多段反渗透应用于造纸尾水回用工艺的中试试验

朱加生，胡 勇

（中电环保股份有限公司，南京 211102）

多段反渗透应用于造纸尾水回用工艺的中试试验

朱加生，胡 勇

（中电环保股份有限公司，南京 211102）

造纸行业是水污染大户，污水源较多，对水环境的负面影响较大。本试验采用“曝气生物活性滤池+超滤+软化+多段反渗透”组合技术，处理造纸厂综合尾水。处理规模240 m3/d的中试试验结果表明，在进水水质为CODcr35 mg/L，浊度5 NTU，硬度200 mg/L左右时，系统稳定产水200 m3/d，回收率83%，产水电导50 μs/cm，硬度小于3 mg/L，完全可回用于工业生产；水处理工业电耗为1.84元/m3。

多段反渗透；造纸尾水；回用

造纸行业既是用水大户，也是水污染大户。“十一五”期间，全国用水总量增加了389亿m3，其中工业用水量增加了163亿m3，占全国用水总量增加量的42%；造纸工业用水量增加了47亿m3，占全国用水总量增加量的12%，占工业用水增加量的29%[1]。根据2014年环境统计年报，造纸行业化学需氧量和氨氮的排放总量仍占全国工业源排放总量的16.7%和7.3%，位居各行业的第一位和第四位[2]。与此同时，我国又是一个水资源短缺、用水效率低下、水污染严重的国家，所以从整体上提高水的循环利用率，减少对水资源总量的需求，实现废水资源化越来越重要[3]。

本试验将地址选在安徽某造纸厂，重在研究通过高效预处理后，再经过超滤及多段反渗透，最终使造纸尾水达到回用水质标准，减轻企业对水资源的依赖度和对水环境的污染。

1 造纸废水概况

安徽某造纸厂为林浆纸一体化企业，主要污水源为纸机生产废水、化学酸碱废水、石膏废水、锅炉热力系统定期排污水、煤仓间冲洗水、生活排污水等，综合废水COD浓度约为900 mg/L，BOD约为420 mg/L，SS约为1 620 mg/L，NH4+-N约为32 mg/L，日处理量约为4 600 t/d。纸厂主要处理工艺流程为格栅、初沉池、均衡池、冷却塔、生物选择池、曝气池、二沉池、芬顿、三沉池，直至达标排放。

2 回用工艺

2.1 中试工艺流程

中试试验采取芬顿出水作为深度处理的原水，水 量Q=10 t/h，COD=25～40 mg/L， 浊 度=2～5 NTU，电导 =1 000～1 800 μs/cm，硬度 =150～250 mg/L。组合工艺流程为曝气生物活性滤池+一级超滤+一级反渗透+软化沉淀+二级超滤+二级反渗透+三级反渗透，具体工艺流程如图1所示。

首先原水进入曝气生物活性滤池，滤池填料为多孔陶粒，起到过滤和吸附降解作用。滤池产水进入超滤工段，超滤采取错流过滤，并采取加药（次钠、酸、碱）反洗。超滤产水SDI值小于3并进入一级反渗透，一级反渗透采用一级二段式，伴有浓水回流，回收率为70%。一级反渗透浓水进入软化装置，软化产水经过斜管沉淀后进入二级超滤，二级超滤采用全流过滤，并采取加酸反洗。二级超滤产水SDI值小于3并进入二级反渗透，二级反渗透采用一级二段式，并伴有浓水回流和加酸，回收率为60%。二级反渗透浓水进入三级反渗透，三级反渗透采用一级二段式，并伴有浓水回流和加阻垢剂、杀菌剂，回收率为40%。本工艺产水为一、二、三级反渗透产水混合水，总回收率83%，达到回用标准。

图1 工艺流程图

2.2 工艺简介

2.2.1 曝气生物活性滤池

曝气生物活性滤池具有有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、运行成本低及保证较高出水水质的特点。滤池内装填高比表面积的陶粒和垫层，集过滤和挂膜氧化于一体。因二沉池出水经过芬顿强氧化后，COD大幅减小，大分子难降解有机物被有效破坏，而后进入活性滤池，更能发挥活性滤池优势，进一步去除废水中的悬浮颗粒和部分有机物杂质，保证后续膜系统的进水水质良好及稳定。滤池水力停留时间为2 m，48 h反洗一次，气水联合反洗。

2.2.2 一级超滤

超滤膜技术的截留机理主要是筛分作用，能有效截留大分子、胶体、微粒等，通常被用于反渗透前，作为反渗透工段的预处理。本次试验选用立式外压中空纤维超滤膜，膜丝材质为PVDF，平均过滤孔径30 nm。50 min一个运行周期，错流过滤，其中包括48 min正常产水，40 s空气擦洗，40 s反洗，40 s正洗。6个运行周期后进行一次加药加强反洗，加药种类分为液碱加次钠联合反洗和加酸反洗。当运行跨膜压差大于0.05 MPa时，停机进行化学清洗。本次试验，一级超滤可稳定运行60 d，产水SDI值小于3。

2.2.3 一级反渗透

反渗透膜是以膜两侧静压为推动力而实现对液体混合物分离的选择性分离膜，能有效截留水中的各种无机离子、大分子溶质，其产水可直接回用于工业生产。本次试验选用聚酰胺复合膜，采用一级二段式，总进水量为9 t/h，浓水流量5 t/h，其中2.7 t/h浓水进入软化工段再处理，2.3 t/h浓水循环至一级反渗透进水箱，这样通过提高循环流量，增加膜面流速，降低污染频率。同时，实时在线监测进水余氯和还原剂投加，防止膜原件氧化。本段产水6.3 t/h，回收率70%。

