淄(zi)博市某市政污水(shui)處理廠(chang)建(jian)設 1 座 2 萬 t / d 的(de)再生(sheng)(sheng)水(shui)處理系統,采用(yong)(yong)超濾(UF)與反(fan)滲透(RO)的(de)主(zhu)體處理工(gong)藝處理污水(shui)廠(chang)的(de)尾水(shui),產(chan)(chan)水(shui)回用(yong)(yong)于電廠(chang)等工(gong)業(ye)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)。超濾前(qian)采用(yong)(yong)加氯(lv)消毒(du),反(fan)滲透前(qian)采用(yong)(yong)焦(jiao)亞硫酸(suan)鈉作(zuo)為還原劑(ji)消除(chu)過量的(de)消毒(du)劑(ji)。本文分別采用(yong)(yong)復合(he)二氧化(hua)氯(lv)和次氯(lv)酸(suan)鈉消毒(du),研(yan)究超濾產(chan)(chan)水(shui)總余(yu)氯(lv)、焦(jiao)亞硫酸(suan)鈉投加量、反(fan)滲透進水(shui)余(yu)氯(lv)之間的(de)關系。

01 再生水(shui)處理系統概況

1.1 工藝流(liu)程

再生水(shui)處理(li)工(gong)藝流程如圖(tu) 1 所示(shi)。污水(shui)處理(li)廠尾水(shui)先經(jing)過加氯(lv)(lv)消毒(du),在(zai)預(yu)處理(li)水(shui)池中充分混合,經(jing)自清洗過濾器和超(chao)濾裝(zhuang)置(zhi)去除懸浮物和大分子(zi)有機物。超(chao)濾產水(shui)帶有一定量(liang)的余(yu)氯(lv)(lv),在(zai)投加還原劑(焦亞硫酸鈉)、阻垢劑、非氧化性消毒(du)劑后,經(jing)保安過濾器,進(jin)入反(fan)滲(shen)透裝(zhuang)置(zhi),反(fan)滲(shen)透產水(shui)(再生水(shui)) 回用于(yu)電(dian)廠等(deng)工(gong)業(ye)生產。

1.2 設計參(can)數(shu)

再生水處(chu)理(li)過程中(zhong),超濾(lv)選(xuan)用(yong) PVDF 材質的浸沒式 中(zhong) 空 纖 維(wei) 超 濾(lv) 膜(mo), 設(she) 計(ji) 凈 產 水 通 量(liang) 為 40L / (m2· h),產水 SDI<3,< span="">濁度<1 NTU。反(fan)(fan)滲透膜(mo)采用(yong)陶氏 BW30FR-400 / 34i,一級(ji)兩段式排列,每套反(fan)(fan)滲透系統(tong)共 216 支(zhi)(zhi)膜(mo)元件,其中(zhong),一段 144 支(zhi)(zhi),二段72 支(zhi)(zhi),反(fan)(fan)滲透系統(tong)設(she)計(ji)回(hui)收(shou)率為 70%,詳(xiang)細(xi)的設(she)計(ji)參數如(ru)表 1 所示。

本系(xi)統(tong)設計接觸消毒時間為(wei)(wei)30 min,同時經超濾膜過濾后, 細菌(jun)可(ke)大部分(fen)被截(jie)留。采用質量(liang)濃度為(wei)(wei) 10%(以有效(xiao)氯計)的(de)次氯酸鈉溶液(ye),現場用玻(bo)璃鋼儲(chu)罐儲(chu)存,直接用計量(liang)泵(beng)投加(jia)到預(yu)處(chu)理(li)水(shui)池中。復合二(er)(er)氧(yang)化氯采用化學法復合二(er)(er)氧(yang)化氯發生(sheng)器[6]現場制備,即將氯酸鈉溶液(ye)與鹽酸溶液(ye)按照 1 ∶1的(de)體積比投加(jia)到發生(sheng)器中,混(hun)合消毒液(ye)在水(shui)射器的(de)抽吸作用下進入(ru)預(yu)處(chu)理(li)水(shui)池中與原(yuan)水(shui)充分(fen)混(hun)合。

