雙膜法在皮革廢水回用中的運用
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本文作者：李紅蓮、郭日南、邱如斌、陳潮華 單位：閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系、三達膜科技（廈門）有限公司
根據(jù)該廢水的特點，工程采用以“超濾+反滲透”為主的雙膜法工藝路線，將現(xiàn)有的廢水處理系統(tǒng)的排放廢水進行深度處理，回用于生產(chǎn)給水，達到回用的目標(biāo)，從而減少對新鮮水的使用和廢水的外排。
1廢水水質(zhì)水量
該公司現(xiàn)有皮革廢水回用工程設(shè)計處理能力為2200m3/d，采用雙膜法深度處理的組合工藝，其廢水經(jīng)過處理后回用1200m3/d至生產(chǎn)線。雙膜系統(tǒng)的進水為生化處理系統(tǒng)后的皮革廢水，具體水質(zhì)及出水回用要求見表1。
2工藝流程
通過對進水水質(zhì)情況分析，在原有生化基礎(chǔ)上增加了A/O系統(tǒng)，皮革廢水的深度處理采用多介質(zhì)過濾+超濾+反滲透膜深度處理的組合工藝，其中多介質(zhì)過濾去除生化工藝中殘留的比重比較大的固體污染物，超濾工藝進一步去除水中的小分子膠體等物質(zhì)，保障后端反滲透工藝穩(wěn)定運行，反滲透則作為深度處理的重要手段，使出水達到回用要求。廢水深度處理工藝流程如圖1所示。
3主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)
3.1預(yù)處理系統(tǒng)
預(yù)處理系統(tǒng)包括多介質(zhì)過濾器、以及附屬水渠、水池、泵等。多介質(zhì)過濾器主要用于去除原水中的懸浮物、膠體等雜質(zhì)，保護和改善后續(xù)膜系統(tǒng)的運行。本系統(tǒng)采用2臺多介質(zhì)過濾器，多介質(zhì)過濾器采用碳鋼襯膠罐體，設(shè)計罐體直徑為2.7m，設(shè)計濾速為8m/h，多介質(zhì)過濾器的濾料為鵝卵石、石英砂和無煙煤組合濾料，自下到上分別為卵石：椎16～32mm，椎8～16mm，椎4～8mm，層高100mm；石英砂：椎2-4mm，層高400mm，椎1～2mm，層高300mm；無煙煤：椎0.8～1.8mm，層高200mm。
3.2超濾系統(tǒng)
超濾系統(tǒng)主要的作用是去除原水中的大分子膠體、黏泥、微生物、有機物等能夠?qū)Ψ礉B透膜造成污堵的雜質(zhì)。工程采用PVDF材質(zhì)中空纖維超濾膜，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐酸堿、抗氧化、易清洗、使用壽命長，確保反滲透進水的低濁度、低SDI[3]。采用全流過濾、周期性反洗的全自動連續(xù)運行方式。超濾系統(tǒng)設(shè)1組膜堆數(shù)量，每堆膜數(shù)量60支/組，設(shè)計處理水量90.6m3/h袁設(shè)計運行膜通量38L/(m2•h)，設(shè)計產(chǎn)水水質(zhì)院SDI約5，濁度小于1NTU，余氯約0.1mg/L。
3.3反滲透系統(tǒng)
反滲透系統(tǒng)是脫鹽的關(guān)鍵，該工程選用美國進口低污染反滲透復(fù)合膜S4D09-8040。低污染反滲透膜元件S4D09是對膜表面進行了根本性的化學(xué)改進，從而使進水中的負電、正電、中性、兩性的污染物在膜表面上的吸附性大大減弱，使膜水通量保持穩(wěn)定。此外還通過改進給水格網(wǎng)，流道，改善水流狀態(tài)，降低壓力損失，減少死角等方式提高膜組件的流體性能從而降低污染[4]。該系統(tǒng)共設(shè)1套反滲透裝置，進水流量83.3m3/h，每套產(chǎn)水量50m3/h，回收率為60%。每組膜堆膜芯數(shù)為84根，采用六芯裝膜玻璃鋼外管（耐壓2.07MPa），分量段設(shè)置，排列方式設(shè)置為第一段10根膜管，第二段4根膜管，兩段串聯(lián)（簡稱10伊4排列）。
