（环境工程专业论文）化工污水回用新方法的研究.pdfVIP

摘要 针对化工污水中有机物和盐类含量高、不能稳定达标的特点，在查阅文献的 基础上，经过分析比较，设计了一种污水回用处理的方法，用以处理东方石化的 化工污水，并回用到生产工艺中，节约水资源。 该方法是一种将絮凝沉降、超滤和反渗透工艺有机组合的方法。首先，根据 不同的水质，选择合适的絮凝剂和凝聚剂，用絮凝沉降法对化工污水进行预处理； 然后，超滤系统运行近5 0 0 小时，去除水中难生物降解的溶解性有机物质及沉淀 物；污水水质达到反渗透的进水标准后，进入反渗透系统运行4 0 0 小时以上，以 去除水中带电的离子污染物。研究结果表明：这种组合方法能够有效地处理化工 污水，使水中c o d 、s d i 、油类和浊度的去除率分别达到了9 9 、9 9 、9 5 和9 9 9 ， 出水中各主要污染物的浓度分别为c o d 小于3 0 m g 1 ，s d i 小于3 m g 1 ，油类小于 l m g 1 ，达到了工业用水的水质要求，可以回用于生产。 污水回用处理运行费用低于北京市地下水的取水费用，说明该方法在经济上 可行。 关键词：化工；污水；处理；回用；技术 a b s t r a c t a i m i n ga ts o m ec h a r a c t e r i s t i c s t h a tc h e m i c a ls e w a g eh a v eh i g hc o n t e n t o r g a n i c m a t t e ra n ds a l e s ，r e a c h e st h ee n v i r o n m e n t s t a n d a r d h a r d l y s o m e t i m e s ，as p e c i f i ct e c h n o l o g y w a sd e s i g n e dt or e u s et h ec h e m i c a ls e w a g e d e p e n d i n go nc o n s u l t i n g ，a n a l y z i n g a n dc o m p a r i n gl i t e r a t u r e s t h es e w a g e t r e a t e db yu s i n ga b o v ew a sr e u s e dt op r o d u c t i v ep r o c e s s e sa n dc a ns a v e t h ew a t e rr e s o u r c e s t h i sm e t h o dw a sat e c h n o l o g yi nw h i c hc o m b i n e dw i t hf l o c c u l a t i n g s e t t l i n g ，u fa n dr o f i r s t l y ，t h ec h e m i c a ls e w a g ew a sp r e t r e a t e du s i n g t h e t e c h n i q u e o f f l o c c u l a t i n gs e t t l i n g b yc h o o s i n g t h es u i t a b l e f l o c c u l a t i n ga g e n t s a n dp o l y c o a g u l a n t sa c c o r d i n g t od i f f e r e n tw a t e r q u a i t y t h e n ，t h eu fs y s t e mw a so p e r a t i n ga p p r o a c h i n gt o 5 0 0h o u r si n o r d e rt or e m o v et h eo r g a n i cm a t t e r sh a