02 復合(he)二(er)氧化氯在再生水處理(li)中的應用

使用復(fu)合二(er)氧化(hua)氯(lv)(lv)(lv)消毒(du),其投(tou)(tou)(tou)加濃度為(wei)(wei) 14 mg / L(以(yi)有效氯(lv)(lv)(lv)計),反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)前還原劑(焦亞硫(liu)酸(suan)鈉)投(tou)(tou)(tou)加濃度為(wei)(wei) 20 mg / L,連(lian)續(xu)一周監測超濾產水、反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)進水總(zong)余(yu)(yu)氯(lv)(lv)(lv)情(qing)況(表 2)。復(fu)合二(er)氧化(hua)氯(lv)(lv)(lv)投(tou)(tou)(tou)加濃度為(wei)(wei)14 mg / L(以(yi)有效氯(lv)(lv)(lv)計)時,污水中(zhong)有機物、微生物等的存在(zai)大大消耗了消毒(du)劑的量,超濾產水余(yu)(yu)氯(lv)(lv)(lv)平均為(wei)(wei) 1. 87 mg / L,在(zai)反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)前投(tou)(tou)(tou)加 20 mg / L 焦亞硫(liu)酸(suan)鈉(此時焦亞硫(liu)酸(suan)鈉投(tou)(tou)(tou)加濃度為(wei)(wei)余(yu)(yu)氯(lv)(lv)(lv)的 10 倍),依然不(bu)能消除余(yu)(yu)氯(lv)(lv)(lv),反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)進水余(yu)(yu)氯(lv)(lv)(lv)高達 0. 97 mg / L,反(fan)滲(shen)透(tou)(tou)膜元(yuan)件存在(zai)氧化(hua)的風險。

為(wei)了(le)降(jiang)低反(fan)(fan)滲透進水(shui)余(yu)氯(lv)(lv)(lv)(lv),降(jiang)低復合二氧化氯(lv)(lv)(lv)(lv)投加濃(nong)度至 5 mg / L(以(yi)有效氯(lv)(lv)(lv)(lv)計),反(fan)(fan)滲透前(qian)(qian)還原劑(焦亞硫(liu)酸鈉)投加量增(zeng)加至 40 mg / L,連續一周(zhou)監測超(chao)濾產(chan)水(shui)、反(fan)(fan)滲透進水(shui)總(zong)余(yu)氯(lv)(lv)(lv)(lv)情況(表(biao) 2)。復合二氧化氯(lv)(lv)(lv)(lv)投加濃(nong)度為(wei) 5 mg / L(以(yi)有效氯(lv)(lv)(lv)(lv)計)時(shi),超(chao)濾產(chan)水(shui)余(yu)氯(lv)(lv)(lv)(lv)降(jiang)為(wei) 0. 88 mg / L,在(zai)反(fan)(fan)滲透前(qian)(qian)投加 40 mg / L焦亞硫(liu)酸鈉(此時(shi)焦亞硫(liu)酸鈉投加濃(nong)度為(wei)余(yu)氯(lv)(lv)(lv)(lv)的45 倍),依(yi)然(ran)存在(zai) 0. 32 mg / L 的余(yu)氯(lv)(lv)(lv)(lv)。

在本(ben)系統中(zhong),使用(yong)復合二氧化(hua)氯消毒(du) 3 年(nian)后,反滲(shen)(shen)透整體(ti)的(de)脫鹽率降(jiang)低(di)至(zhi) 90%以(yi)下(xia),前端的(de)反滲(shen)(shen)透膜元件(jian)最(zui)先被氧化(hua),脫鹽率低(di)于 80%,反滲(shen)(shen)透產(chan)水(shui)水(shui)質不能(neng)滿(man)足用(yong)水(shui)要(yao)求(qiu)。

