雙膜法處理含溴廢水

溴化丁基橡膠生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生約1.6wt%的溴化鈉廢水，為保護(hù)環(huán)境，含溴污水不能直接外排至普通污水系統(tǒng)中進(jìn)行處理。目前可采用萃取反萃取的方式來提取廢水中的溴離子，但此種方法中的萃取劑為有機(jī)溶劑，會(huì)造成環(huán)境污染。也有人采用熱力除鹽電-膜除鹽等方式來去除廢水中的鹽。這些除鹽方式雖安全可靠，但運(yùn)行費(fèi)用高，裝置內(nèi)易結(jié)垢。

反滲透除鹽是一門新型的技術(shù)。反滲透僅依靠壓力作為推動(dòng)力，分離過程中無需發(fā)生相變、使用化學(xué)試劑，操作簡單。因此，在化工分離中越來越受到關(guān)注。采用反滲透工藝除鹽前需對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，因此常將超濾和反滲透技術(shù)結(jié)合(即雙膜法)起來處理廢水。本文考查了雙膜法在溴化丁基橡膠含溴廢水處理中的應(yīng)用。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料便攜式濁度儀；電導(dǎo)率儀；總?cè)芙夤腆w(TDS)測量儀；pH測量儀；COD測定儀；聚合氯化鋁(PAC，28wt%)；聚丙烯酰胺(PAM，≥99wt%)；超濾膜組件(型號(hào)：UF200)；反滲透膜組件(海德能CPA3-LP)。

1.2 工藝流程

本試驗(yàn)中處理含溴污水工藝流程主要包括如下三段：

1.2.1 混凝沉淀

此段工藝主要通過絮凝、沉淀、吸附方式，作為超濾設(shè)備預(yù)處理段，以達(dá)到濾除橡膠粒、降低進(jìn)水污染指數(shù)(SDI)、降低懸浮物的目的。原水經(jīng)混凝沉淀，可以部分去除其中的懸浮固體、有機(jī)物、膠體微粒、色度。

1.2.2 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)包括作為預(yù)處理的多介質(zhì)過濾器及超濾膜組件。超濾系統(tǒng)可使?jié)岫燃?/span>SDI值大幅下降，以滿足反滲透工藝進(jìn)水要求，保證反滲透裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2.3 反滲透系統(tǒng)

反滲透作為主要除鹽工藝段，其高效、穩(wěn)定的除鹽能力保證了出水水質(zhì)達(dá)到要求。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)過程中的主要檢測指標(biāo)：混凝劑的投加量；原水、混凝沉淀產(chǎn)水、超濾膜產(chǎn)水以及反滲透膜產(chǎn)水的濁度、TDS、氨氮、COD、溴離子含量等；工藝的產(chǎn)水率。

2、結(jié)果與討論

2.1 原水水質(zhì)

本試驗(yàn)所處理廢水(原水)呈乳白色，表1列出了原水的主要考查參數(shù)。

從表1可看出本廢水的特點(diǎn)是懸浮物含量、COD、溴鹽含量以及TDS均較高。污染物排放因子主要包括溴鹽、總氮、總磷及COD等。

2.2 絮凝劑投加試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)中選取PAC為絮凝劑、PAM為助凝劑。在1000mL的量筒或燒杯中，加入800mL水樣，分別加入一定量的絮凝劑和助凝劑，攪拌一定時(shí)間后，靜置沉淀，取上清液測量濁度值。攪拌速度60r/min，攪拌5~10分鐘，靜置沉淀30min。圖1為加入不同量PAC及PAM后水的濁度。

從圖1中可看出，水樣的濁度先隨著絮凝劑PAC投加量的增加而下降，當(dāng)絮凝劑PAC投加量在600mg/L左右時(shí)，水樣的濁度最低；而當(dāng)絮凝劑PAC的投加量超過600mg/L時(shí)，水樣的濁度開始上升。因?yàn)樾跄齽┩都恿坎蛔銜r(shí)，絮凝處理不充分，水樣處理效率低下；而絮凝劑投加量過大時(shí)，水樣中微粒被過多的絮凝劑所包圍，失去同其它微粒結(jié)合的機(jī)會(huì)，因而不易凝聚，降低了處理效果。從圖1中可看出，PAM的投加量從0增至5mg/L的過程中，水樣的濁度先減小后增大。當(dāng)投加量為3mg/L時(shí)，濁度達(dá)到最低值。綜合分析可知：當(dāng)PAM和PAC的投加量分別為600mg/L和3mg/L時(shí)，水樣的濁度去除效果最好。

表2列出了絮凝沉淀(600mg/LPAC+3mg/LPAM)后產(chǎn)水的主要指標(biāo)參數(shù)。從表2中可看出絮凝單元對(duì)廢水中濁度和總磷的去除效果相對(duì)明顯，對(duì)濁度的去除率達(dá)到了95%以上，對(duì)總磷的去除率也達(dá)到了90%以上。通過絮凝單元，廢水中氨氮含量、pH、電導(dǎo)率、TDS、總氮、COD以及溴離子含量的變化均有一定程度的降低，但效果并不明顯。絮凝沉淀單元主要針對(duì)懸浮物，對(duì)溶解性污染物物質(zhì)的去除效果較差。

2.3 超濾系統(tǒng)

表3列出了超濾系統(tǒng)產(chǎn)水的主要指標(biāo)參數(shù)。從表3可以看出超濾系統(tǒng)可對(duì)廢水濁度和COD進(jìn)一步去除，但是對(duì)于其它污染物物質(zhì)影響不大。

