双膜法在冷轧废水深度处理回用中的应用

摘要: 某冷轧厂排放的废水中污染物种类多、浓度高，且废水水质水量变化较大，属高浓度、难降解废水。经采用双膜法对废水进行深度处理，系统运行稳定，脱盐率达96%以上，出水水质满足循环水补充水要求，废水回收率达65%以上。本文对该处理系统超滤、反渗透等的运行效果进行了叙述和分析。

关键词: 冷轧废水; 回用; 超滤; 反渗透

中图分类号: X703 文献标识码: A 文章编号: 1001-9677(2012) 13-0139-03

作者简介: 李佩英，工程师，从事废水处理设计及研究。

Applications of Double-membrane MethoDin Cold-rolling Wastewater Deep Treatment Reuse

LI Pei-ying

Abstract: The wastewater dischargeDfrom a cold-rolling mill contains more pollutants at high concentrations，anDthe quality or quantity of wastewater changes greatly was a high concentration of difficult biodegradable wastewater．Depth treatment of wastewater by using double-membrane methoDoperate stable，desalination rate of 96% or more，water quality met the supplement water requirements of circulating cooling water，wastewater recycling rate of 65% or more．The operation effects of UF ＆ ROwas describeDanDanalyzed．

Key words: cold-rolling wastewater; reuse; UF; RO

某冷轧厂主生产线包括酸洗机组、轧机机组、连退机组、脱脂机组等，所产生的废水主要分为: 含酸废水、含油废水、稀碱废水、循环水排污水，废水中的主要污染物包括: 酸、碱、乳化液、油类、脱脂剂、表面活性剂、悬浮物等。废水中污染物种类繁多，属高浓度，难降解废水。

该项目地处生态旅游保护区，并与绿色食品基地、湿地公园、鸟类保护区等重点保护区域毗邻。因而，对本项目的环境保护及水资源的循环利用也提出了更高的要求。该项目环评报告不但对废水排放的浓度进行了要求，也对废水排放总量和COD排放总量进行了限定，故处理达标后的废水还需部分深度处理回用，以满足废水排放总量和循环利用率的要求。

1 回用水原水水质及回用水水质

1．1 原水水质表

本项目回用水原水为废水经生化处理后的出水和循环水系统排污水，其中循环水排污水约38 m3 /h，生化出水约72 m3 /h，水质复杂，且波动较大。循环水排污水中主要污染物质为悬浮物，废水生化后出水水质即为废水达标排放标准，主要水质指标如下:

表1 原水水质指标表

1．2 回用水水质表

经回用水系统各处理流程后，最终出水用作循环水系统补充水，循环水补充水主要水质指标如表2，经反渗透处理后出水水质要远好于表2 水质指标。

表2 回用水水质指标表

2 双膜法在钢铁行业废水深度回用处理中的现状

双膜法在污废水深度回用处理中已成为主流工艺，经过超滤和反渗透，污废水中细菌、悬浮物、病毒、胶体和盐等污染物绝大部分都可去除［1］。双膜法在国内电厂循环水排污水深度回用处理及市政污水深度回用处理中已有较多应用。

双膜法在钢铁行业的深度回用处理应用目前主要集中在大型钢铁联合企业的综合污水深度处理回用项目上，综合污水虽然污染物种类非常的多，但由于水量大，浓度低，与本项目的原水情况差别也较大。双膜法对冷轧废水进行深度回用处理国内还鲜有报道，故将冷轧废水与循环水排污水混合回用也是一次富有挑战的尝试。

纵观国内双膜法深度处理回用中出现的问题，绝大部分都是发生在预处理工序上，选择合理的预处理系统是废水处理回收的关键［2］。因此，在本项目上，我们特别重视预处理工艺的选择以及搭配。

3 回用处理工艺流程和主要参数

废水深度处理回用的工艺较多，但结合本项目原水水质及产水水质要求，我们选用主流的双膜法工艺，该工艺流程可以划分为3 个部分: 预处理、超滤膜处理和反渗透膜处理，工艺流程图如图1。