在(zai)(zai)(zai)本系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)(zhong),復合(he)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氯消毒后(hou),投(tou)加(jia)(jia)過量(liang)的(de)(de)焦(jiao)亞硫(liu)(liu)(liu)酸鈉(na)依然不能(neng)將余(yu)氯完全(quan)去除。經測定分(fen)析,此部(bu)分(fen)余(yu)氯全(quan)部(bu)為(wei)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)氯的(de)(de)消毒副產物(wu)ClO-2。測定時,ClO2、Cl2在(zai)(zai)(zai) pH 值(zhi)(zhi)接近 7 時即可氧(yang)(yang)化(hua)(hua)水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)I-,從而被測定出(chu)來;ClO-2需在(zai)(zai)(zai) pH 值(zhi)(zhi)≤ 2時才能(neng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de) I-,其在(zai)(zai)(zai)接近中(zhong)(zhong)性的(de)(de)溶液中(zhong)(zhong)不能(neng)被還(huan)原(yuan)劑(ji)充分(fen)還(huan)原(yuan)。實際過程(cheng)中(zhong)(zhong),反(fan)(fan)滲(shen)(shen)(shen)(shen)透(tou)進(jin)(jin)水(shui) pH值(zhi)(zhi)在(zai)(zai)(zai) 7 左(zuo)右,高濃度的(de)(de)焦(jiao)亞硫(liu)(liu)(liu)酸鈉(na)不能(neng)將 ClO-2完全(quan)還(huan)原(yuan),致使(shi)(shi)ClO-2進(jin)(jin)入反(fan)(fan)滲(shen)(shen)(shen)(shen)透(tou)系(xi)(xi)統(tong),逐(zhu)漸氧(yang)(yang)化(hua)(hua)反(fan)(fan)滲(shen)(shen)(shen)(shen)透(tou)膜元(yuan)件(jian),即使(shi)(shi)投(tou)加(jia)(jia)相(xiang)對(dui)余(yu)氯量(liang) 45 倍(bei)的(de)(de)焦(jiao)亞硫(liu)(liu)(liu)酸鈉(na),ClO-2依然存在(zai)(zai)(zai)。同時,由于(yu)還(huan)原(yuan)劑(ji)投(tou)加(jia)(jia)量(liang)過大(da)(da),系(xi)(xi)統(tong)處于(yu)無氧(yang)(yang)或缺(que)氧(yang)(yang)狀(zhuang)態,反(fan)(fan)滲(shen)(shen)(shen)(shen)透(tou)系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)(zai)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)酸鹽(yan)(yan)。硫(liu)(liu)(liu)酸鹽(yan)(yan)還(huan)原(yuan)菌利用硫(liu)(liu)(liu)酸鹽(yan)(yan)進(jin)(jin)行(xing)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)反(fan)(fan)應,進(jin)(jin)而大(da)(da)量(liang)繁(fan)殖,造成保安過濾(lv)器及反(fan)(fan)滲(shen)(shen)(shen)(shen)透(tou)膜元(yuan)件(jian)的(de)(de)微生物(wu)污堵,反(fan)(fan)滲(shen)(shen)(shen)(shen)透(tou)系(xi)(xi)統(tong)壓差升高,需頻繁(fan)地進(jin)(jin)行(xing)化(hua)(hua)學清洗才能(neng)保證膜元(yuan)件(jian)正(zheng)常產水(shui)。

03 次氯(lv)酸鈉在(zai)再(zai)生(sheng)水處理中的應用

使用次氯(lv)酸(suan)鈉(na)(na)消毒,其(qi)投加濃度(du)為 14 mg / L(以(yi)有(you)效(xiao)氯(lv)計),反(fan)(fan)滲(shen)透(tou)前還原劑(焦亞硫酸(suan)鈉(na)(na))投加量為 10 mg / L,連續一周(zhou)監測超濾產水、反(fan)(fan)滲(shen)透(tou)進(jin)水總余氯(lv)情況。