2.2.4 软化沉淀

一级反渗透浓水硬度达到500～800 mg/L，COD达到80～132 mg/L。为保证后续两段反渗透稳定运行，需进行软化除硬。本工段包括软化药剂投加，反应搅拌池和斜管沉淀。

投加石灰，可以去除暂时硬度、永久硬度和水中的CO2等，反应方程如下：

（1）去除暂时硬度：Ca（HCO3）2+Ca（OH）2=2CaCO3↓ +2H2O；Mg（HCO3）2+2Ca（OH）2=2CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2H2O

（2）去除永久硬度：

（3）去除水中的CO2，减少腐蚀：

（4）中和过量的混凝剂，增强混凝效果，起到助凝剂的作用：

（5）去除水中胶体硅：

斜管沉淀利用层流原理，缩短了颗粒沉降距离，增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了沉淀池的处理能力，缩短沉淀时间，提高效率。本工段出水浊度小于25 NTU，硬度降低，为100～160 mg/L。

2.2.5 二级超滤

由于软化加药量难以准确控制和斜管沉淀的排泥时间难以准确把握，沉淀池出水常常会出现泡泥现象，SDI明显大于3，难以进入反渗透工段。所以，在软化沉淀与二级反渗透之间加入二级超滤工段，二级超滤选用立式外压中空纤维超滤膜，膜丝材质为PVDF，平均过滤孔径30 nm。60 min一个运行周期，全流过滤，其中包括58 min正常产水，40 s空气擦洗，40 s加酸反洗，40 s正洗。本次试验中，二级超滤可稳定运行90 d，产水SDI值小于3。

2.2.6 二、三级反渗透

二级反渗透原水为二级超滤产水，三级反渗透原水为二级反渗透浓水。二、三级反渗透都为一级两段式，都通过增加浓水回流量来增大循环流量，增大膜面流速，防止污染。与此同时，二级反渗透进水实施连锁在线投加工业盐酸，调节进水pH到6.8，回收率为60%。三级反渗透进水实施在线投加非氧化性杀菌剂和阻垢剂，防止微生物污染和结垢风险，延长运行时间，回收率为40%。

3 试验结果

中试试验进行4个月。其中第1个月为调试阶段，在调试过程中，通过改变滤池运行反洗周期、变换超滤反洗加药种类，调整软化加药量和斜管沉淀池上升流速，调整一、二、三级反渗透循环流量及回收率等主要运行条件，并观察试验现象，分析监测数据，最终确定最佳运行条件。在中试后期，系统运行稳定，出水各项指标均达到较高水平。图2为反渗透的产水电导平均值与浓水电导平均值的对比图。

图2 反渗透的产水电导平均值与浓水电导平均值的对比图

由图2可知，在进水电导1 500～1 800 μs/cm情况下，一、二、三段产水电导平均值50 μs/cm，浓水电导5 000 μs/cm左右，平均脱盐率为97%。在进水电导有波动的情况下，产水电导能保持稳定。

4 运行费用分析

本中试主要考虑运行电费和药剂费，每立方米处理水量的平均价格为1.85元。

5 结论

“曝气生物活性滤池+超滤+软化+多段反渗透”组合工艺处理造纸厂综合尾水，效果明显。在进水水量Q=10 t/h，COD=25～40 mg/L，浊度=2～5 NTU，电导=1 000～1 800 mg/L，硬度=150～250 mg/L时，出水电导平均值为50 μs/cm，硬度小于3 mg/L，系统水量回收率83%。运行费用1.85元/m3。但是，此工艺的三级反渗透的运行稳定性保持在40 d，有待进一步探究和提高。

1 桑连海，黄 薇，冯兆洋，等.我国制浆造纸工业用水和取水定额现状分析[J].人民长江，2012，43（19）：6-8.

2 文宇立“.十三五”造纸行业污染防治政策解读[J].中华纸业，2016，37（7）：40-44.

3 万金泉，马邕文，王 艳，等.废纸造纸废水特点及其处理技术[J].造纸科学与技术，2005，24（5）：58-60.

Pilot Test on Application of Multi-stage Reverse Osmosis in Papermaking Tailwater Reuse Process

Zhu Jiasheng, Hu Yong
(CEC Environmental Protection Co., Ltd., Nanjing 211102, China)

Paper industry is a large water pollution, more sewage sources, the negative impact on the water environment.This experiment uses quot;aeration biological activity filter + ultrafiltration + softening + multi-stage reverse osmosisquot;combination technology, processing paper mill integrated tail water.The results showed that when the influent water quality was CODcr35 mg/L, turbidity 5 NTU and hardness was about 200 mg/L, the system was stable with water of 200 m3/d, the recovery rate was 83% Water conductivity 50 μs/cm, hardness less than 3 mg/L, fully recyclable for industrial production;water treatment industry power consumption of 1.84 yuan/m3.

multi-stage reverse osmosis; paper tail water; reuse

X793 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2017)08-0014-03

2017-06-23

本文系南京高端人才团队引进计划“抗污染反渗透膜产业化”（项目编号：宁人才办（2016）2号）的阶段性研究成果。

朱加生（1967-），男，浙江富阳人，博士研究生，工程师，研究方向：工业水处理、反渗透膜研制、膜法水处理应用等。