物化污水處理工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理
摘要：本文以電鍍、線路板廢水為例，闡述了回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行中的問題。針對(duì)電鍍、線路板廢水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了—套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術(shù)，已在多家企業(yè)成功運(yùn)行。提出了化學(xué)沉淀后立即下調(diào)pH值，以控制pH＝5左右的最佳范圍，解釋了阻垢劑的作用和副作用，以及正確化學(xué)清洗等問題。并闡明了分水的重要性。
關(guān)鍵詞：電鍍； 線路板廢水； 處理工藝； 設(shè)計(jì)與運(yùn)行
前言
工業(yè)廢水處理回用是緩解市政供水緊張局勢(shì)，節(jié)約水資源的有效途徑。深圳市政府要求，企業(yè)工業(yè)廢水經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)后，再做深度處理，回用于工業(yè)生產(chǎn)，回用比例百分之六十五。
深圳市金達(dá)萊環(huán)保股份有限公司針對(duì)電鍍、線路板廢水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術(shù)。并在比亞迪、富士康、ASM（先進(jìn)半導(dǎo)體材料）、華南五金，中山的皆列士多層線路板、昆山的富士康等等企業(yè)污水處理回用系統(tǒng)中成功運(yùn)行。今年又承接了中航集團(tuán)深南電路、珠海方正電子等數(shù)家萬噸/日的線路板廢水回用工程。
工業(yè)廢水處理回用技術(shù)與飲用水處理技術(shù)、工業(yè)純水處理技術(shù)屬于不同的領(lǐng)域。雖然工藝中的核心裝備都是反滲透薄膜分離技術(shù)，但是，整個(gè)工藝的預(yù)處理、后處理以及反滲透本身的設(shè)計(jì)（如膜元件的選型、進(jìn)水壓力的選擇、產(chǎn)水通量的設(shè)計(jì)等等）都是有很大區(qū)別的。有些水處理公司做的工業(yè)廢水回用工程運(yùn)行不到半年就報(bào)廢了，究其原因可能是多方面的，但是對(duì)工業(yè)廢水的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足是主要的。
我們?cè)诔薪ǖ母麟婂儭⒕路板廢水回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也不完全一樣，但基本工藝是相同的。其工藝流程是：
→（化學(xué)沉淀上清液）原水池→原水提升泵→一級(jí)雙介質(zhì)過濾器→二級(jí)雙介質(zhì)過濾器→還原劑加藥裝置→（中間水箱→中間水泵→阻垢劑加藥裝置）→保安過濾器→高壓泵→RO系統(tǒng)→產(chǎn)水回用 ↓
濃水再處理達(dá)標(biāo)排放
下面介紹電鍍、線路板廢水處理回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，我們所遇到的問題，以及在設(shè)計(jì)中所采用的實(shí)用技術(shù)。
1 預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
工業(yè)廢水回用系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，國(guó)外已經(jīng)采用連續(xù)微濾（CMF），即所謂雙膜法或叫全膜工藝。連續(xù)微濾（CMF）產(chǎn)水SDI≤3，濁度≤1NTU，是反滲透進(jìn)水的極好水源，能有效的預(yù)防反滲透膜元件在運(yùn)行中發(fā)生污堵或結(jié)垢現(xiàn)象。毫無疑問，這種工藝是先進(jìn)的。但是國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)不愿意接受。因?yàn)檫@種工藝投資較高，暫時(shí)還不符合我國(guó)國(guó)情。
根據(jù)電鍍、線路板廢水的特點(diǎn)，我們采用了兩級(jí)雙介質(zhì)過濾器+保安過濾器，作為回用系統(tǒng)的預(yù)處理工藝。
