MBR的实际运行情况以及将来工厂二期的建设作了相应的调整。现在对各个阶段的测试以及运行情况做一个简单的介绍。

3.2.1 测试阶段一

在此阶段中，我们主要是目的是为了工厂目前的状况而进行测试的。其MBR的原水来自废水处理单元的第2曝气池，COD在150ppm左右。之后，MBR产水再进入到RO系统，RO浓缩之后就得到了产水。

运行过程中设置了MBR停止和反冲洗程序，但却没有化学药剂清洗阶段。此点与UF膜相比，化学药剂可以得到很大的节省。与此同时，RO效率我们进行测试以达到最好的回收效果。此期间，整体来说运行比较稳定在保证流量稳定的情况下MBR的压差维持稳定，并没有出现UF膜所出现的问题。

与此同时，RO运行同样比较稳定。但是，在测试过程中，RO排出水的COD有时会超过废水处理费最小临界值。

在20天没有药剂清洗的运行过程中，总体来说运行情况还是比较稳定的。同时，MBR保持0.7m/d的通量。因为MBR槽的溢流水与反洗水都回流，所以其效率高达100%。在这种运行情况下，MBR出水的SDI纸也没有出现UF膜测试时同样的情况，颜色非常干净。另则，RO的运行效率达到70%，因此整个系统的效率能达到70%。

3.2.2 测试阶段二

为了以后工厂二期的建设，我们进行了运行条件的变更。为了节省用地，我们计划把工厂的废水直接接入到MBR槽中，以节省沉淀池、曝气池的建设。在此阶段，废水直接接入到MBR槽中，其COD在4500ppm左右。另则，RO在此阶段并没有进行测试。

在此过程中，MBR反洗频率增加，由原来的每4hr反洗2 min改成每次运行之后冲刷1 min。

但是测试期间，运行情况不如测试第一阶段，处理效果不是很好。与之前的处理对比，MBR槽内以及出口的COD值都较高。MBR出水COD值都超过100ppm，远远达不到我们的要求（我们要求COD<100ppm）。但是，在运行过程中，MBR膜的压差没有太大的变化。

对于此测试中出现的问题，我们认为COD高是由于槽内溶解氧不够。对此，我们增设了一台鼓风机。经过改造，槽内的DO由1.0ppm上升到3.0~5.0ppm之间。因此之后的运行，COD值下降。

3.3 测试情况总结

经过测试，MBR+RO系统能简单快捷的处理工业废水。不管是COD 100ppm还是4000ppm的废水，处理后都能降到100以下，有效的为RO提供了较为清洁的原水，一定程序上提供了RO的产水量。

对于我们关心的膜的压差问题，在测试中也得到了很好的验证，不必用复杂的清洗系统就可以将其维持在稳定状态。如此好的运行状态，也减少了以后的人工维护成本。

鉴于以上的运行条件，我们认为MBR+RO系统可以胜任工厂废水的回收。

4技术的选择

由以上的测试结果可知，UF+RO与MBR+RO技术都可以用于工厂废水的回收，且回收效率都能达到70%以上。因此，为了技术的选型，我们对此两种技术进行了成本比较，MBR技术的投入回收时间要比UF快，经济效益上考虑MBR更适合公司。

5远期的考虑

根据测试得知，UF膜适合处理废水处理单元的总出水，而MBR膜可以放置在废水处理的曝气池中。为了满足二期的建设要求，MBR技术更适合我们公司。如此，二期建设可以不用建设沉淀池等，节省了很多土地。

参考文献

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