低濃度酸性廢水膜組合濃縮處理技術(shù)

粘膠短纖維生產(chǎn)中紡練車間外排的高鹽、酸性廢水增加了生化處理難度和能源消耗，并且污水處理廠調(diào)節(jié)PH值時(shí)加入電石渣，污水在排放過(guò)程中硫酸鈣不斷析出，造成外排管道結(jié)晶，需對(duì)管道進(jìn)行定期維護(hù)和清理，增加污水處理成本，因此研究新的酸性水回收處理工藝，回收其中的有用組分，以減少含鹽污水生化處理難度，降低污水處理成本。

隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，粘膠纖維生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始重視酸性水的回用。目前已有粘膠纖維生產(chǎn)企業(yè)采用蒸發(fā)的方式對(duì)酸性廢水進(jìn)行濃縮回用，但蒸發(fā)設(shè)備存在投資大，運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn)。研究更加節(jié)能高效的廢水處理工藝，降低生產(chǎn)成本和污水COD，對(duì)粘膠纖維生產(chǎn)的廢水處理具有指導(dǎo)意義。

1、超濾、反滲透膜組合濃縮低酸性廢水設(shè)計(jì)方案

為降低酸性水的處理成本，采用超濾、反滲透組合方式對(duì)酸性廢水進(jìn)行處理試驗(yàn)，具體工藝流程如圖1所示。

紡練車間含硫酸10g/L~13g/L、硫酸鈉30g/L~35g/L、硫酸鋅1g/L~1.5g/L的酸性廢水，在預(yù)處理罐進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理之后的酸性廢水經(jīng)過(guò)過(guò)濾，再通過(guò)負(fù)壓蒸發(fā)降溫至超濾膜允許的40℃以下進(jìn)料溫度，經(jīng)過(guò)超濾膜除去酸性水中的大顆粒雜質(zhì)，超濾膜設(shè)備的濾出液進(jìn)入反滲透膜設(shè)備進(jìn)行濃縮，反滲透濃縮液中含硫酸25g/L~35g/L、硫酸鈉80g/L~90g/L、硫酸鋅2g/L~3g/L，該濃縮液可直接輸送到酸浴車間進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，回用于生產(chǎn)系統(tǒng)；同時(shí)反滲透膜所產(chǎn)水可做為軟水應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)。

2、超濾膜、反滲透膜設(shè)備原理

超濾膜是以外加壓力作為動(dòng)力的濾袋卷式膜物理分離設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)大分子和小分子的分離。

反滲透膜是選擇透過(guò)性膜，利用高滲透壓將水分子和其他大分子分離，反滲透膜過(guò)濾精度高于超濾膜，一般超濾膜作為反滲透膜的前處理。

3、酸性水超濾膜膜前預(yù)處理

反滲透膜進(jìn)料為超濾膜濾出液即可滿足濃縮低酸性廢水的要求。制約超濾、反滲透組合方式處理酸性水濃縮的關(guān)鍵為超濾膜膜前物料預(yù)處理環(huán)節(jié)。超濾膜處理物料對(duì)物料性能指標(biāo)有一定的要求，包括濁度≤5NTU、固體懸浮物≤1%、可溶性有機(jī)物≤0.1%等。目前生產(chǎn)上成熟的通用超濾膜膜前處理方法有石英砂過(guò)濾、活性炭吸附、微濾等手段，針對(duì)我公司外排酸性水特點(diǎn)，試驗(yàn)高溫?cái)嚢栉龀?、絮凝劑混凝沉淀和活性炭吸附三種預(yù)處理方法，篩選出最優(yōu)酸性水預(yù)處理方法。

3.1 高溫?cái)嚢柙囼?yàn)

我公司外排酸性廢水溫度在80℃~85℃，濁度在10NTU~15NTU，高溫酸性水以有機(jī)膠體狀態(tài)存在。為打破酸性水膠體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，進(jìn)行酸性水高溫?cái)嚢柙囼?yàn)，通過(guò)外力打破酸性水穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使其團(tuán)聚析出。