r d l yb i o l o g yd e g r a d a t i o n a n d p r e c i p i t a t i o n s r e a c h i n gt ot h ee n t e r i n g c r i t e r i o nf o rr o ，t h es e w a g ew a s t u r n e di n t or os y s t e ma n dr u nf o ru p o n4 0 0h o u r s ，s ot h a ts o m ec h a r g e d i o nc o n t a m i n a t i o n si n i tw e r eg o t t e nr i do f t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v i n gr a t i o sf o rc o d ，o i l s ， s d i a n d c l o u d i n e s sw e r e9 9 9 5 ，9 9 a n d9 9 ，9 r e s p e c t i v e l y t h e c o n s i s t e n c yo fm a i np o l l u t a n t s i nt h ew a t e rp r o d u c tw e r et h a tc o d w a s 3 0 m g 1 ，s d l 3 m g la n do i l s i m g 1 t h ew a t e rp r o d u c tq u a l i t yr e a c h e dt h e r e q u i r e m e n t o f i n d u s t r y s t a n d a r da n d c a nb er e u s e dt op r o d u c t i v e p r o c e s s e s t h ee x p e n s e so fr e u s e ds e w a g ed i s p o s i n gi sl e s st h a nt h a tg e t t i n g f r o mu n d e r g r o u n d s ot h a t ，t h em e t h o df o rr e u s i n gc h e m i c a ls e w a g eh a st h e e c o n o m i cf e a s i b i l i t y k e yw o r d ：c h e m i c a ie n g i n e e r i n g ；s e w a g e ；t r e a t 鹏n t ；r e u s e ；t e c h n o l o g y i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 虢扯冁剑 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分 内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 到盗玺 导师签名日期：刎2 ：( 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 水是我们人类所居住的星球上一切生命物质之源，和氧气一样是我们赖以生 存和发展的物质基础。但千百年来，人类社会的发展和工业文明的不断进步，却 使我们这个蓝色的星球面l 临着前所未有的危机，孕育着生命的水资源正逐渐成为 人类未来发展的瓶颈，控制水污染、治理水污染已经成为人类的共识，势在必行。 工农业和生活用水的大量增加，使得地球上的水资源问题也日趋严重。2 0 世纪以来，世界用水量大幅度增加。由于水量分布的不平衡，许多地区淡水资源 缺乏，目前世界上缺水的国家和地区约有4 3 个，占全球陆地面积的6 0 ，约2 0 亿人用水紧张。 