4工程調(diào)試
4.1啟動時應(yīng)注意的問題
該工程3月20日開始進水調(diào)試，調(diào)試和運行時應(yīng)保持較為穩(wěn)定的進水負荷，以達到穩(wěn)定的去除效果。預(yù)處理過濾過程控制進水流量、回收水箱液位、緩沖池液位是否穩(wěn)定，濾速是否在允許范圍。嚴(yán)格控制反洗時氣、水的流量，防止流量過大而破壞濾層。氣洗時，濾池液位要降到2/3，才能進空氣。超濾過程包括運行、反洗、分散化學(xué)清洗和化學(xué)清洗。超濾調(diào)試部分主要是不能一次性把水量提到設(shè)計值，運行中關(guān)鍵控制進水壓力、錯流過濾流量、跨膜壓差、加藥等環(huán)節(jié)。反滲透開機時得先把膜芯保護液沖洗干凈，沖洗壓力0.2～0.4MPa，沖洗流量90～110m3/h，沖洗3～10min，沖洗過程中的所有產(chǎn)水和濃水均應(yīng)排放。
4.2膜的清洗
膜清洗可以防止膜芯滲透性能的下降，同時在降低流量的情況下提高滲透性能。針對不同的膜污染原因需要使用不同的清洗方法。清洗方法根據(jù)膜的化學(xué)性質(zhì)和污染物的性質(zhì)來確定，膜清洗的頻率取決于廢水性質(zhì)和操作條件等。超濾膜的清洗是當(dāng)跨膜壓差達到0.15MPa，系統(tǒng)進入反洗/分散清洗過程，反洗進水壓力0.15～0.2MPa，進氣壓力0.1～0.2MPa，反洗時間包括頂部反洗、底部反洗、正洗時間各為20～60s，分散清洗進水量50～60m3/h，浸泡時間5～15min，反洗/分散清洗結(jié)束后，對比產(chǎn)水壓力系數(shù)（K值）的變化情況，如果在過濾周期內(nèi)K值下降20%以上，則需及時調(diào)整過濾周期、反洗時間等運行參數(shù)，使K值下降小于20%，待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后進行化學(xué)清洗。如果K值較運行初始值下降了25%～30%以上，須進行化學(xué)清洗。化學(xué)清洗前，先進行3～5次氣擦洗-反洗，清洗循環(huán)時間為40～60min，控制單組進水流量為40～50m3/h，計算產(chǎn)水壓力系數(shù)K值恢復(fù)到初始標(biāo)準(zhǔn)的85%以上作為化學(xué)清洗結(jié)束的判別依據(jù)。反滲透膜若膜通量衰減達到10%～15%時需進行化學(xué)清洗，控制入膜壓力0.3～0.5MPa，加入清洗劑清洗65～70min，直到進水與產(chǎn)水電導(dǎo)率相差20滋S/cm以下，或pH相差0.5以下，結(jié)束清洗。
5運行效果
5.1超濾處理效果
使用超濾系統(tǒng)作為反滲透系統(tǒng)預(yù)處理最大的優(yōu)勢是產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，能確保反滲透系統(tǒng)穩(wěn)定運行，延長反滲透的清洗周期及反滲透膜的使用壽命。圖2示出超濾系統(tǒng)對濁度的去除效果。當(dāng)原水濁度在15～45NTU之間波動時，超濾系統(tǒng)的出水濁度比較穩(wěn)定，基本維持在0.5NTU以下，達到反滲透對預(yù)處理出水濁度小于1NTU的要求，說明超濾系統(tǒng)對濁度的去除效果明顯。超濾系統(tǒng)對COD的去除效果如圖3所示，超濾進水的COD在162～292mg/L之間，超濾系統(tǒng)對COD的平均去除率在24%以上，大大減輕了反滲透系統(tǒng)的污染負荷。污泥密度指數(shù)（SDI）是RO系統(tǒng)進水的一個重要指標(biāo)，SDI值應(yīng)小于5，經(jīng)對超濾系統(tǒng)出水的SDI值進行檢測，結(jié)果SDI值均小于3，完全滿足RO系統(tǒng)的進水要求。