如表 3 所(suo)示,次氯(lv)(lv)酸鈉(na)(na)投加(jia)(jia)濃(nong)度為(wei)(wei) 14 mg / L(以(yi)有效氯(lv)(lv)計(ji))時,超濾(lv)(lv)產水(shui)(shui)余(yu)氯(lv)(lv)降為(wei)(wei) 1. 26 mg / L,在反滲(shen)透前投加(jia)(jia) 10 mg / L 焦(jiao)亞(ya)硫(liu)酸鈉(na)(na)后(hou)(hou),未檢出余(yu)氯(lv)(lv)。隨(sui)后(hou)(hou),降低反滲(shen)透前還(huan)原劑(焦(jiao)亞(ya)硫(liu)酸鈉(na)(na))投加(jia)(jia)量至6 mg / L,連續一周監測超濾(lv)(lv)產水(shui)(shui)、反滲(shen)透進(jin)水(shui)(shui)總(zong)(zong)余(yu)氯(lv)(lv)情況,反滲(shen)透進(jin)水(shui)(shui)余(yu)氯(lv)(lv)未檢出。由此可(ke)知,使(shi)用次氯(lv)(lv)酸鈉(na)(na)消(xiao)毒,超濾(lv)(lv)產水(shui)(shui)的(de)(de)(de)總(zong)(zong)余(yu)氯(lv)(lv)主要以(yi)ClO-、HClO形式存(cun)在,不存(cun)在ClO-2 ,投加(jia)(jia)總(zong)(zong)余(yu)氯(lv)(lv)濃(nong)度 5 倍的(de)(de)(de)焦(jiao)亞(ya)硫(liu)酸鈉(na)(na)即可(ke)將余(yu)氯(lv)(lv)完全消(xiao)除,從而消(xiao)除反滲(shen)透膜被氧化的(de)(de)(de)風(feng)險。

04 成本核算

綜合(he)來看,采用(yong)復(fu)合(he)二氧化(hua)氯消(xiao)毒(du)時,消(xiao)毒(du)劑(ji)、還原劑(ji)總成(cheng)本(ben)為(wei)(wei) 0. 153 元/ ( t 再生(sheng)(sheng)水(shui));采用(yong)次氯酸(suan)鈉消(xiao)毒(du)時,消(xiao)毒(du)劑(ji)、還原劑(ji)總成(cheng)本(ben)為(wei)(wei) 0. 200 元/ ( t 再生(sheng)(sheng)水(shui))。與次氯酸(suan)鈉相比,復(fu)合(he)二氧化(hua)氯應(ying)用(yong)于反滲透預處理時,整個(ge)再生(sheng)(sheng)水(shui)處理系統的消(xiao)毒(du)劑(ji)、還原劑(ji)成(cheng)本(ben)更低。

05 結論和建議

復合二氧化(hua)氯(lv)(lv)消毒(du)(du)時,后續(xu)產生(sheng)的(de)(de)(de)總余氯(lv)(lv)主要(yao)以 ClO-2 形式(shi)存(cun)在(zai),其(qi)在(zai)近(jin)中性溶(rong)液中很難被(bei)(bei)還(huan)原(yuan)劑(ji)還(huan)原(yuan),造成反滲(shen)(shen)透進水中余氯(lv)(lv)依然存(cun)在(zai),反滲(shen)(shen)透膜元(yuan)件被(bei)(bei)余氯(lv)(lv)氧化(hua),影(ying)響反滲(shen)(shen)透膜的(de)(de)(de)壽(shou)命。次氯(lv)(lv)酸鈉(na)消毒(du)(du)時,后續(xu)產生(sheng)的(de)(de)(de)總余氯(lv)(lv)主要(yao)以 ClO-、HClO 形式(shi)存(cun)在(zai),投加少量的(de)(de)(de)焦亞硫酸鈉(na)即可將余氯(lv)(lv)完(wan)全(quan)去除,可消除反滲(shen)(shen)透膜被(bei)(bei)氧化(hua)的(de)(de)(de)風險。

與復合二氧(yang)化氯(lv)相比,雖然次氯(lv)酸(suan)鈉(na)應用(yong)(yong)于反(fan)滲透預處理(li)時的(de)運行(xing)成本(ben)較高,但可以有效避免反(fan)滲透膜(mo)(mo)被(bei)氧(yang)化,可延長膜(mo)(mo)的(de)使用(yong)(yong)壽命,推薦采用(yong)(yong)次氯(lv)酸(suan)鈉(na)作為再生水(shui)處理(li)的(de)消毒劑。本(ben)文的(de)經驗適用(yong)(yong)于再生水(shui)處理(li)工程的(de)設計和(he)運行(xing),為反(fan)滲透預處理(li)的(de)設計和(he)運行(xing)提供(gong)了(le)重要的(de)借鑒(jian)。