随着我国顺利加入世界贸易组织和世界经济一体化的进程，我们面临着更多 的机遇和挑战，在中华民族伟大复兴的契机，水已经成为未来经济可持续性发展 的制约因素。我国每年因缺水造成的直接经济损失达2 0 0 0 亿元。1 。 我国水资源人均占有量仅为全世界平均值的1 4 ，而且时空分布极不均匀。 华北地区属于严重缺水地区，全国6 0 0 多个城市中有3 0 0 多个城市缺水。普遍存 在的用水浪费现象和严重的水污染又加剧了水资源的短缺，特别使优质水资源数 量日益减少，我国水资源危机还呈上升趋势，对我国的可持续发展形成了危机“3 。 2 0 0 2 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 3 9 5 亿吨，其中工业废水排放量 为2 0 7 2 亿吨”3 。2 0 0 2 年，北京市城近郊区污水总量为2 2 7 3 4 万吨天，工业废 水为7 3 1 3 万吨天，占污水总量的3 2 2 峨。 国外发达国家十分重视中水回用，美国在1 9 7 5 年中水利用己占总取水量的 3 8 7 ，而且每年以4 一5 的速度增加。德国、俄国、新加坡等都有很高的中 水利用率。日本等发达国家工业用水回用率一般在9 0 左右”。，而我国仅在5 一1 0 之间。到2 0 0 2 年，我国万元国内生产总值取水量达到5 3 7 立方米，高达 世界平均水平的4 倍。我国在污水处理回用，海水、雨水利用等方面均处于较低 1 北京工业大学工程硕士学位论文 水平。j 。 深度处理工业排污水、有效地提高水资源回用率，更好地解决水质污染问题， 已经成为我国现阶段水处理工业迫切需要解决的问题。 为配合国家工业用水回用目标的实现，东方石化根据能源综合利用、节水和 水污染治理的整体思路，充分考虑利用有限的水资源，拟将现有的排污水进行深 度处理，使其能够达到工业用水的标准，作为锅炉补给水、循环补水等。 在本课题中，拟采用超滤、反渗透等膜分离技术对东方石化污水进行回用处 理，以满足锅炉补充水和生产过程中循环补水的要求。 1 2 国内外研究现状 污水经处理后回用是一项系统工程，它不仅包括污水收集、污水再生，还包 括输配水系统、用水技术和监测系统等，其中污水再生系统是污水回用的关键所 在。工业污水回用多用于冷却水，作为锅炉补充水的经验尚不多见。污水回用的 目的不同，水质标准和污水处理深度的工艺也不相同。水处理技术按其机理可分 为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等，通常污水回用技术需要多种工 艺的合理组合，单一的某种水处理工艺很难达到回用水水质要求。目前，我国城 市污水深度处理中己应用的方法有：混凝、沉淀、过滤等常规工艺，微絮凝过滤 法以及生物接触氧化后纤维球过滤、生物碳过滤等。国外深度处理的方法很多， 主要有混凝澄清过滤法、活性炭吸附过滤法、超滤膜法、半透膜法、微絮凝过滤 法、接触氧化过滤法、生物快滤池法、流动床生物氧化硝化法、离子交换法、反 渗透、臭氧氧化法、氯吹脱、折点加氯等工艺”3 。下面重点对臭氧技术、厌氧水 解、膜法、光催化及电絮凝技术的进展状况进行简略介绍。 1 2 1 臭氧法 臭氧是氧的同素异性体，分子式为0 3 ，常态呈气体，淡兰色，有特殊气味； 臭氧是自然界最强的氧化剂之一，其杀菌速度高于氟气，在水中氧化还原电位仅 次于氟而居第二位。臭氧自被人们认识以来作为一项专门的技术发展至今，其发 展最快和研究最深入的当属水处理领域。1 。 臭氧不仅能氧化水中的无机物，如c n 、n h 。等，而且能氧化难以生物降解的 一? 一 第1 苹绪论 有机物，如芳烃化合物等。臭氧能去除水中的有机物，降低水中的c o d 、色度和 菌藻类，分解有机物。臭氧的灭菌过程非常快，一半可在5 m i n 内完成”。 通过催化臭氧处理矿化水中有机污染物的方法采用臭氧分子或含有臭 氧气体进行催化臭氧处理，净化废水，其特征在于采用至少由钴原子构成的催化 剂活化臭氧，以便预先氧化水中所含的有机污染物，同时将水中总有机碳转化为 二氧化碳“。 