图1 回用处理工艺流程图

3．1 预处理工艺

预处理单元包括原水池、消毒、混凝反应、多介质过滤等，原水池不但起到水质和水量的调节作用，同时也起到沉淀池的作用，原水池底部设有排泥设施，定期排出系统污泥。在预处理阶段主要去除原水中的悬浮物、CODCr、细菌等，为此，在预处理单元投加杀菌剂杀灭水中细菌，并投加混凝剂发生混凝反应，提高后续过滤器的截留效果。

3．2 超滤系统设计

超滤系统的作用为去除水中绝大部分的胶体、悬浮颗粒和细菌、病毒等，使产水水质符合后续反渗透系统进水水质的要求。超滤装置前设有自清洗过滤器，超滤过滤方式采用死端过滤的形式，每运行一段时间需进行一次反冲洗来恢复膜通量，超滤反洗包括普通反冲洗、化学分散反冲洗和离线化学清洗等。

超滤装置选用进口中空纤维超滤膜，变频恒流量控制。超滤系统组成包括自清洗过滤器、超滤提升泵、超滤膜组件、超滤反洗泵等，超滤化学清洗装置与反渗透装置共用。

超滤装置主要设计参数:

数量　  2 套

单套净产水量　  Q = 50 m3 /h

单套膜面积(18 支) 　　720 m2

产水通量　  69 L/m2·h

膜元件材质　  PES

设计回收率　  92．5%

化学反洗药剂及浓度　  10%NaClO

出水SDI15 　　＜ 3

3．3 反渗透系统设计

反渗透装置是废水深度回用处理脱盐的关键设备，同时其对进水水质要求也较高。反渗透系统的主要组成包括: 反渗透增压泵、管道混合器、保安过滤器、反渗透高压泵、反渗透膜组件等。

RO膜元件选用进口卷式膜元件，卧式排列布置，反渗透高压泵变频控制。保安过滤器前投加阻垢剂防止反渗透膜管中碳酸钙、硫酸钙以及硅酸盐等的结垢，同时投加还原剂以去除水中的氧化性物质。

反渗透装置主要设计参数:

数量　  2 套

单套净产水量　  Q = 35 m3 /h

单套膜面积(42 支) 　　1776 m2

产水通量　  19．71 L/m2·h

膜元件型号　  抗污染膜元件

膜元件材质　  芳香族聚酰胺复合材料

设计回收率　  70%

高压泵性能参数　  Q = 50 m3 /h，H = 120 m，N = 30 kW

4 系统运行效果

该系统投运6 个月以来，运行稳定，系统产水量稳定，水质状况良好，产水水质远好于循环水补充水水质要求。现就该系统对CODCr、电导率的去除效果及UF＆RO的运行效果对比分析如下:

4．1 对CODCr的去除效果

系统对CODCr的去除效果如图2 所示。

图2 系统对COD的去除效果

系统中原水CODCr在50～70 mg /L，经多介质过滤器和超滤膜后，CODCr的去除率达70%，经过反渗透膜的截留后，出水CODCr稳定在2 mg /L 以下，去除率达96%以上。

废水经过生化后出水水质中还存在一定量的微生物，且该部分微生物有较强的活性，很难在生化单元沉淀，但经NaClO等杀菌剂杀灭后，易于被多介质过滤器和超滤膜等截留。反渗透膜截留组分为0．1～1 nm 小分子溶质［3］，能有效截留所有溶解盐份及相对分子量大于100 的有机物，故水中剩余溶解性CODCr可被反渗透膜进一步截留，保证了系统出水较低的CODCr值。

4．2 对悬浮物的去除效果

循环水排污水中SS 属易于沉淀分离的物质，经沉淀后，SS 可达60 mg /L 以下; 同时，废水出水SS ＜ 60 mg /L，悬浮物含量较低。多介质过滤器对悬浮物的去除率在80%以上，超滤膜对悬浮物去除率在95%以上，反渗透膜孔径更小，其产水悬浮物接近于零。

需要说明的是，随着悬浮物等杂质的去除，水中大量的CODCr也一并得以去除，经过超滤膜后，水中绝大部分的腐殖有机物均被去除，超滤出水SDI15 ＜ 3，确保了后续反渗透膜的稳定运行。

4．3 对电导率的去除效果

水的电导率间接的表示水中盐的含量，即溶解性固体的含量。经过多介质过滤器、超滤膜等，水中大部分的污染物均得以去除，但盐含量的变化却不大。

反渗透膜是一种半透膜，依据其只能透过水分子而不能透过盐分子的特点，在高于溶液渗透压的作用下，将水中盐类等杂质从水中分离出来，从而大幅度的降低水中盐的含量。经对反渗透进出水电导率对比分析，结果如图3。

