用超滤+反渗透的中试装置对天津分公司化工污水经生化处理后排水进行污水深度处理现场试验，近五个月的现场试验结果表明：采用超滤+反渗透的污水回用处理工艺，进水浊度变化范围0.5 NTU~7.0 NTU，产水浊度始终能小于0.2 NTU，进水电导变化范围2 500 µS/cm~3 000 µS/cm，产水电导小于100 µS/cm，出水水质达到回用要求，工艺可行。通过现场试验，选择了合适的运行参数、化学清洗条件，实现了膜装置稳定运行。
0 引言
天津分公司地处严重缺水的天津地区，是天津市工业取水大户，企业发展与水资源矛盾日益突出。天津分公司开展节水减排，大幅度降低化工装置取水和排污，不但是发展的需要，而且是生存的需要，也是企业降本减费和建设节约型社会的必然要求。
水务部于2003年建成了以微滤+反渗透为主体的污水深度处理项目，微滤设计水量为420 m3/h，反渗透产水量为160 m3/h。污水深度处理装置经过近2 a的运行调试，虽然实现了杂用水的连续供应，但由于微滤出水SDI不稳定(3.5～6.0)，且反渗透预处理系统能力不足，造成反渗透装置运行期间跨膜压差高、产水量下降过快、化学清洗频繁，无法实现反渗透装置的长周期连续运行。试验主要确定UF+RO膜法工艺设备运行方式、运行参数，为工业化的设计与应用提供依据;研究UF+RO膜法工艺的化学清洗周期及化学清洗方法。
1 试验部分
1.1 试验水质
化工污水生化处理出水水质情况见表1。
表1 化工污水生化处理出水水质
序号项目单位终沉池出水纤维过滤出水
1pH值-6～96～9
2浊度 NTU-<5
3悬浮物mg/L<70<30
4CODcr值mg/L40～8030～50
5石油mg/L<1<0.5
6氨氮mg/L0.5～1.00.5～1.0
7氯化物mg/L<500<500
8BOD5值mg/L<10<10
9电导µs/cm2 5002 500
10总硬mg/L<450<450
11总碱mg/L<600<600
12硫化物mg/L<1<1
13总溶固mg/L1 001 500
14总铁mg/L<0.2<0.2
15酚类mg/L<0.005<0.005
由表1水质分析数据可知：由于终沉池出水碱度、硬度较高，铁、锰含量较高，经过计算反渗透膜有结垢倾向，可能造成无机污染。
1.2 工艺流程及试验方法
试验采用的工艺由超滤(UF)和反渗透(RO)单元组成，由天津石化分公司提供现场试验配合条件并承担分析工作，北京化工研究院负责试验，欧美环境工程公司负责提供试验装置及运行维护。现场试验流程见图1。
终沉池的出水经泵提升进入气浮池，进一步去除水中的悬浮物、胶体等污染物，气浮处理后的出水进入纤维过滤器进行过滤，出水加入ClO2溶液杀菌消毒，进入水箱。为了进一步提高水质，试验将水箱中的水经过超滤+反渗透膜进一步深度处理，去除水中的悬浮物、细菌、藻类、胶体物及无机盐类等污染物。
超滤膜为外压死端过滤，过滤周期30 min;设计膜通量50 L/(m2˙h);水回收率≥90%。反渗透膜设计膜通量20 L/(m2˙h)，水回收率70%。进水调节pH值为6.5±0.2，进水加阻垢剂3.5 mg/L，进水加还原剂(根据进水ORP或余氯调节加药量)。膜装置主要设备及技术参数见表2。
表2 膜装置主要设备及技术参数
设备单元项目欧美公司
超滤数量1
型号OMEXELLTM-SFP2660
材质PVDF
膜分离孔径30 nm
膜面积33 m2
膜内外径内径0.7 mm，外径1.3 mm
超滤系统设计产水1.3 m3/h~2.6 m3/h
保安过滤过滤精度5 μm