1.1 兩級(jí)雙介質(zhì)過濾器的設(shè)計(jì)
①過濾速度的確定 v＝8～10m。同時(shí)據(jù)以計(jì)算過濾器的直徑。
②濾層厚度的確定 石英砂0.5m、無煙煤0.4m、承托層0.8～1.0m、膨脹系數(shù)50%～60%。
③過濾介質(zhì)的選擇 根據(jù)原水污染情況，選配石英砂和無煙煤的粒徑。一級(jí)雙介質(zhì)過濾器石英砂和無煙煤的粒徑略大于二級(jí)雙介質(zhì)過濾器石英砂和無煙煤的粒徑。但無論哪一級(jí)過濾器，無煙煤的粒徑均應(yīng)小于石英砂粒徑的2倍，才能保證反沖洗時(shí)分層回落。
④配水“豐”型管的計(jì)算 干管始端流速為1.0～1.5m/s、支管始端流速為1.5～2.0m/s、孔眼流速為5～6m/s；支管中心距0.25～0.3m，支管長(zhǎng)度與其直徑之比不應(yīng)大于60倍；孔眼直徑9～12mm。
⑤配氣“豐”型管的計(jì)算 管中空氣流速10m/s、空氣從孔眼中的流出速度30～35m/s；孔眼直徑為1.4～2.0mm，孔距：80～90mm。
1.2 為什么采用兩級(jí)雙介質(zhì)過濾器
①提高過濾效果，發(fā)揮深層過濾效果。
②保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，反沖洗時(shí)不停機(jī)，錯(cuò)開反沖洗，保持至少有一級(jí)雙介質(zhì)過濾器是在壓實(shí)的濾床上進(jìn)行過濾。
③可以提高過濾速度，減小過濾器直徑。
1.3 雙介質(zhì)過濾器的反沖洗
反沖洗水源：RO濃水、RO產(chǎn)水、自來水或者雙介質(zhì)過濾器的濾出水。決不能用原水。
①反沖洗水泵：設(shè)備選型：臥式不銹鋼離心泵。
流量：Q＝4～6L/㎡s； 揚(yáng)程：H＝22～30m。
②反沖洗周期：自動(dòng)控制按時(shí)間設(shè)定，連續(xù)過濾12h反沖洗。手動(dòng)控制看壓力表，壓力增加0.1MPa反沖洗。
③反沖洗程序：氣洗2min；氣水混和反沖6min；水沖5min。
④空氣壓力：0.2～0.4MPa。
⑤氣洗強(qiáng)度：18L/ ㎡s（4.1m3/min）。
⑥膨脹高度：0.5m左右。
1.4 保安過濾器
保安過濾器屬于保證安全的預(yù)處理過濾設(shè)備，為防止細(xì)小顆粒狀雜質(zhì)進(jìn)入高壓泵與反滲透設(shè)備內(nèi)，對(duì)高壓泵與RO膜造成機(jī)械損傷。該過濾器的殼體選用SUS304不銹鋼材料制作，內(nèi)裝過濾精度為5μm的PP材質(zhì)熔噴濾芯。
1.5 還原劑加藥裝置
如果原水中殘存氧化劑或主要污染物質(zhì)是硅膠、大分子有機(jī)物等膠體物質(zhì)，則投加還原劑亞硫酸氫鈉（SBS）是非常必要的。其配置為容量為100L加藥箱1個(gè)，材質(zhì)為PE，配套計(jì)量泵1臺(tái)，選用美國(guó)帕斯菲達(dá)品牌精密計(jì)量泵，型號(hào)為X100，額定流量為15.77L/h，電機(jī)功率為160w，沖程次數(shù)為70次/min，最大工作壓力為4.2kg/cm2。
2 反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 高壓泵的選型
高壓泵是RO主機(jī)的動(dòng)力設(shè)備。設(shè)備選型：不銹鋼立式多級(jí)離心泵。配套設(shè)備：①高壓泵控制柜，②變頻啟動(dòng)裝置。
流量：Q＝設(shè)計(jì)進(jìn)水量；揚(yáng)程：H＝220m。
2.2 反滲透主機(jī)設(shè)計(jì)
反滲透薄膜分離技術(shù)是一種節(jié)能、高效、無污染和實(shí)用性強(qiáng)的高新技術(shù)。其核心是RO膜組件。
主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
系統(tǒng)回收率 50%～75%
系統(tǒng)脫鹽率 ≥97%
產(chǎn)水流量 12～17L/㎡h
①膜元件數(shù)量計(jì)算
膜元件數(shù)量 ≈設(shè)計(jì)進(jìn)水量×系統(tǒng)回收率/設(shè)計(jì)產(chǎn)水流量×單支膜面積
②壓力容器的計(jì)算 元件數(shù)量除以每只壓力容器可安裝的元件數(shù)量。
③段的計(jì)算 根據(jù)回收率的要求，設(shè)計(jì)段的數(shù)量。一般多采用2：1或4：2或3：2：1結(jié)構(gòu)。