图3 RO膜对电导率的去除效果

反渗透进水电导率在1240～1890 μS /cm，产水电导率保持在55 μS /cm 以下，反渗透脱盐率在96% 以上，产水水质明显好于工业水水质。

4．4 超滤跨膜压差变化趋势及清洗

超滤膜运行的跨膜压差(TMP) 是一个重要指标，它是膜过滤的推动力，跨膜压差的大小反映出超滤膜的污堵情况［4］。随着超滤膜截留污染物的不断增加，超滤膜通量也随之下降，超滤膜跨膜压差呈上升趋势，因此，跨膜压差也通常用作衡量超滤膜清洗与否的关键参数。

超滤装置运行方式有两种: 恒压力过滤(即恒跨膜压差) 和恒流量过滤，在跨膜压差为0．02 MPa 下产水通量的变化曲线，及产水通量为69 L/m2·h 下跨膜压差的变化曲线对比如图4。

图4 超滤跨膜压差与产水通量的关系

鉴于该超滤装置跨膜压差的变化趋势，为保证系统的稳定运行及膜的使用寿命，最终确定超滤装置的反冲洗时间和化学清洗时间分别为间隔45 min 和间隔24 h。其中反冲洗强度为:

250 L/m2·h; 化学清洗强度为: 125 L/m2·h，清洗药剂采用10% NaCl，投加量约100 mg /L。

4．4 反渗透运行压差变化趋势及清洗

反渗透膜运行压差(△P) 是一个重要指标，△P 是指反渗透进水压力和浓水压力之间的差值。在一定范围内，△P 与膜产水通量之间存在一定的关系，通常也用作衡量反渗透清洗与否的依据之一，反渗透装置运行压差和产水量变化如图5 所示。

图5 反渗透压差与产水通量的关系

在系统运行的第90 天左右，随着反渗透膜截留污染物和盐分的不断增加，反渗透膜通量下降达10%，反渗透膜运行压差亦比运行初期增加了约0．1 MPa，故进行了一次化学清洗，清洗后，反渗透运行压差和通量恢复如初。

4．5 经济环境效益分析

该系统年运行费用约85．3万元，其中电费46．9万元，药剂费7．6万元，膜折旧及备件30．8万元，吨水成本约为1．74元/t产水，整个系统由废水处理班组统一管理，不再单独核算人工成本。若按照自来水价格2．71元/t、年工作时间7000 h 计算，则年节省水费约47．5万元/年。

不但如此，该系统还有着良好的环境效益，年减少废水排放量约49万t /年，年减少CODCr排放总量约为44．1 t /年。

5 结论

双膜法具有操作简单、出水水质稳定、运行费用低等特点，一直是各行业废水深度处理回用的首选工艺，从本系统的运行情况来看，再次验证了这一点。冷轧废水虽然处理难度很大，但只要预处理措施得当、膜系统设计选型合适，采用双膜法进行深度处理回用是合适的。

本系统对CODCr、悬浮物、电导率等的去除率均达到96% 以上，产水水质明显好于工业水水质，不但可用作循环水系统补充水，也可用作脱盐水站原水。

冷轧废水采用双膜法进行深度处理回用，不但能收获回用水，有着可观的经济价值，而且能大幅度减少废水的排放量和CODCr等污染物质的排放总量，有着良好的环境效应和社会效应。冷轧废水双膜法深度处理回用工艺值得推广。

参考文献

［1］冯逸仙，杨世纯．反渗透水处理工程［M］．北京: 中国电力出版社，2000: 115．

［2］王纪军，张永泽，魏明宝．反渗透工艺处理回用循环水排污水技术工业应用［J］．能源环境保护，2006，20(4) : 45-47．

［3］韩剑宏．中水回用技术及工程实例［M］．北京: 化学工业出版社，2004: 189．

［4］宋雷，夏守庆，徐庆东．超滤技术用于循环水排污水回收的试验研究［J］．山东电力高等专科学校学报， 2005，8(4) : 69-70．

作者简介: 李佩英，工程师，从事废水处理设计及研究。