反渗透数量1
型号BW30-365/FR
材质复合膜
膜面积34 m2
反渗透系统设计产水0.6 m3/h~0.75 m3/h
2 结果与讨论
2.1 超滤产水水质
试验期间，超滤对浊度的去除效果很稳定，进水浊度变化范围0.5 NTU~7.0 NTU，产水浊度始终能小于0.2 NTU，浊度去除率为70%以上。超滤膜对COD的处理效果有限，处理效率在5%~10%。
由图2可以看出，超滤产水SDI值随出水水质变化并不明显，90%的情况下其值小于3.0，达到了预期设计指标，效果较好。
图2 超滤产水浊度与SDI
正常情况下SDI值小于3.0，膜片表面干净。现场试验期间有短时间超滤产水SDI值大于3.0，膜片表面呈深褐色，且超滤膜运行压力上升较快。由烧灼试验、电镜扫描和能谱结果分析超滤反洗脱落物主要为有机物;对SDI膜面截留物及烧灼试验残渣进行电镜扫描和能谱分析，主要为Mn、Co、Al等金属污染物。可见超滤膜的有机污染和金属无机污染风险并存。对超滤进出水采用凝胶色谱分析，进出水中有机物均为低分子量有机物，没有显著差异，分子量分布小于1 500。
2.2 反渗透产水水质
试验期间，反渗透脱盐效果很稳定，进水电导变化范围2 500 µS/cm~3 000 µS/cm，产水电导小于100 µS/cm，系统脱盐率维持在97%，经过化学清洗后其性能没有下降。
由下图3可以看出，反渗透进水pH前期控制在6.5±0.2，后期控制(不调酸)在7.0±0.2，产水pH在5.0~5.5;试验期间主要采用进水ORP检测和余氯分析相结合，通过调节还原剂加药量，对反渗透进水余氯控制。控制进水ORP小于100 mv，反渗透进水余氯可以小于0.1 mg/L，甚至检不出。
图3 反渗透进出水pH值与ORP值
试验期间，对深度处理工艺更换下来的反渗透膜元件进行污染物分析，由烧灼试验结果分析可知反渗透膜面截留物主要为有机物;用电镜扫描和能谱分析反渗透膜面截留物烧灼残渣，主要为Ca、Si、O、Al、Mn等无机污染物，与超滤膜污染物分析结果有所不同，反渗透膜结垢风险加大。
2.3 化学清洗试验
试验期间，针对现场水质及膜系统运行情况，通过多次对超滤及反渗透进行化学清洗试验，得到适合现场使用的化学清洗方法。
超滤反洗方式为气擦洗30 s;反洗上排25 s，反洗下排25 s，正冲35 s。超滤辅助运行条件(化学分散清洗)：当压差上升到0.08 MPa，先运行碱洗步骤：0.1%NaOH+0.2%NaClO3溶液，循环10 min～20 min;正冲5 min～10 min;再运行酸洗步骤：1%草酸溶液或0.4%盐酸溶液，循环10 min;正冲5 min。见图4、图5。
图4 超滤化学清洗试验
图5 反渗透化学清洗试验
由图4和图5可知，超滤膜和反渗透膜经过化学清洗后，压力恢复良好，系统运行正常。
反渗透每4 h～6 h冲洗一次，冲洗时间2 min，进水用盐酸调节pH为6.5～7.0，纳尔科PC191阻垢剂投加浓度3.5 mg/L，进水余氯控制小于0.1 mg/L。
3 结语
a) 现场试验结果表明：企业现有预处理单元(气浮+纤维过滤)的处理能力基本稳定，后续采用“超滤+反渗透”污水回用工艺路线，技术上可行;
B) 通过现场试验，选择了合适的运行参数、化学清洗条件，实现了“超滤+反渗透”装置稳定运行。现场试验获得的各种数据，可以为天津分公司达标外排污水回用一期项目完善工程设计提供依据;
c) 建议为了进一步降低膜系统受污染的风险，提高运行稳定性，增加配套的除锰装置。
原标题：超滤＋反渗透装置用于化工污水深度处理研究