臭氧处理装置，涉及在净水场或下水处理场中为去除有机物和臭气而进行的 臭氧处理方法和装置。在该方法中，将导向臭氧接触池之前的被处理水的一部分 作为样品水抽出后注入臭氧，从而判断臭氧的使用量和使用效果“。 臭氧在水处理过程中与其它方法的联用也是国内外研究机构和厂家正在进 行大量实验和将要大量投入实用阶段的重要方向，其中臭氧一生物活性炭法( b a c 法) 、臭氧一紫外光联用法( 0 。u v 法) 、臭氧一双氧水法( o 。h 。o ：法) 、臭氧一絮 凝一膜处理法及这些方法的反应机理和相关工艺，都是当前正在研究和待开发的 项目。将臭氧加入原水中和使用耐臭氧性膜过滤原水而进行水处理，其特征在于： 检测通过耐臭氧膜的滤水中存在的臭氧浓度和自动控制被加入到原水中的臭氧 量以使臭氧浓度达到预定值“。 臭氧化一生物活性炭工艺主要用于上水净化，可以去除水中微量c o d ，还可 以去除细菌及异昧等“。 当前臭氧水处理方面的工艺发展方向为：深入研究臭氧化法在各种不同情况 下水处理过程中的反应动力学和反应机理及其与臭氧投配方式之间的关系，以及 深入研究影响这一复杂化工过程的各种因素及臭氧化过程中的各种中间产物和 最终产物1 。 存在问题：因臭氧的利用率不高，使臭氧处理的费用较高”“；臭氧与有机物 的反应有强烈的选择性“。因此，研究进一步提高臭氧利用效率和氧化能力的方 法十分有意义。一种方法是基于臭氧的高级氧化过程，即将臭氧催化转化为氧化 性更强而反应选择性低的羟基自由基，具体手段包括臭氧的超声雾化、紫外辐射、 与过氧化氢的联合作用等；另一种方法是采用固体颗粒二氧化钛、活性炭、金属 氧化物为催化剂“。 1 ，22 厌氧法： 北京工业大学工程硕士学位论文 厌氧处理是利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的情况下， 以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。充分利用厌氧代 谢的特点，使用厌氧新工艺来处理有机污水，无疑是一种具有良好经济效益的方 法“。厌氧水解法已是一种较为成熟的污水处理方法，多用在高浓度污水的降解， 或在一定规模的污水处理过程中与其他方法( 如好氧) 结合使用”。实践证明， 厌氧法处理污水有较好的效果。厌氧法在污水回用中也可适用“。 单独的好氧生物处理技术，具有剩余污泥少、运行费用低和可回收能源等优 点”“，但同时存在出水中c o d 浓度高，具有不良气味以及对环境条件要求严格等 缺点。厌氧一好氧联合处理工艺，出水水质可大大改善。“，但因厌氧段采用的 是甲烷化，操作和运行条件较为严格。；同时，原水中大量易于降解的物质( 如 有机酸等) 在厌氧处理中被甲烷化，剩余的好氧物质主要为难生物降解或厌氧消 化的剩余产物，因此，后续的好氧生物处理，尽管负荷较低，停留时间较长，处 理效率仍较低o “。 8 0 年代后出现的水解( 酸化) 一好氧处理工艺，将厌氧和好氧有机地结合 起来。该工艺在厌氧段摒弃了厌氧过程中对环境要求严、敏感且降解速率较慢的 甲烷化阶段，使厌氧段( 即水解、酸化) 的反应器容积大大减小“；同时，省去 了气体回收利用系统，基建费用大幅度降低。由于厌氧段控制在水解( 酸化) 阶段，经水解后，原水中易降解的物质减少，一些难以生物降解的大分子物质还 被转化为易于生物降解的小分子物质( 如有机酸等) ，从而使得废水的可生化性 以及降解速率大幅度提高。后续的好氧生物处理可以在较短的停留时间下，达到 较高的c o d 去除率”。 目前，利用厌氧处理污水的工艺和设施均有所提高。 一般的高性能生物滤池水处理系统，主要是通过提高生物滤池中的填料负荷 率来提高列污水的处理能力”，该专利中提供了一种新型的厌氧处理方法和设 施，即在处理过程中不设初沉池和回流装置，采用复合床厌氧水解池，将污水在 厌氧水解池内先进行水解酸化处理后，泵入比表面积大、空隙率高、价廉的弹性 纤维填料的生物滤池内处理，后经二沉池排出。“。 