某自備電廠擬將主要循環(huán)水排污水和純水站反滲透濃水混合后，利用反滲透脫鹽設(shè)備處理后進(jìn)行綜合回用。由于廢水水質(zhì)復(fù)雜，硬度等致垢性離子及COD等有機(jī)污染物含量均較高，進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前必須對(duì)其進(jìn)行有效預(yù)處理，以降低膜表面發(fā)生結(jié)垢和有機(jī)污堵的風(fēng)險(xiǎn)。
本文采用石灰軟化-高效纖維過(guò)濾-超濾預(yù)處理工藝對(duì)循環(huán)水排污水和純水站反滲透濃水進(jìn)行預(yù)處理，探討了預(yù)處理工藝中加酸調(diào)節(jié)pH值與進(jìn)入高效纖維過(guò)濾器的先后順序?qū)︻A(yù)處理效果的影響，確定了最佳的預(yù)處理工藝，可使預(yù)處理出水水質(zhì)濁度<2，淤泥密度指數(shù)SDI<3，滿足反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求。
為治理和保護(hù)水環(huán)境，某自備電廠開(kāi)展了以廢水綜合利用為核心的節(jié)水工作，擬采用反滲透工藝對(duì)廠內(nèi)循環(huán)水排污水和純水站反滲透濃水進(jìn)行脫鹽回用處理，其產(chǎn)水用作化工純水站系統(tǒng)補(bǔ)充水，濃水作為乙炔發(fā)生器水源，以減少外排水量，提高水利用率。
由于循環(huán)水排污水和反滲透濃水的硬度等致垢性離子較高，且水中含有有機(jī)物、微生物等，若其直接進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，易導(dǎo)致反滲透膜表面發(fā)生結(jié)垢，同時(shí)存在有機(jī)物污堵風(fēng)險(xiǎn)。因此，進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前需要對(duì)廢水進(jìn)行有效預(yù)處理。
目前，關(guān)于廢水預(yù)處理工藝的研究主要圍繞改變混凝劑的種類(lèi)、投加量和攪拌時(shí)間等混凝條件來(lái)進(jìn)行，而預(yù)處理工藝中加酸調(diào)節(jié)pH值以及進(jìn)入高效纖維過(guò)濾器的先后順序?qū)︻A(yù)處理效果的影響鮮有報(bào)道。
為保證試驗(yàn)結(jié)果具有工程應(yīng)用價(jià)值，本文在實(shí)際設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了試驗(yàn)條件，對(duì)循環(huán)水排污水和純水站反滲透濃水混合水樣進(jìn)行石灰軟化處理試驗(yàn)和超濾預(yù)處理工藝試驗(yàn)，分析了石灰軟化處理試驗(yàn)出水調(diào)節(jié)pH值與進(jìn)入高效纖維過(guò)濾器順序?qū)Τ瑸V出水淤泥密度指數(shù)（SDI）的影響，以期為石灰軟化-高效纖維過(guò)濾-超濾-反滲透組合工藝的實(shí)際應(yīng)用提供參考。
1預(yù)處理工藝及試驗(yàn)水質(zhì)
1.1預(yù)處理工藝
該廠將循環(huán)水排污水和反滲透濃水混合后，采用“石灰混凝-高效纖維過(guò)濾-超濾-反滲透”工藝，工藝流程如圖1所示。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為：循環(huán)水排污水流量88m3/h，反滲透濃水流量102m3/h，總廢水處理量為190m3/h。
圖1廢水預(yù)處理工藝流程
1.2試驗(yàn)水質(zhì)
該廠2種廢水的主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)：該廠循環(huán)水排污水的總硬度為12.82mmol/L，鈣硬度為6.26mmol/L，總堿度為6.75mmol/L；反滲透濃水的總硬度為14.97mmol/L，鈣硬度為7.37mmol/L，總堿度為9.21mmol/L。這2種水質(zhì)的廢水具有較強(qiáng)的結(jié)垢傾向，進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前必須進(jìn)行軟化處理，盡可能降低水中鈣、鎂等致垢性離子含量。
表1廢水主要水質(zhì)
該廠廢水綜合處理系統(tǒng)工程改造后，在純水站除鹽水產(chǎn)量不變的前提下，由于廢水綜合處理系統(tǒng)反滲透產(chǎn)水替代純水站部分反滲透進(jìn)水，純水站反滲透濃水量實(shí)際可降至74m3/h，循環(huán)水排污水水量仍為88m3/h。同時(shí)，根據(jù)表1可知，反滲透濃水的含鹽量、硬度及堿度均高于循環(huán)水排污水，水質(zhì)更差。因此，為強(qiáng)化試驗(yàn)條件，使試驗(yàn)結(jié)果更具指導(dǎo)意義，此次廢水預(yù)處理試驗(yàn)水樣為循環(huán)水排污水與反滲透濃水按體積比1:1混合制得，主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。
