摘要：文章通过工程实例，介绍了超滤膜＋反渗透膜的双膜法在造纸废水回用处理工程中的应用。结果表明，超滤膜＋反渗透膜系统整体运行稳定，深度处理后的产水可回用至工业园区工厂的工艺用水，可为其他造纸废水回用处理项目提供借鉴。
关键词：造纸废水；废水回用；超滤；反渗透
我国是一个淡水资源严重缺乏的国家,水环境日益严峻，减少废水对环境的污染越来越得到人们的重视。造纸业是传统的用水大户,造纸废水水量大、有机物含量高、造成的环境污染影响大。随着我国对造纸企业废水排放和用水量做出了更加严格的要求,废水回用成为造纸企业减少废水排放量和新鲜用水量的重要手段。
1 设计处理水质与工艺流程
1.1 设计处理水质及水量
某项目进入再生水厂的待处理水量为7×104m3/d，采用双膜法对中水进行深度处理后，产水进入工业园区市政管网。中水经处理后达到回用水质的水量为5×104m3/d。该项目设计进出水水质见表1。
表1 水厂设计进水水质和出水回用要求
1.2 工艺流程
本项目采用“双膜法”工艺，通过对进水水质情况进行分析，造纸废水需经生化处理后再进入再生水厂。再生水厂采用双膜法工艺，主要处理装置包括:预处理装置、超滤装置、反渗透装置及其辅助系统，系统设计时将超滤浓水及反洗水排放后，进入预处理装置后，进行再处理；反渗透浓水排入浓水处理装置，处理后进行达标排放。具体工艺流程见图1。
图1 工艺流程
2 主要构筑物及设备参数
2.1 预处理系统
预处理系统由集水池、接触氧化池、混凝沉淀池、均质滤料池组成。
集水池1个，容积量为5040m3，采用完全地下结构，接触氧化池为1个，容积率为5662m3，采用半地下结构，混凝沉淀池为2个，荣计量为4640m3，采用半地下结构，均质滤料池为1个，采用地上结构，容积量为2648.5m3。
2.2 超滤系统
超滤膜过滤孔径小于0.1μm，可以有效去除原水中的悬浮物、大分子胶体、细菌、粘泥等污染物质和部分病毒，保护原水中的污染物对反渗透膜的污堵。
本项目采用PVDF材质的中空纤维超滤膜组件，超滤膜过滤孔径为0.03μm，现场采用死端过滤的运行模式，30min为一个运行周期，一个周期后进行反洗和气水双洗，并在运行一定周期后进行CEB清洗，通过物理反洗和药剂清洗，确保膜系统的稳定运行。超滤系统共设置21个膜堆，每个膜堆超滤膜数量为84支/组，设计处理水量为160μ/h，设计处理产水浊度小于0.5NTU，SDI值＜3，系统回收率大于95%。
2.3 反渗透系统
反渗透系统是脱盐的核心设备，本项目采用美国陶氏公司生产的抗污染反渗透膜元件，抗污染反渗透膜元件相对于其他型号的产品，具有更强的抗污染能力和稳定的脱盐效果。系统设计最大进水量为7×104m3/d，共设置8个膜堆。系统设计脱盐率不低于97%，系统回收率不小于75%。
3 运行效果及经济效益分析
3.1 超滤处理效果
超滤膜的原水为再生水厂进水经过预处理后的产水，经超滤膜过滤后产水进入反渗透系统。超滤膜由于其过滤孔径稳定，实际产水水质浊度低于0.3NTU，大大降低了污染物质进入反渗透系统，保证了反渗透膜元件的稳定运行和使用寿命。
超滤系统对浊度的去除效果如图2所示。由图2可知，该项目超滤进水浊度波动较大，在1～30NTU之间波动，超滤产水浊度非常稳定，基本维持在0.3NTU以下，浊度去除率随进水水质变化有所波动，但是均保持在94%以上。
图2 超滤系统浊度
超滤膜系统也有部分COD去除效果，但是效果不是很明显。但是经超滤系统处理后，超滤的产水SDI值非常稳定，均维持在3以下，且不随原水浊度的波动。记录超滤产水SDI值可知，原水水质波动后，产水SDI值基本稳定在3以下。
3.2 超滤膜系统的运行稳定性
该项目超滤膜组件自2012年12月开始安装调试运行，到2017年4月为止，已经连续稳定运行了近5年时间，通过2017年采集的运行数据可知，该项目采用定流量的运行模式，在单个膜架运行流量在160m3/h的条件下，超滤膜的跨膜压差在50～60kPa之间波动。
3.3 反渗透处理效果
反渗透膜是该项目脱盐的核心装备，电导率可间接表征水中的含盐量。脱盐率和反渗透膜的进水水质、水温以及膜产品的自身产品完整性有极大的关系。反渗透进出水电导率如图3所示。由图3可知，该项目的原水电导率变化较大，维持3000～7000μS/cm之间，经反渗透膜系统处理后，产水电导率可以降低到150μS/cm以下，系统的脱盐率基本维持保持在97.5%以上。
图3 反渗透膜的进出水电导率
从图3中还可以看出，该项目选择的反渗透膜不但具有很强的脱盐能力，而且其脱盐稳定性也非常稳定。当原水电导率有较大波动时候，虽然产水电导率有波动，但是脱盐率依旧非常稳定。
该项目的反渗透膜已经连续近5年时间，现场使用的反渗透膜依旧具备极好的运行通量和脱盐率，从这一方面也说明该项目的反渗透膜运行维护到位，膜产品选型符合现场的原水类型。
3.4 系统产水水质
该系统稳定运行时，反渗透产水水质稳定，电导率维持在150μS/cm以下，pH为6～7，浊度为0NTU，色度20～70倍，产水COD＜5mg/L，其他水质指标也完全达到工业及生活用水的要求。同时，反渗透的产水基本呈现弱酸性，所以对产水管道需要做放腐蚀处理。结果表明，该项目的中水回用技术在实际应该过程中非常成功，
3.5 工程投资及效益分析
该项目中水回用系统的最终产水进入工业区供水管网，减少了废水的对外排放和对自来水的使用。该系统按产水量4×104m3/d，年生产时间335d计，经过对系统运行过程中的能耗、药剂消耗以及人工等费用等的核算，目前系统产水成本为1.38元/m3，以目前该地区工业自来水价格5.17元/m3计算，该项目每年可以节约水约1340万m3，产生效益5078.6万元，工业废水的再生回用，不仅促进了循环经济，也降低了废水排放和环境保护，具有非常好的社会效益。
4 结论
总之，造纸废水回用应着重于提高循环用水率，减少用水量和废水排放量，同时也应该积极探索各种经济、可靠和能够充分利用的废水处理方法。综上，双膜法(超滤+反渗透)水处理工艺出水水质好，运行可靠，具有非常好的社会效益和经济效益。但笔者认为，我们对于废水回用技术的研究与探讨应一直进行与推广，为早日实现零排放而不断努力。
参考文献：
[1]梁睿荣.微滤—反渗透双膜法深度处理造纸废水的试验研究[D].广东工业大学, 2014.
[2]赵炳军, 沈海涛, 方剑其,等. 双膜法造纸废水处理实例[J]. 中国造纸, 2016, 35(9):47-51.
论文作者:郑森乔
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/21
标签：超滤膜论文; 系统论文; 超滤论文; 废水论文; 脱盐论文; 反渗透论文; 浊度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;