采用膜法回收循環冷卻水工藝的完善
陜西某熱電廠廢水主要來源于工業循環冷卻水和鍋爐排水，廢水中離子含量較高。為使排污水得到循環利用，該廠建成1 套反滲透（RO）系統用于排放污水的處理，以期實現節約資源、降低成本的目的，然而新建成的RO 系統在正常運轉了一段時間后，出現了嚴重的污堵，甚至無法完成72 h 連續運行，系統幾近全線癱瘓。受該廠委托，中海油天津化工研究設計院針對該廠RO 系統中出現的污堵問題及其廢水處理工藝特點，對其RO 系統進行了改造和調整，在RO 前增加了1 套前處理裝置，起到保護后續RO 工藝穩定運行的作用，并最終解決了RO系統的污堵問題，實際運行時處理后的污水作為補充水回用于冷卻塔循環水系統，效果很好。
1 系統概述
1.1 廢水來源及回用目標
原RO 系統處理生產廢水80~250 m3/h，其廢水來源包括：冷卻塔排污和溢流，轉機冷卻水，取樣架冷卻水，空冷器、冷油器冷卻水，鍋爐定連排水，射水箱排水，輸煤棧橋沖洗水，渣斗排水等。生活污水排放量僅為5~6 m3/h，經生物處理后排入工業污水集水井，與工業污水相混合。回用水主要作為循環冷卻水，直接補進電廠冷卻塔。
1.2 原廢水處理工藝流程和進出水水質
原廢水處理工藝流程見圖1，進水水質及回用標準見表1。
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圖1 原工藝流程
表1 進水水質及回用標準
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2 反滲透系統中存在的問題
2.1 調節池
調節池池容比較小，水的pH 容易受到沖擊，來水主要為循環水，同時接納了一定量的鍋爐排水。其中鍋爐水pH 接近11，循環水的pH 則在8.5～9.0，兩種水源的pH 差異較大。而且鍋爐水的水溫較高，又造成了其與循環冷卻水在溫度上的差異。在不同pH和水溫下絮凝劑的絮凝效果是截然不同的，其處理的水源必須是混合均勻的、性質穩定的，而水系統從不均勻趨向于均勻的過程需要一定的時間，然而現有調節池的池容小，這必然造成來水在其中的停留時間過短，無法使其完全混合均勻，給后續的絮凝沉淀工藝帶來很大的影響。
2.2 絮凝沉淀池
《城市污水回用設計規范》（GB/T 19923—2005）中指出，平流沉淀池沉淀時間宜為2~4 h，所以一般情況下，污水絮凝沉淀池設計的有效停留時間都超過2 h，但由于現場設計中采用了高效絮凝池新技術，使絮凝停留時間縮短到了30 min，而通過現場調試運行情況來看，絮凝沉淀的效果很不好，只有在減少流量的情況下，才能出現有效絮凝沉降的“清亮層”。由于出水夾帶的絮凝團非常豐富，卻沒有足夠的反應停留時間進行完全沉降，而在后面流速變急時又會被重新打碎，隨水流繼續進入后段工藝設備，所以造成出水濁度、SDI 都非常高。
2.3 絮凝劑
原工藝以聚合氯化鋁作為絮凝劑使用，然而聚合氯化鋁有效絮凝的pH 范圍為5~8，根據前面的分析，來水的pH 已超過這個范圍，聚合氯化鋁在水中難以達到較好的絮凝沉降效果，以至非但不能完全發揮絮凝劑的效用，反而會引起或加劇污堵。
2.4 UF（MF）的缺失
在污水處理中，RO 一般都以UF 作為預處理的手段，特別是對濁度、SDI 較高的來水。當預處理系統設計不合理或不能發揮作用時，污染物就會進入RO 系統，并在膜表面堆積，若給水中含有微生物，它的繁殖會導致更嚴重的后果。
本項目中恰恰因為前期設計中缺失了UF（MF），以致造成保安過濾器堵得非常快，甚至幾個小時就無法出水；由于濾芯換的太頻繁，成本太高，所以現場不得不實行了一種穿透運行的方式，結果造成污染物后移，使RO 堵塞速度加快。作為預處理手段，UF 膜的使用具有不可忽視的作用，它可以完全去除不溶解的物質，降低顆粒物的污染風險，使得RO 的設計水通量可以適當增加約10%~20%。
