淄(zi)博市某(mou)市政(zheng)污水處(chu)理廠(chang)(chang)建設(she) 1 座 2 萬(wan) t / d 的(de)再生水處(chu)理系(xi)統,采用超(chao)濾(UF)與反(fan)(fan)滲(shen)透(RO)的(de)主體處(chu)理工(gong)藝處(chu)理污水廠(chang)(chang)的(de)尾水,產(chan)水回用于(yu)電廠(chang)(chang)等工(gong)業生產(chan)。超(chao)濾前(qian)采用加氯消(xiao)毒(du),反(fan)(fan)滲(shen)透前(qian)采用焦亞硫(liu)酸鈉作為還原(yuan)劑(ji)消(xiao)除過量的(de)消(xiao)毒(du)劑(ji)。本(ben)文分(fen)別(bie)采用復合(he)二(er)氧化氯和次(ci)氯酸鈉消(xiao)毒(du),研究超(chao)濾產(chan)水總余(yu)氯、焦亞硫(liu)酸鈉投加量、反(fan)(fan)滲(shen)透進(jin)水余(yu)氯之間的(de)關(guan)系(xi)。

01 再生水處(chu)理系(xi)統概況

1.1 工藝(yi)流程

再(zai)生水(shui)(shui)處理(li)(li)工藝流程如圖 1 所(suo)示。污水(shui)(shui)處理(li)(li)廠尾水(shui)(shui)先經過加氯(lv)消(xiao)(xiao)毒,在預(yu)處理(li)(li)水(shui)(shui)池中(zhong)充分(fen)混(hun)合(he),經自清洗過濾器(qi)和超濾裝(zhuang)置(zhi)去除懸浮物和大(da)分(fen)子有(you)機物。超濾產(chan)水(shui)(shui)帶(dai)有(you)一(yi)定(ding)量的余(yu)氯(lv),在投加還原劑(焦(jiao)亞硫酸鈉)、阻垢劑、非氧化(hua)性消(xiao)(xiao)毒劑后,經保安過濾器(qi),進入(ru)反滲(shen)透(tou)裝(zhuang)置(zhi),反滲(shen)透(tou)產(chan)水(shui)(shui)(再(zai)生水(shui)(shui)) 回用于電廠等工業生產(chan)。

1.2 設計參數

再生水處理(li)過程中,超(chao)濾選用(yong) PVDF 材質的浸沒(mei)式(shi) 中 空 纖 維 超(chao) 濾 膜(mo), 設 計 凈 產 水 通 量 為 40L / (m2· h),產水 SDI<3,< span="">濁度<1 NTU。反(fan)滲(shen)透(tou)膜(mo)采用(yong)陶氏 BW30FR-400 / 34i,一(yi)級兩(liang)段式(shi)排(pai)列,每套反(fan)滲(shen)透(tou)系統共 216 支膜(mo)元(yuan)件,其中,一(yi)段 144 支,二段72 支,反(fan)滲(shen)透(tou)系統設計回收率為 70%,詳(xiang)細的設計參數如表 1 所示。

本系(xi)統設計(ji)接觸消毒時間為30 min,同時經(jing)超濾(lv)膜過濾(lv)后, 細菌可大部分(fen)被(bei)截留。采(cai)用(yong)質量濃(nong)度為 10%(以有(you)效氯(lv)計(ji))的(de)次氯(lv)酸(suan)鈉溶(rong)液,現(xian)(xian)場用(yong)玻璃鋼儲罐儲存,直接用(yong)計(ji)量泵投加(jia)到預(yu)處理(li)水池(chi)中。復(fu)合二(er)(er)氧(yang)化(hua)氯(lv)采(cai)用(yong)化(hua)學法復(fu)合二(er)(er)氧(yang)化(hua)氯(lv)發生器(qi)[6]現(xian)(xian)場制備,即將氯(lv)酸(suan)鈉溶(rong)液與鹽酸(suan)溶(rong)液按(an)照 1 ∶1的(de)體(ti)(ti)積比投加(jia)到發生器(qi)中,混(hun)合消毒液在(zai)水射器(qi)的(de)抽吸作用(yong)下(xia)進入預(yu)處理(li)水池(chi)中與原水充(chong)分(fen)混(hun)合。