取一定量的一線外排酸性水，采用恒溫加熱磁力攪拌器做三次平行試驗(yàn)，溫度控制在80℃~85℃，4h后均無(wú)明顯雜質(zhì)析出，酸性水濁度為30.56NTU，說(shuō)明80℃~85℃溫度條件下攪拌，對(duì)酸性水析出無(wú)顯著影響；酸性水溫度控制在86℃~90℃，4h后均無(wú)明顯雜質(zhì)析出，酸性水濁度為50.12NTU，酸性水濁度是80℃~85℃時(shí)濁度的1.64倍，說(shuō)明提高溫度有助于雜質(zhì)析出，需進(jìn)一步提高酸性水?dāng)嚢铚囟龋豢刂扑嵝运疁囟仍?/span>91℃~95℃之間，經(jīng)4h加熱攪拌后，發(fā)現(xiàn)酸性水底部有少量雜質(zhì)析出，同時(shí)顏色加深，濁度為79.13NTU，是80℃~85℃時(shí)濁度的2.58倍。

進(jìn)一步對(duì)我公司紡練車間所有生產(chǎn)線酸性廢水進(jìn)行高溫?cái)嚢柙囼?yàn)，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如下表1所示。

通過(guò)表1數(shù)據(jù)分析可知，同樣攪拌4h的相同條件下，91℃~95℃酸性水濁度均比85℃~90℃濁度明顯提高，并且顏色明顯加深，同時(shí)91℃~95℃攪拌4h后的酸性水有少量雜質(zhì)析出，而80℃~85℃條件下無(wú)沉淀雜質(zhì)析出，說(shuō)明高溫?cái)嚢栌欣谒嵝运s質(zhì)析出，因此酸性水預(yù)處理溫度范圍控制在91℃~95℃，但需額外提供熱源給酸性水加熱。

3.2 絮凝劑混凝沉淀試驗(yàn)

進(jìn)行不同比例絮凝劑聚丙烯酰胺與酸性水混合試驗(yàn)。聚丙烯酰胺與酸性水加入比例為5:10000時(shí)無(wú)明顯絮凝效果，提高聚丙烯酰胺加入量，聚丙烯酰胺與酸性水加入比例為5:1000時(shí)有明顯絮凝效果，但是過(guò)濾效果較差，同時(shí)由于引入新的有機(jī)雜質(zhì)，易堵塞超濾膜體系，所以此種試驗(yàn)方法不適用于作為超濾膜膜前預(yù)處理。

3.3 活性炭重復(fù)使用試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)確定活性炭的加入量與酸性水質(zhì)量比例為5:10000，85℃~90℃吸附0.5h后經(jīng)1μm濾袋過(guò)濾，效果良好，濁度≤5NTU，可以達(dá)到超濾膜設(shè)備要求。但是活性炭成本較高，為進(jìn)一步降低使用成本，考慮活性炭重復(fù)使用，進(jìn)行了為期一個(gè)月的超濾膜小試裝置的試驗(yàn)，具體實(shí)施方案如下：