然而，并非采用了超濾就可以去除一切對RO產生污染的物質。這是由于一方面用于RO 預處理的超濾膜都屬于篩分過濾，過濾孔徑大約在0.02~0.05 μm，雖然大部分不溶解的物質都會被截留，但是很多溶解在水中的有機物同樣會對反滲透系統產生污染，而這恰恰是超濾預處理不能解決的。另一方面，微濾和超濾預處理系統經常要伴隨著藥劑的加入，例如絮凝劑、阻凝劑、氧化劑、酸和堿等，這些化學物質有可能在超濾的產水中存留，進而導致反滲透污染和劣化，因此在實際運行時必須根據來水的波動和前后處理工藝的運行情況隨時調整超濾系統的運行和清洗方式。
2.5 RO 進水pH 的控制
RO 膜進水的pH 在各種膜的使用手冊中都沒有作明確規定，只規定了RO 膜在較短的時間里可允許的pH 范圍；一般清洗過程的pH 范圍為3～10或2～11 等。主要是因為設計人員并不一定了解膜化學的各個側面，而將早期針對某一種特定污水處理的設計“克隆”至其他項目。例如：原本設計地下水的流程被“局部”放入污水處理項目中，而有些適用于污水處理的裝置又被“克隆”至地下水、地表水中等等，這一做法就引起了許多設計的不合理性。在設計中，一些內容是“摘取”一個成功系統的一部分或一個流程段，這就造成了一些新項目里的“夾生飯”。由于pH 規定的模糊性，造成設計人員對RO 膜進水的pH 不作明確要求，這也為RO 膜的結垢埋下了隱患。
自然界中的水含有鈣、鎂和堿度，包括易結垢的Ba、Sr 和硫酸根、硅酸鹽等，本身就有一定pH 的緩沖能力，在沒有人為干預的情況下，天然水的pH 一般都在7 左右，這時的pH 反映的是一個CO32-和HCO3-的比值。在循環水排污中，由于冷卻塔的曝氣停用，pH 一般可升高可至9 左右，此時水中堿度主要以CO32-形式體現。另外，循環冷卻水中各種結垢性離子，一般都濃縮至接近各種離子結垢的濃度，因為循環水實行最小排污，所以不管濃縮幾倍（一般為3 倍左右），排水中的結垢性離子都是超飽和的，達到循環冷卻水阻垢緩蝕劑所允許的最大限度，屬強結垢性水質。而RO 回收時還要對這種水體進一步濃縮，回收率一般為60%~80%，無疑放大了結垢的可能性，因此若不對進水pH 進行調節，結垢性離子將迅速結垢，直接導致RO 癱瘓。所以對高pH 水質（pH＞8）不能直接進入RO 系統，特別是循環水排污水（或其他硬度偏大的水）必須進行pH 調節。
3 改進后工藝流程和措施
改進后工藝流程見圖2。
3.1 增加UF 裝置
就本工程的進出水水質的特點和要求，建議在RO 前面增添UF 系統，以緩解RO 的污染趨勢。
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圖2 改進后廢水處理工藝流程
3.2 RO 前加酸控制pH
由于來水中主要為循環水，其離子含量較高，pH 也很高，極易產生結垢，在進入RO 之前對其進行加酸處理，控制進水pH，并適當投加合適的膜阻垢劑，以減少水中結垢離子對反滲透膜元件的污染。
3.3 增大調節池的容量
由于來水水質差異較大，且溫度、流量等均存在很大不同，因此如果不能在絮凝沉淀過程前達到充分混勻的話，很容易影響絮凝效果，不能有效地將污染物沉淀，因此本項目的改進措施之一就是增大調節池的容量，從而延長了來水的混合時間，保證了進水在絮凝池的沉淀效果。
3.4 徹底的在線清洗
由于系統一直在調試階段，反復開停機不間斷運行，且由于水質及預處理的不穩定性，造成了膜污染的日趨加重，系統改造完成后，為了保證產水的穩定順利進行，首先對RO 系統進行了有針對性的化學清洗，徹底清理了反滲透系統中的污染物，為后面的72 h 連續平穩運行打下了良好的基礎。
在線清洗過程中發現，清洗液呈黃棕色，且酸洗堿洗均有明顯效果，明顯為前期絮凝劑過量的污染產物，由于系統太臟，必須循環清洗數次直至清洗液比較清透，才可轉入正常運行。
4 運行效果
由于采取了有針對性的措施，經過一段時間運行后，RO 系統恢復了正常，RO 進膜壓力、滲透液流量基本穩定，產水水質也達到了穩定狀態。同時也應該注意在實際運行中在保證進水水質穩定的基礎上，應做好反滲透進水的預處理，并在實踐中逐漸摸索出最佳工藝及操作條件，以保證污水深度處理工程的穩定運行。
［作者簡介］聶明（1978—），2000 年畢業于天津大學化工學院，工程師。
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