表2試驗(yàn)水樣主要水質(zhì)指標(biāo)
2試驗(yàn)方法
2.1石灰軟化處理試驗(yàn)
將試驗(yàn)水樣放入5個(gè)1000mL的燒杯中，分別加入不同劑量的混凝劑PFS后劇烈攪拌（攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為260r/min）；5min后加入不同劑量的氧化鈣，快速攪拌20min（攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為160r/min）；然后，加入不同劑量的非離子型高分子助凝劑聚丙烯酰胺（PAM），慢速攪拌10min（攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為75r/min），靜置10min（循環(huán)水補(bǔ)充水）或25min（循環(huán)水）后，用移液管取上清液分析濁度，用定性濾紙過(guò)濾水樣，分析堿度、硬度和pH值等。
1） 首先，試驗(yàn)確定最佳石灰加藥量及其處理?xiàng)l件，包括選擇最佳pH值、靜置沉淀時(shí)間等。石灰加藥量可根據(jù)公式(1)計(jì)算得到，并在計(jì)算值的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
2）確定最佳混凝劑PFS加藥量。
3）確定最佳助凝劑PAM加藥量。
2.2石灰軟超濾預(yù)處理試驗(yàn)
將經(jīng)過(guò)石灰軟化最佳工況處理后的水樣經(jīng)高效纖維過(guò)濾器過(guò)濾并調(diào)節(jié)pH值后進(jìn)行超濾試驗(yàn)，分析加酸調(diào)節(jié)pH值與進(jìn)入高效纖維過(guò)濾器順序?qū)Τ瑸V產(chǎn)水SDI的影響。
3試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1石灰軟化處理試驗(yàn)
3.1.1石灰投加量?jī)?yōu)選
取一定量的試驗(yàn)水樣放入6個(gè)1000mL燒杯中（各燒杯內(nèi)水樣為1000mL，下同），分別加入15mg/L的PFS、0.25mg/L的PAM以及不同劑量石灰進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)以總堿度、硬度等去除效果為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，定性濾紙過(guò)濾后分析堿度、硬度和pH值。石灰有效投加量試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
圖2石灰有效投加量試驗(yàn)結(jié)果
由圖2可知，在石灰加藥量為400mg/L左右時(shí)，出水水質(zhì)相對(duì)最好，總堿度降低58.38%，鈣硬度、總硬度去除率分別為41.80%、38.93%，出水濁度低于3NTU。
3.1.2PFS投加量?jī)?yōu)選試驗(yàn)
取一定量的試驗(yàn)水樣放入6個(gè)1000mL的燒杯中，分別加入400mg/L石灰、0.25mg/L的PAM以及不同劑量的PFS進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)以濁度、總磷去除效果為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
圖3 PFS有效投加量試驗(yàn)結(jié)果
由圖3可知，在PFS投加量大于10mg/L時(shí)，繼續(xù)增加PFS投加量總磷去除率變化較小，出水濁度和COD去除率反而降低?？梢?jiàn)，PFS的最佳投加量可取10mg/L，此時(shí)出水濁度、COD和總磷去除率分別為76.67%、27.78%和78.11%，處理效果較好。
3.1.3PAM投加量?jī)?yōu)選試驗(yàn)
取一定量的試驗(yàn)水樣放入6個(gè)1000mL的燒杯中，分別加入400mg/L石灰、10mg/LPFS以及不同劑量的PAM進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
圖4 PAM有效投加量試驗(yàn)結(jié)果
由圖4可見(jiàn)，助凝劑PAM投加量為0.20mg/L時(shí)出水濁度最低，繼續(xù)提高助凝劑的投加量，出水濁度反而上升。因此，助凝劑PAM投加量可選擇0.20mg/L。另外，試驗(yàn)過(guò)程中添加助凝劑后，礬花明顯變大，沉降速度加快。