02 復(fu)合二(er)氧(yang)化(hua)氯在(zai)再生水處理中的應用

使用復(fu)合二氧化氯(lv)消(xiao)(xiao)毒,其投(tou)加濃(nong)(nong)(nong)度為 14 mg / L(以(yi)有(you)(you)效氯(lv)計),反(fan)(fan)滲透(tou)(tou)前(qian)(qian)還原劑(焦亞(ya)硫(liu)酸鈉(na))投(tou)加濃(nong)(nong)(nong)度為 20 mg / L,連續一周監測超濾產(chan)水(shui)、反(fan)(fan)滲透(tou)(tou)進水(shui)總余(yu)(yu)(yu)氯(lv)情況(表 2)。復(fu)合二氧化氯(lv)投(tou)加濃(nong)(nong)(nong)度為14 mg / L(以(yi)有(you)(you)效氯(lv)計)時(shi),污水(shui)中有(you)(you)機物(wu)、微(wei)生物(wu)等的(de)存在(zai)(zai)大大消(xiao)(xiao)耗了消(xiao)(xiao)毒劑的(de)量,超濾產(chan)水(shui)余(yu)(yu)(yu)氯(lv)平均為 1. 87 mg / L,在(zai)(zai)反(fan)(fan)滲透(tou)(tou)前(qian)(qian)投(tou)加 20 mg / L 焦亞(ya)硫(liu)酸鈉(na)(此(ci)時(shi)焦亞(ya)硫(liu)酸鈉(na)投(tou)加濃(nong)(nong)(nong)度為余(yu)(yu)(yu)氯(lv)的(de) 10 倍),依然(ran)不能消(xiao)(xiao)除余(yu)(yu)(yu)氯(lv),反(fan)(fan)滲透(tou)(tou)進水(shui)余(yu)(yu)(yu)氯(lv)高達(da) 0. 97 mg / L,反(fan)(fan)滲透(tou)(tou)膜元件存在(zai)(zai)氧化的(de)風險。

為了(le)降低反滲(shen)透(tou)進(jin)水余氯,降低復(fu)合二氧(yang)化氯投(tou)加(jia)(jia)濃度至(zhi) 5 mg / L(以有效氯計(ji)),反滲(shen)透(tou)前(qian)還原劑(ji)(焦(jiao)亞硫酸鈉(na))投(tou)加(jia)(jia)量增加(jia)(jia)至(zhi) 40 mg / L,連續一(yi)周監測超濾產水、反滲(shen)透(tou)進(jin)水總余氯情況(表(biao) 2)。復(fu)合二氧(yang)化氯投(tou)加(jia)(jia)濃度為 5 mg / L(以有效氯計(ji))時,超濾產水余氯降為 0. 88 mg / L,在反滲(shen)透(tou)前(qian)投(tou)加(jia)(jia) 40 mg / L焦(jiao)亞硫酸鈉(na)(此時焦(jiao)亞硫酸鈉(na)投(tou)加(jia)(jia)濃度為余氯的(de)45 倍),依然存在 0. 32 mg / L 的(de)余氯。

在本系統中,使用復合二氧(yang)化(hua)氯消毒 3 年后,反滲透(tou)(tou)整體(ti)的(de)脫鹽(yan)率(lv)降低(di)至 90%以下,前端的(de)反滲透(tou)(tou)膜元件最先(xian)被氧(yang)化(hua),脫鹽(yan)率(lv)低(di)于 80%,反滲透(tou)(tou)產水水質不(bu)能(neng)滿(man)足用水要(yao)求。

在(zai)(zai)本系統中(zhong),復合二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)氯(lv)(lv)消(xiao)毒(du)后,投(tou)加(jia)過量(liang)的(de)焦亞(ya)硫(liu)酸(suan)(suan)鈉依(yi)然(ran)不能將(jiang)余氯(lv)(lv)完全去除(chu)。經測定(ding)分(fen)析,此部(bu)分(fen)余氯(lv)(lv)全部(bu)為二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)氯(lv)(lv)的(de)消(xiao)毒(du)副(fu)產(chan)物ClO-2。測定(ding)時(shi),ClO2、Cl2在(zai)(zai) pH 值接近 7 時(shi)即(ji)可(ke)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)水(shui)中(zhong)的(de)I-,從而(er)被測定(ding)出來;ClO-2需(xu)在(zai)(zai) pH 值≤ 2時(shi)才能氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)水(shui)中(zhong)的(de) I-,其在(zai)(zai)接近中(zhong)性的(de)溶液中(zhong)不能被還(huan)原劑充分(fen)還(huan)原。實際過程中(zhong),反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)進(jin)水(shui) pH值在(zai)(zai) 7 左右,高濃度(du)的(de)焦亞(ya)硫(liu)酸(suan)(suan)鈉不能將(jiang) ClO-2完全還(huan)原,致使ClO-2進(jin)入反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)系統,逐漸氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)膜(mo)元件(jian)(jian),即(ji)使投(tou)加(jia)相(xiang)對余氯(lv)(lv)量(liang) 45 倍的(de)焦亞(ya)硫(liu)酸(suan)(suan)鈉,ClO-2依(yi)然(ran)存(cun)在(zai)(zai)。同時(shi),由于還(huan)原劑投(tou)加(jia)量(liang)過大,系統處于無(wu)氧(yang)(yang)(yang)或缺氧(yang)(yang)(yang)狀態,反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)系統中(zhong)存(cun)在(zai)(zai)大量(liang)的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)。硫(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)還(huan)原菌利用硫(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)進(jin)行氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)反(fan)應,進(jin)而(er)大量(liang)繁殖,造成保(bao)(bao)安(an)過濾器(qi)及反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)膜(mo)元件(jian)(jian)的(de)微生(sheng)物污(wu)堵,反(fan)滲(shen)(shen)透(tou)(tou)系統壓差升高,需(xu)頻(pin)繁地進(jin)行化(hua)(hua)(hua)學清洗才能保(bao)(bao)證膜(mo)元件(jian)(jian)正常(chang)產(chan)水(shui)。