有一种u a s b 式( 水流上吸的淤泥滤沉式) 厌氧处理装置，污水通过由厌氧 一d 一 第1 章绪论 i i i i 微生物形成的粒子或其初级粒子( 小直径粒子) 构成的沉积层，将有机物分解成 咀甲烷与二氧化碳为主要成分的厌氧气体，并将其除去，同时将分解有机物的处 理水从所产生的厌氧气体和淤泥中分离出来。 厌氧生物处理废水，可以节省动力消耗，可产生沼气等生物能、污泥产生量 少、对氮和磷的需要量较低，对某些难降解的有机物有较好的降解能力”，但是 不能去除废水中的氮和磷，启动过程较长，运行管理较复杂、卫生条件较差、去 除有机物不彻底。“。 1 2 3 膜分离技术 膜分离通常是一个高效的分离过程。微滤、电渗析、透析、超滤、控制释放、 气体分离及渗透气化是膜分离技术的不同发展过程。膜分离法，是种新兴的 高分离、浓缩、提纯和净化技术。工业发达国家，膜处理技术在水处理工艺中 的应用已十分成熟。“。其中，超滤膜因其具有相态不变、无需加热、所用设备简 单、占地面积小、能量消耗小、操作压力低、对泵及管阀件等材料要求低等特点 开始广泛应用于电子、电泳漆、饮料、食品化工、医药、医疗用人工l 肾、环保废 水处理及废水回收利用等各个领域。 从膜滤法水处理的适用范围来看，反渗透和纳滤为脱盐工艺，而超滤和微滤 则属于过滤工艺。将该技术用于污水回用是一种较为有效的技术方法，但因存 在膜的维护等要求，膜法处理污水的处理成本较高“。膜过滤的水源要求比较清 澈，如浊度不高的浅层地下水和河水、湖水等地表水。对有机物和浊度高的原水， 大都采用粗滤器预处理后经u f 膜过滤“。目前较新的技术包括： 一体式膜反应器。该技术来自清华大学，技术的主要原理是：膜生物反应器 是将膜分离技术与生物处理技术相结合而产生的一种全新污水处理技术，主要由 生物处理装置( 曝气池) 和膜分离组件组成，膜分离组件置于曝气池内部，污水 中的绝大部分有机物被微生物所分解，膜分离组件将混合液中的微粒直径大于膜 孔径的颗粒截留下来，从而得到优异的处理出水。该技术有处理水质高、水质稳 定、可自动控制、易于改造、成本较低等特点。 种复合半透膜，可以将原水中的污染物和微量有害物质以及它们的前体等 有选择地分离除去，同时使二氧化硅透过以防止其在膜面上析出，可以高效率地 回收饮用水“。 北京工业大学工程硕士学位论文 膜工艺具有基建投资和运转费用高，且运行中需要高水平的预处理和定期化 学清洗，存在浓缩物处置的问题。从膜的功能上看，反渗透膜能有效地去除水中 的农药、表面活性剂、消毒副产物和色度等”。超滤受渗透压的影响较小，在 0 卜0 5 m p a 的低压下操作，一般用来分离相对分子质量小于5 0 0 直径为 0 0 0 0 4 0 0 6 p m 的糖、盐等渗透压较高的体系“。近几年来，国外已有将超滤和 反渗透应用到水处理工艺中的实例“。 1 2 4 光催化 光催化氧化法是在水中加入一定数量的半导体催化剂，它在紫外线辐射下也 能产生较强能力的自由基。常用的催化剂有二氧化钛( t i o 。) 和镉( cd ) 。光催 化氧化以半导体的能带理论为基础“。光催化氧化技术是一项新型的高级氧化技 术，其优势在于：( 1 ) 能将有机物完全矿化为对环境几乎无害的c o 。、h 。0 及矿物 酸；( 2 ) 几乎能没有选择地氧化所有的有机物：( 3 ) 反应条件温和，对反应温度、 p h 值没有什麽特殊要求等优势，因此，在环境领域中的应用有着非常光明的前 途”。 光催化氧化技术在污水处理中的应用方法主要分歧在于反应器的类型：一类 是利用自然光( 太阳光) 为照射源、采用催化剂固定化技术的平板式反应器；另 一类是利用人工光源( 紫外光) 为照射光源、采用粉末催化剂的悬浮体系光催化 氧化反应器”“。 一发明专利“将光催化剂用于水处理领域，特别用于降解有机物”表明：利 用光催化剂的水处理方法及装置具有以下效果“： ( 1 ) 在反应器外壳体内将含有有机物的原水与粉末状光催化剂的混合液强 制循环，并用紫外光进行照射，使粉末状的光催化剂及有机物均匀搅拌，有效地 实现了有机物与光催化剂表面的接触，这样，有机物能被有效地氧化分解，缩短 了原水处理的时间，相应地增加了处理的水量。 ( 2 ) 将混合液以旋流形式强制循环，光催化剂及有机物能更均匀地得到搅 拌，从而使有机物能更高效地被氧化分解。光催化剂为多孔质的颗粒，比一般颗 粒的光催化剂表面积大，这样，有机物与光催化剂表面的接触机会增大，有机物 能更高效地被氧化分解。 一6 一 第1 章绪论 以二氧化钛为催化剂具有同氧化钛粉末相当的比表面积和多孔结构，在太阳 光的作用f ，该催化剂对污染物表面有很好的光催化降解活性；该催化剂具有很 好的稳定性”。 1 ，2 5 电絮凝技术 电絮凝涉及了水污染物与强电场的反应及电产生的氧化和还原反应。这一过 程可去除水中9 9 以上的重金属阳离子，还可杀死水中的微生物。该过程可沉淀 带电胶体状物质和显著去除其它离子、胶体、乳化物，这一过程通常使小颗粒物 凝聚成大颗粒，随后通过沉降或过滤而得以去除”3 。 电絮凝通常提供中和离子和颗粒电荷，因此，可保证污染物的沉淀，降低化 学絮凝法对浓度的限制，并可替代或减少使用昂贵的化学试剂( 金属盐、高分子 聚合物等) “。 1 2 6 文献综述 对微污染污水即污水回用处理的技术，可以采用的治理方法有活性碳吸附、 臭氧氧化、光催化、膜分离、臭氧一活性碳吸附以及电絮凝等技术，但活性碳吸 附存在碳粉末的再污染问题，臭氧氧化因涉及到臭氧的制备，光催化也存在光源 选择等问题，均会影响污水回用成本，暂不在本方案中选用。 本试验中的化工污水主要取自东方石化，来自石油裂解、乙烯净化以及丙烯 酸系列产品的生产过程，混合后污水中c o d 浓度高达1 0 0 0 0 m g l 经催化湿式氧化 以及生物处理后，污水中c o d l o o m g l 。该水质的特点是浊度较高、c o d 、矿物 油均偏高，水的硬度及含盐量都较大，且原水中的悬浮物、胶体、菌藻类等都可 能会随着季节性的不同发生较大变化。因此，结合深度处理后工业用水的要求， 拟采用预处理+ 超滤膜+ 反渗透工艺进行试验，验证进一步处理东方石化污水的可 行性，并确定最佳的工艺参数。 为了确定实际运行中的预处理方法、相关运行参数以及在进行预处理后进入 反渗透膜的安全性，本课题进行了大量的试验研究，并采用实际水样进行处理过 程的连续化操作的中试试验。 1 3 主要研究内容 通过主要三部分试验：预处理系统的运行试验、超滤系统运行试验和反渗透 7 北京工业大学工程硕士学位论文 系统运行试验。详细考察了在不同水质情况下混凝剂的最佳添加浓度、超滤膜的 相关运行参数、反冲洗、化学清洗周期和时问，进水、循环和产水水质、水量和 压力的衰变过程以及超滤后进入反渗透膜的安全性。预处理主要采用生物法和絮 凝技术。本论文的主要内容包括： ( 1 ) 东方石化污水试验方案 ( 2 ) 混凝剂添加试验 ( 3 ) 超滤系统运行试验 ( 4 ) 反渗透系统运行试验 第2 章东方石化污水回用试验方案 第2 章东方石化污水回用试验方案 2 1 试验进度安排与计划 试验按两个阶段进行，第一阶段从2 0 0 2 年1 1 月1 同至2 0 0 3 年1 月1 5 日； 第二阶段从2 0 0 3 年1 月1 6 日至3 月3 0 同。 试验第一阶段过程主要可以分为五步：设备运输、设备安装及调试；混凝剂 添加试验；超滤系统运行试验；反渗透系统运行试验； 试验第二阶段继续进行长周期的稳定性及适应性验证。 2 2 主要试验内容 2 2 1 混凝剂添加试验 ( 1 ) 进行杯瓶试验寻找最佳药剂添加量。 ( 2 ) 将选定的混凝剂方案用于实际运行中，确定一套絮凝剂、凝聚剂的添加方 案。 22 2 超滤系统运行试验 ( 1 ) 进行设备调试工作。 ( 2 ) 在超滤膜的运行过程中，寻找最佳的反冲洗时间。 ( 3 ) 恒定压力情况下，观察膜运行状况及参数的变化。 2 2 3 反渗透系统运行试验 ( 1 ) 进行设备调试工作。 ( 2 ) 在反渗透膜的运行过程中，根据各项参数的变化来验证预处理+ 超滤系统产 水进入反渗透的安全性问题。 ( 3 ) 反渗透系统的化学清洗。 