由多少只壓力容器串聯(lián)在一起就決定了段數(shù)，而每一段都有一定數(shù)量的壓力容器并聯(lián)組成。系統(tǒng)回收率越高，進(jìn)水水質(zhì)越差，系統(tǒng)就應(yīng)該越長(zhǎng)，即串聯(lián)的元件就應(yīng)該越多。
表1 串聯(lián)元件的數(shù)量與系統(tǒng)回收率和段數(shù)的關(guān)系
系統(tǒng)回收（%） 串聯(lián)元件的數(shù)量 含6元件壓力容器的段數(shù)
40～60 6 1
70～80 12 2
85～90 18 3
2.3 自動(dòng)沖洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
膜元件的污堵或結(jié)垢都是在停機(jī)狀態(tài)下發(fā)生的，自動(dòng)沖洗的作用：停機(jī)時(shí)用清潔水把膜里的濃縮水置換掉。最簡(jiǎn)單的自動(dòng)沖洗設(shè)計(jì)是系統(tǒng)準(zhǔn)備停機(jī)時(shí)，高壓泵斷電停止后，延時(shí)180秒，再停中間水泵或原水提升泵，讓預(yù)處理合格水低壓沖洗、置換膜元件中的濃縮水。然后系統(tǒng)停機(jī)。
2.4 化學(xué)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
清洗藥劑數(shù)量計(jì)算：①每支8040膜元件配藥34L，嚴(yán)重污染時(shí)配藥55L。②藥洗過濾器的容積。③管道的容積。加起來就是清洗藥劑的數(shù)量。
化學(xué)清洗水泵選型，不銹鋼多級(jí)離心泵，流量：Q＝8～10m3/h ×壓力容器數(shù)量； 揚(yáng)程：H＝40～45m。
2.5 為什么不用離子交換
離子交換技術(shù)也是成熟的脫鹽技術(shù)。但它所適用的范圍是含鹽量500mg/l以下的水質(zhì)，而線路板廢水在經(jīng)過化學(xué)沉淀之后，含鹽量仍在660mg/l以上，有時(shí)高達(dá)1100mg/l以上。如果不用反滲透而用離子交換，則陰陽離子樹脂都會(huì)很快飽和，必須頻繁再生，消耗大量酸堿。既增加了運(yùn)行費(fèi)用，又增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，造成環(huán)境的二次污染。因此，工業(yè)廢水處理回用系統(tǒng)中使用離子交換技術(shù)是不經(jīng)濟(jì)的，但在工業(yè)純水制備上，離子交換技術(shù)是少不了的。
3 回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中要特別注意的問題
3.1 分水
分水不屬于回用技術(shù)的范圍，但它是電鍍、線路板廢水回用工程極其重要的環(huán)節(jié)。分水是為了治水，分而治之。俗話說，沒有包醫(yī)百病的藥，當(dāng)然也沒有包治百水的技術(shù)和工藝。電鍍、線路板廢水的不同排水節(jié)點(diǎn)，其水中的污染物種類是千差萬別的，同一個(gè)排水節(jié)點(diǎn)的不同時(shí)間排水，其水中污染物濃度也是千變?nèi)f化的。必須根據(jù)不同排水節(jié)點(diǎn)所排污水的污染物種類及其特征，有針對(duì)性的采取先進(jìn)的成熟的處理工藝，有效的去除污染物質(zhì)，達(dá)到國(guó)家和地方污水排放標(biāo)準(zhǔn)，這才能作為回用系統(tǒng)的水源。這是電鍍、線路板企業(yè)污水處理回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)工作。如果分水不清，必然給污水處理站的調(diào)試和運(yùn)行帶來困難，也給回用水系統(tǒng)預(yù)處理工藝的選擇帶來困擾。電鍍、線路板企業(yè)的排水節(jié)點(diǎn)有60多個(gè)，其中40多個(gè)排水節(jié)點(diǎn)分別歸類為清洗廢水、磨板廢水、酸堿廢水、有機(jī)廢水、含銅廢水、含鎳廢水、含氰廢水等7～8類，這些廢水經(jīng)過不同方法處理后的出水，成為回用系統(tǒng)的水源。上述各類排水合計(jì)水量約占線路板企業(yè)總排水量的78.8％，基本上可以滿足按總排水量回用65％的要求。
3.2 注意pH值的影響