5.2反滲透處理效果
5.2.1脫鹽效果
電導(dǎo)率可間接表征溶液中的鹽含量。脫鹽率的變化與給水水質(zhì)組成、含鹽量、溫度及膜性能有關(guān)。由圖4可知，進水電導(dǎo)率在8000～11000滋S/cm之間，進水電導(dǎo)率受水質(zhì)的影響變化較大，經(jīng)反滲透系統(tǒng)處理后，產(chǎn)水電導(dǎo)率為312～488滋S/cm，反滲透系統(tǒng)對皮革廢水的脫鹽率達到95%以上，這表明反滲透膜的脫鹽能力較強且出水水質(zhì)穩(wěn)定。
5.2.2COD脫除效果
圖5為反滲透系統(tǒng)進水和產(chǎn)水的COD的變化圖，產(chǎn)水COD的含量在4～20mg/L之間，系統(tǒng)對COD的去除率在91%以上，去除效果明顯。
5.3系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)
系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，反滲透產(chǎn)水水質(zhì)為：COD約30mg/L，pH為6～7，濁度為0，氨氮質(zhì)量濃度小于10mg/L，色度約2倍，電導(dǎo)率約500滋S/cm?？梢钥闯觯搹S的中水回用技術(shù)在理論設(shè)計上是可行的，經(jīng)過實際應(yīng)用，效果也非常好，自建成至今，一直穩(wěn)定運行，為該廠持續(xù)提供工業(yè)工藝用水。對進出水水質(zhì)的跟蹤監(jiān)測表明，產(chǎn)水中COD、濁度、電導(dǎo)率、pH檢測指標(biāo)均符合水質(zhì)回用標(biāo)準(zhǔn)。
6經(jīng)濟效益分析
中水回用系統(tǒng)所產(chǎn)生終端產(chǎn)水用于生產(chǎn)系統(tǒng)的給水，減少了對新鮮水的使用和廢水的外排。系統(tǒng)產(chǎn)水量為1200m3/d，年產(chǎn)水時間按330d計，經(jīng)過對項目運行過程中的能耗、藥劑消耗以及人工等費用的核算，產(chǎn)水成本為1.67元/m3，以目前該市工業(yè)用自來水價格2.56元/m3計，該項目每年可節(jié)約自來水約396萬m3，節(jié)約購買自來水費用約352.44萬元。雙膜技術(shù)用于皮革廢水的的再生利用具有一定的經(jīng)濟利益，同時，廢水的再生利用減少了排放，促進了循環(huán)經(jīng)濟，節(jié)約了資源也有利于環(huán)保，具有良好的社會效益。
7結(jié)論
采用“預(yù)處理+超濾+反滲透”為主的工藝路線，對皮革工業(yè)廢水排水處理系統(tǒng)出水進行處理并回用是可行的。雙膜系統(tǒng)運行穩(wěn)定且出水水質(zhì)良好，超濾膜具有較強的抗污能力，出水的濁度約0.5NTU，SDI值約3，完全滿足反滲透膜的進水要求。
反滲透系統(tǒng)作為中水回用的核心脫鹽工藝，對COD、鹽類物質(zhì)均有非常好的處理效果。RO系統(tǒng)對COD和電導(dǎo)率的去除率分別高達90%和95%以上，出水COD、電導(dǎo)率分別小于30mg/L和500滋S/cm，能夠滿足皮革工藝回用水的要求。
采用膜技術(shù)深度處理廢水，具有較好的穩(wěn)定性和抗污性，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到該企業(yè)生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)要求，無論從技術(shù)上，還是從投資、運行費用上都是可行的，達到了良好的廢水“資源化”的效果，創(chuàng)造了一定的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益，為同類行業(yè)的減排有一定的示范意義。