超濾系統(tǒng)每60min進(jìn)行一次物理清洗，清洗過程為上反洗―下反洗―正洗，每次步驟全過程需用時(shí)70s，其中順沖20s，上下反沖各25s。反洗用水為超濾自產(chǎn)水，可從超濾出水儲(chǔ)存箱中引取。

2.4 反滲透系統(tǒng)

表4是一次單程反滲透產(chǎn)水的主要指標(biāo)參數(shù)。從表4可以看出一次單程反滲透產(chǎn)水的濁度繼續(xù)下降至1.0以下。反滲透產(chǎn)水的pH值相較進(jìn)水有所升高。一次單程反滲透產(chǎn)水的總氮含量下降明顯?？偭缀縿t維持在0.02~0.03mg/L的范圍內(nèi)沒有太大變化，說明反滲透膜對(duì)總磷幾乎無去除效果。一次單程反滲透產(chǎn)水中電導(dǎo)率的去除率達(dá)到了97%左右；TDS的去除率達(dá)到了97%左右；氨氮的去除率達(dá)到了80%以上；COD的去除率達(dá)到了99%以上，溴離子的去除率達(dá)到了80%以上。這說明了反滲透膜可以很好地去除這些污染物質(zhì)。根據(jù)工業(yè)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，廢水經(jīng)過一次單程反滲透處理后，其濁度、氨氮、總磷、TDS均達(dá)標(biāo)；而溴離子(以氯離子計(jì))含量大于標(biāo)準(zhǔn)含量(250mg/L)。

反滲透濃水收集后進(jìn)行二次循環(huán)處理，目的是增大水的回用率，降低成本，提高產(chǎn)水率。表5列出了二次反滲透產(chǎn)水的主要指標(biāo)參數(shù)。

二次循環(huán)試驗(yàn)后，電導(dǎo)率和TDS去除率稍有增加；氨氮和COD的去除率基本不變；溴離子的去除率達(dá)到了90%以上。根據(jù)工業(yè)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出水的pH值、溴離子含量、濁度、氨氮含量、總磷含量、TDS以及COD均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。從表4和表5中可看出，兩次反滲透對(duì)溴離子的去除率不一致，說明反滲透膜對(duì)溴離子的攔截率有較大的波動(dòng)。同時(shí)，溴離子的去除率與反滲透膜對(duì)大部分一價(jià)離子的去除率(＞98%)有較大差異。工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮設(shè)計(jì)冗余量或增加清水的反滲透處理。

2.5 工藝產(chǎn)水率

為提高產(chǎn)水率，增加反滲透濃水中溴鹽濃縮量，可對(duì)反滲透濃水進(jìn)行多次處理，具體工藝如圖2所示。原水進(jìn)入絮凝水儲(chǔ)存單元前，經(jīng)過絮凝沉淀的原水要除掉沉淀物，95%~97%的原水將進(jìn)入絮凝水儲(chǔ)存單元；超濾單元的產(chǎn)水可以達(dá)到60%~70%，按70%的超濾水進(jìn)入反滲透單元計(jì)；這里將三組反滲透裝置進(jìn)行串聯(lián)布置，超濾水進(jìn)入第一次反滲透裝置后，反滲透裝置可以產(chǎn)生30%的純水，產(chǎn)生70%的濃水，將純水收集起來，濃水則進(jìn)入第二次反滲透裝置，同第一次反滲透一樣，將30%的純水收集，剩下70%的濃水進(jìn)入第三次反滲透裝置，將第三次反滲透裝置的純水收集，而第三次反滲透的濃水則進(jìn)入第一次反滲透裝置進(jìn)行一次循環(huán)處理；三個(gè)反滲透裝置串聯(lián)形成一個(gè)單元，濃水只進(jìn)行一次循環(huán)，剩下的濃水進(jìn)行機(jī)械蒸汽再壓縮處理，最后收集所有的純水。產(chǎn)水率等于總純水量/總進(jìn)水量，如此設(shè)計(jì)反滲透單元的產(chǎn)水率為88.2%。整個(gè)工藝流程的產(chǎn)水率為59.9%。

超濾膜產(chǎn)水率較低原因是在本實(shí)驗(yàn)中超濾濃水不作回收處理。在實(shí)際工程中，超濾濃水會(huì)循環(huán)到系統(tǒng)前端，進(jìn)行二次處理，超濾系統(tǒng)總回收率可以維持在95%左右。對(duì)于反滲透系統(tǒng)一級(jí)兩段處理回收率可達(dá)75%，提高回收率的方法為濃水回流或增加濃水二次過濾裝置。綜合以上方法，系統(tǒng)理論回收率可維持90%左右。

3、結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)合超濾和反滲透來處理一種含溴廢水，得到以下結(jié)論：

(1)PAC濃度為600mg/L，PAM濃度為3mg/L時(shí)，濁度去除率最高。

(2)經(jīng)過超濾單元后，廢水濁度和總磷的去除率均達(dá)到了98%以上。產(chǎn)水水質(zhì)能夠滿足反滲透膜的進(jìn)水要求，可有效保證反滲透膜的使用壽命。

(3)反滲透單元對(duì)電導(dǎo)率、TDS、氨氮、COD以及溴離子均有很好的去除效果，其中電導(dǎo)率的去除率大于97%；TDS的去除率大于97%；氨氮的去除率達(dá)到了80%以上；COD的去除率大于99%；溴離子的去除率大于90%。產(chǎn)水達(dá)到工業(yè)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。接下來的工作中需進(jìn)一步降低進(jìn)水COD值以提高反滲透膜壽命以及考查反滲透膜對(duì)溴離子的截留機(jī)理。（來源：(中國石化北京化工研究院燕山分院 橡塑新型材料合成國家工程研究中心）