電鍍、線路板廢水中的含重金屬廢水在化學(xué)沉淀之后，必須進(jìn)行pH值回調(diào)，因?yàn)楫?dāng)pH＝6時(shí)，廢水中即開始生成氫氧化物，沉積在膜的表面發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，使產(chǎn)水通量急劇下降。如果達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)界點(diǎn)pH＝10時(shí)，哪怕只有一次，磷酸鹽（如Ca3(PO4)2）的結(jié)垢也是不可逆的。系統(tǒng)進(jìn)水壓力迅速升高，產(chǎn)水通量急劇下降。這時(shí)候采用任何藥劑進(jìn)行化學(xué)清洗，都基本上沒有效果。只有提前更換膜元件，才能使系統(tǒng)重新正常運(yùn)行。
所以，電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)反滲透設(shè)備進(jìn)水pH值的變化。pH＝5左右是比較適宜的。
3.3 加不加阻垢劑
加阻垢劑是為保護(hù)膜元件而采取的措施。如果原水中存在形成硬垢的一些硬度物質(zhì)，如：Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2、MgSO4等，它們?cè)跐馑畟?cè)不斷被濃縮，當(dāng)其濃度超過它們的溶解度時(shí)，便會(huì)析出結(jié)晶在RO膜表面形成硬垢，不僅降低水通量，還會(huì)縮短膜的使用壽命。這時(shí)需要投加阻垢劑。但要注意的是：
①所有的阻垢劑都代負(fù)電荷，與水中的高分子有機(jī)化合物（荷正電）反應(yīng)，污堵膜面。
②加了阻垢劑，每次停機(jī)不得超過4h，不加阻垢劑，每次停機(jī)可以超過24h。對(duì)于在前處理中已有化學(xué)沉淀工藝的回用系統(tǒng)，進(jìn)水中重金屬含量很低時(shí)，可考慮不設(shè)計(jì)阻垢劑加藥裝置。
3.4 化學(xué)清洗問題
普遍關(guān)心的問題是：如何判斷膜元件應(yīng)該清洗？回用系統(tǒng)多長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)清洗一次？如何進(jìn)行化學(xué)清洗？
當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，膜元件需要清洗：
產(chǎn)水通量降低15%；進(jìn)水壓力上升15%；透鹽率增加了15%。
電鍍、線路板廢水回用系統(tǒng)23～35天化學(xué)清洗一次是正常的。在實(shí)際運(yùn)行中往往2～3個(gè)月清洗一次，錯(cuò)過了清洗的最佳時(shí)機(jī)，幾倍增加以后清洗的難度。
如何進(jìn)行化學(xué)清洗？
①配制清洗液，清洗液的數(shù)量根據(jù)元件型號(hào)及污染程度而定；
一般污染：每支8英寸膜元件需配制34L清洗液。
嚴(yán)重污染：每支8英寸膜元件需配制55L清洗液。
②低流量輸入清洗液，置換原水，原水排掉。低壓力不產(chǎn)水；
③清洗液在膜元件和清洗水箱之間循環(huán)30min；
④浸泡5～10h；
⑤高流量水泵循環(huán)30～60min，最大允許壓降1bar；
⑥沖洗。預(yù)處理的合格產(chǎn)水可做沖洗水。為了防止沉淀，最低清洗溫度為20℃。
清洗液：一般采用0.1%（W）NaOH（氫氧化鈉）。
清洗條件：pH12/30℃。
功能：清除硫酸鹽垢（CaSO4，BaSO4）、無機(jī)膠體（淤泥）、硅、微生物膜、有機(jī)物等，效果顯著。根據(jù)膜污染的類型不同，也可采用不同藥劑配制清洗液。
在酸洗過程中，應(yīng)隨時(shí)檢查清洗液pH值的變化，在溶解無機(jī)鹽類沉淀消耗掉部分鹽酸時(shí)，如果pH的增加超過0.5個(gè)pH值單位，就應(yīng)該向清洗液內(nèi)補(bǔ)充酸。酸性清洗液的總循環(huán)時(shí)間不應(yīng)超過20min，如超過這一時(shí)間，清洗液可能會(huì)被清洗下來的無機(jī)鹽所飽和，而污染物就會(huì)再次沉積在膜表面。此時(shí)應(yīng)用合格預(yù)處理產(chǎn)水將膜系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)的清洗液置換掉，重新配制清洗液進(jìn)行第二遍清洗。
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