用40L軟水測(cè)定溫度為40℃、0.8MPa壓力下的超濾膜產(chǎn)水流量，作為運(yùn)行前軟水產(chǎn)水量。取20L紡練車間一線酸性水作為原水樣進(jìn)行活性炭吸附，活性炭的加入量與酸性水質(zhì)量比例為5:10000，85℃~90℃吸附0.5h后經(jīng)1μm濾袋過(guò)濾，濾液自然冷卻至40℃后倒入超濾膜進(jìn)料桶中，運(yùn)行超濾膜設(shè)備。超濾完成后，再次用40L軟水測(cè)定溫度為40℃，0.8MPa壓力下的超濾膜產(chǎn)水流量，作為運(yùn)行后軟水產(chǎn)水量。如此循環(huán)重復(fù)上述步驟進(jìn)料測(cè)試，測(cè)定溫度40℃、壓力0.8MPa條件下超濾膜的軟水產(chǎn)水流量應(yīng)大于36L，產(chǎn)水流量衰減=（1-每次運(yùn)行后產(chǎn)水流量÷每次運(yùn)行前產(chǎn)水流量）×100%。當(dāng)產(chǎn)水流量衰減10%時(shí)需要進(jìn)行反洗，試驗(yàn)停止，記錄活性炭重復(fù)利用次數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可知，活性炭與酸性水加入質(zhì)量比例為5:10000，85℃~90℃吸附0.5h后過(guò)濾，小試運(yùn)行一次后發(fā)現(xiàn)軟水試驗(yàn)前后產(chǎn)水流量衰減1.32%。將活性炭反復(fù)利用，由于活性炭過(guò)濾損失5%，每次補(bǔ)加0.5g（總碳量10g的5%），跟蹤超濾膜小試設(shè)備試驗(yàn)過(guò)程中軟水流量變化及產(chǎn)水流量衰減情況，摸索活性炭循環(huán)利用的極限次數(shù)，試驗(yàn)完成第十二次循環(huán)利用，產(chǎn)水流量衰9.72%，接近反洗控制指標(biāo)，第十三次產(chǎn)水流量衰減到13.89%，超過(guò)反洗控制指標(biāo)，所以活性炭小試驗(yàn)重復(fù)利用次數(shù)確定為12次。經(jīng)過(guò)活性炭吸附后的酸性水過(guò)濾后濁度在5NTU以下，因?yàn)樾纬闪嘶钚蕴繛V餅，酸性水濁度明顯下降，達(dá)到超濾膜進(jìn)料要求。

以上三種酸性水預(yù)處理方法對(duì)比分析，加絮凝劑方案不可行，高溫?cái)嚢栉龀鲭s質(zhì)方案雖然可行，但需提供蒸汽加熱，增加成本，且溫度控制波動(dòng)導(dǎo)致酸性水?dāng)嚢枨昂鬂岫炔町愝^大。綜合考慮三種方案，最終確定選用添加活性炭方案，活性炭與酸性水加入質(zhì)量比例為5:10000，高溫吸附0.5h后過(guò)濾，濾出液作為超濾膜進(jìn)料。

4、超濾、反滲透處理酸性廢水試驗(yàn)

酸性水進(jìn)水流量控制在1.8m3/h，控制蒸發(fā)罐蒸發(fā)溫度為35℃~37℃，超濾膜設(shè)備和反滲透設(shè)備設(shè)定為自控控制，記錄工藝運(yùn)行參數(shù)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3數(shù)據(jù)可知，活性炭吸附過(guò)濾之后酸性水濁度在5NTU以下，說(shuō)明經(jīng)過(guò)預(yù)處理后酸性水雜質(zhì)去除較好，經(jīng)過(guò)15h連續(xù)運(yùn)行，超濾膜濾出液流量（反滲透進(jìn)料流量）由1.41m3/h降低到1.08m3/h，反滲透凈水流量由0.95m3/h降低到0.61m3/h，嚴(yán)格控制超濾膜前期預(yù)處理之后酸性水中大顆粒雜質(zhì)的去除，保證超濾膜進(jìn)料指標(biāo)，本工藝可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

5、結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)比高溫?cái)嚢?、絮凝劑混凝沉淀和活性炭吸附三種酸性水預(yù)處理方法，篩選出最優(yōu)預(yù)處理方法為活性炭吸附，活性炭與酸性水加入質(zhì)量比例為5:10000，高溫吸附0.5h，預(yù)處理效果良好，活性炭可重復(fù)利用。

（2）超濾、反滲透處理設(shè)備可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行15h。對(duì)于超濾、反滲透膜衰減情況，還需通過(guò)設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)行觀察、測(cè)試。（來(lái)源：唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司）