根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，確定石灰軟化預(yù)處理工藝的最佳工況為：石灰、PFS、助凝劑PAM添加量分別為400、10、0.20mg/L。
3.2超濾預(yù)處理工藝試驗(yàn)
在石灰軟化最佳工況下水樣的pH值升高至10.50左右，在進(jìn)入超濾處理單元之前，需加酸將水樣的pH值調(diào)低，以降低后續(xù)反滲透的結(jié)垢傾向。試驗(yàn)通過(guò)改變加酸調(diào)節(jié)pH值與進(jìn)入高效纖維過(guò)濾器順序得到不同的預(yù)處理效果，以超濾產(chǎn)水的SDI值和濁度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
由表3可見(jiàn)：采用工藝1，后續(xù)超濾產(chǎn)水的SDI偏高，不能滿足反滲透進(jìn)水要求；而采用工藝2即石灰混凝澄清處理出水經(jīng)過(guò)高效纖維過(guò)濾器，再調(diào)節(jié)pH值，超濾出水能滿足后續(xù)反滲透系統(tǒng)進(jìn)水SDI<3的要求。
表3超濾預(yù)處理工藝試驗(yàn)結(jié)果
這可能是由于：在加酸調(diào)節(jié)pH值的過(guò)程中，由于酸的加入降低了水的pH值，部分析出且未完全沉降的有機(jī)物絮體發(fā)生了溶解，影響了水中CaCO3等膠體團(tuán)塊的增長(zhǎng)，因而減小了混凝-軟化過(guò)程的速率；同時(shí)，水中投加混凝劑后，CaCO3等膠體形成粗分散顆粒沉淀需要較長(zhǎng)的時(shí)間，工藝1未將沉淀物質(zhì)充分分離，混凝過(guò)程不完全，水中殘留的雜質(zhì)含量較高，導(dǎo)致出水SDI增大，加劇了后續(xù)膜污堵的風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議采用工藝2作為該廠超濾預(yù)處理工藝。采用工藝2后超濾產(chǎn)水主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表4。
表4超濾產(chǎn)水主要水質(zhì)指標(biāo)
由表4可知，石灰軟化處理能去除水中的暫時(shí)硬度，卻不能降低水中的永久硬度。原水經(jīng)石灰軟化后可將堿度降至較低水平，出水可通過(guò)加酸調(diào)節(jié)pH值達(dá)到7~8，出水堿度小于1mmol/L，在堿度較低的情況下，殘留的硬度不會(huì)導(dǎo)致反滲透結(jié)垢。
4結(jié)論與建議
本文依據(jù)某自備電廠循環(huán)水排污水和純水站反滲透濃水水質(zhì)及該廠現(xiàn)有水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了廢水回用方案，并通過(guò)石灰軟化預(yù)處理試驗(yàn)和超濾預(yù)處理試驗(yàn)，確定了軟化藥劑最佳投加量和超濾預(yù)處理工藝路線。
1）采用該廠生產(chǎn)副產(chǎn)品CaO作為軟化劑進(jìn)行石灰-混凝澄清試驗(yàn)時(shí)，出水水質(zhì)較好，在最佳試驗(yàn)條件下，PFS加藥量為10mg/L、CaO有效加藥量為400mg/L、助凝劑PAM加藥量0.20mg/L，總堿度降低58.38%，鈣硬度和總硬度去除率分別為41.80%和38.93%，濁度的去除效果也相對(duì)較好。
2）將循環(huán)水排污水與反滲透濃水混合水樣經(jīng)石灰軟化-高效纖維過(guò)濾器處理后，再加酸調(diào)節(jié)pH值至8.30，該水作為超濾進(jìn)水的運(yùn)行工況下，超濾產(chǎn)水滿足反滲透裝置的水質(zhì)要求。
3）對(duì)反滲透進(jìn)水采用石灰-混凝澄清工藝作為軟化預(yù)處理工藝時(shí)，應(yīng)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)確定石灰-混凝處理的條件及相關(guān)預(yù)處理的步驟，否則可能會(huì)加劇后續(xù)膜系統(tǒng)的污堵。
4）在電廠實(shí)際運(yùn)行中，建議澄清池出水先經(jīng)過(guò)濾處理，待水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定后，再調(diào)節(jié)pH值，以確保加酸量和pH值的精確控制。另外，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中遇到的過(guò)濾器結(jié)垢問(wèn)題，可采用過(guò)濾器反洗加酸的形式進(jìn)行反洗。
5）由于不同地區(qū)電廠的水源水水質(zhì)差別較大，因此各廠節(jié)水和廢水治理技術(shù)路線應(yīng)從電廠的實(shí)際出發(fā)，建議開(kāi)展相關(guān)工藝模擬試驗(yàn)研究，為電廠節(jié)水和廢水治理方案的制定提供依據(jù)。