03 次氯酸鈉在再生水處理中的應用

使用次氯(lv)酸鈉(na)消毒(du),其投加(jia)濃(nong)度為 14 mg / L(以有效氯(lv)計),反滲透前還(huan)原(yuan)劑(焦亞硫酸鈉(na))投加(jia)量為 10 mg / L,連(lian)續一周監測超(chao)濾(lv)產水(shui)、反滲透進(jin)水(shui)總余(yu)氯(lv)情(qing)況。

如表 3 所(suo)示(shi),次(ci)氯(lv)(lv)酸鈉投加(jia)濃度(du)為 14 mg / L(以有效氯(lv)(lv)計(ji))時(shi),超(chao)濾產水余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)降為 1. 26 mg / L,在反(fan)滲(shen)透(tou)前(qian)(qian)投加(jia) 10 mg / L 焦(jiao)(jiao)亞硫(liu)(liu)酸鈉后(hou),未(wei)檢(jian)出余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)。隨后(hou),降低反(fan)滲(shen)透(tou)前(qian)(qian)還原劑(焦(jiao)(jiao)亞硫(liu)(liu)酸鈉)投加(jia)量至6 mg / L,連續一周監測超(chao)濾產水、反(fan)滲(shen)透(tou)進水總(zong)余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)情(qing)況(kuang),反(fan)滲(shen)透(tou)進水余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)未(wei)檢(jian)出。由此可知,使用次(ci)氯(lv)(lv)酸鈉消毒,超(chao)濾產水的總(zong)余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)主要以ClO-、HClO形(xing)式存在,不存在ClO-2 ,投加(jia)總(zong)余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)濃度(du) 5 倍(bei)的焦(jiao)(jiao)亞硫(liu)(liu)酸鈉即可將余(yu)(yu)(yu)氯(lv)(lv)完(wan)全消除,從而消除反(fan)滲(shen)透(tou)膜(mo)被(bei)氧化的風險(xian)。

04 成本核算

綜合(he)來看(kan),采用(yong)復合(he)二氧化(hua)(hua)氯消(xiao)毒(du)(du)時,消(xiao)毒(du)(du)劑、還原劑總成本(ben)為(wei) 0. 153 元(yuan)/ ( t 再(zai)生(sheng)水(shui));采用(yong)次氯酸鈉消(xiao)毒(du)(du)時,消(xiao)毒(du)(du)劑、還原劑總成本(ben)為(wei) 0. 200 元(yuan)/ ( t 再(zai)生(sheng)水(shui))。與次氯酸鈉相比,復合(he)二氧化(hua)(hua)氯應用(yong)于反滲透預處理(li)時,整個(ge)再(zai)生(sheng)水(shui)處理(li)系統(tong)的消(xiao)毒(du)(du)劑、還原劑成本(ben)更低。

05 結論(lun)和建議

復合二氧化(hua)氯(lv)消毒時(shi)(shi),后(hou)(hou)續(xu)產生的總(zong)余(yu)氯(lv)主(zhu)(zhu)要以 ClO-2 形式(shi)存(cun)(cun)在(zai),其在(zai)近中(zhong)(zhong)性溶液中(zhong)(zhong)很(hen)難被還原(yuan)劑還原(yuan),造(zao)成反(fan)(fan)滲透進水中(zhong)(zhong)余(yu)氯(lv)依(yi)然存(cun)(cun)在(zai),反(fan)(fan)滲透膜(mo)元(yuan)件(jian)被余(yu)氯(lv)氧化(hua),影響反(fan)(fan)滲透膜(mo)的壽命。次氯(lv)酸(suan)(suan)鈉消毒時(shi)(shi),后(hou)(hou)續(xu)產生的總(zong)余(yu)氯(lv)主(zhu)(zhu)要以 ClO-、HClO 形式(shi)存(cun)(cun)在(zai),投加少(shao)量的焦亞硫酸(suan)(suan)鈉即可將余(yu)氯(lv)完全去除,可消除反(fan)(fan)滲透膜(mo)被氧化(hua)的風險。

與復(fu)合二氧化(hua)氯(lv)(lv)相(xiang)比,雖然次氯(lv)(lv)酸鈉(na)應用于反滲(shen)透(tou)預處(chu)理(li)時的(de)(de)運(yun)行(xing)成本較(jiao)高,但(dan)可(ke)以有效避(bi)免反滲(shen)透(tou)膜被氧化(hua),可(ke)延長膜的(de)(de)使用壽命,推薦采用次氯(lv)(lv)酸鈉(na)作為再(zai)生水(shui)處(chu)理(li)的(de)(de)消(xiao)毒劑。本文的(de)(de)經驗適(shi)用于再(zai)生水(shui)處(chu)理(li)工程的(de)(de)設計和運(yun)行(xing),為反滲(shen)透(tou)預處(chu)理(li)的(de)(de)設計和運(yun)行(xing)提供了重要的(de)(de)借(jie)鑒。