2 3 试验工艺 2 3 1试验流程 为了降低原水中悬浮物、胶体及细菌含量，去除水中有机物等杂质，保证反 渗透膜的进水条件，其工艺流程图如下： 9 北京工业大学工程硕士学位论文 空气空气 图2 1东方石化污水同用试验流程图 f i 9 2 1 ：t h ef l o wc h a r tf o rt h es e w a g er e u s op i l o t1 ne a s t e r nc h e m i c a lp 1 a n t 2 3 2 工艺说明 试验流程主要包括：预处理系统、超滤设备、反渗透设备 2 3 2 1 预处理系统 本系统预处理单元的主要作用是去除原水中的机械杂质、胶体、微生物、矿 物油、有机物及游离氯等，同时使处理后水符合反渗透膜进水条件，延长膜的寿 命。反渗透膜的进水条件见下表： 表2 - 1 反渗透膜进水条件表 t a b e l2 - 1t h er 0e x i t i n gw a t e rc o n d i t i o n 浊度 3 n t u p h 值3 1 0 温度扯4 5 s d i 值 3 总铁 o3 第2 章东方石化污水回用试验方案 总锰 o 1 c a s o 。浓度积( 浓水测) 6 0 0 0 s r s 0 4 浓度积( 浓水测)8 0 0 b a s o 。浓度积( 浓水测) 2 3 0 s i 0 2 溶解度( 浓水测) 1 0 0 朗格利尔指数( 浓水测) 1 8 菌落总数1 0 0 爪m l 余氯含量 o 1 m l 油类 9 7 水利用率：7 5 以上 ( 2 )高压泵 提供足够的水量和压力 实现反渗透的脱盐 规格型号： c r l 5 2 6 数量：1 只 流量：5 m 3 h 扬程： 1 4 5 m 第2 章东方石化污水回用试验方案 功率：4 k w ( 3 )清洗泵 去除膜表面污染物 恢复黢的脱盐性能 保证系统稳定运行 延长膜使用寿命 规格型号：c h 4 - 4 0 流 量：5 5 m 3 h 扬程： 2 0 m 功率： o 9 2 k w 数量：1 只 2 。4 试验步骤 试验分为三部分：混凝剂添加试验、超滤运行试验、反渗透膜运行试验 2 4 1 监测方法 试验过程中主要监测试验流程中水的压力、流量、温度、电导率、浊度、p h 和s d i 值共八项指标。 1 ) 压力：采用在线压力表 2 ) 流量：采用在线流量计 3 ) 温度：采用水银温度计 4 ) 电导率：采用在线电导率仪 5 ) 浊度：采用国家环保局编写的水质检测方法中分光光度仪，使用7 7 2 光栅可见光分光光度仪，单位为：n t u 6 ) c o d ：采用国家环保局编写的水质检测方法中的铬法，使用玻璃球形管 回流装置，外加试剂滴定( 要求甲方配合) 。 7 ) s d i 值：采用m i l i p o r e 公司生产的便携式s d i 仪。 g ) p h 值：采用意大利h a n n a 便携式p h 计。 北京二 业大学工程硕士学位论文 2 4 2 混凝剂添加试验 混凝剂添加试验分为两部分：试验室试验、实际运行试验 ( 注：混凝剂为絮凝剂和凝聚剂的统称，按照作用机理来解释絮凝剂注重对胶体及细小 悬浮物的电性中和、压缩双电层，而凝聚剂更偏重于对添加絮凝剂后形成的细小矾花的吸附 桥连、网罗卷带：凝聚剂很少单独使用。) 2 4 2 1 实验室试验 在试验中，主要通过调节加入的絮凝剂、凝聚剂的浓度的不同配合比例，寻 找最佳药剂添加量。主要测定反应前和反应后水的浊度，选择反应时间不超过 o 5 小时，反应完成后上清液浊度小于1 0 n t u 的絮凝剂与凝聚剂单独或配合使用 的添加方法。 2 4 2 2 实际运行试验 在实际运行试验中，主要通过调节进水水量、絮凝剂和凝聚剂的浓度，寻找 适合的絮凝剂和凝聚剂的浓度。主要测定指标：原水水量，原水、多介质过滤器 后、袋式过滤器后水样温度、电导率、浊度、s d i 值。 2 。4 3 超滤膜运行试验 在实际运行试验过程中，主要通过调节超滤装置的进水和循环水的水量及压 力测得超滤膜用于工业废水运行过程中的有关参数：进水、循环、反冲洗的水量 和压力的衰变曲线，反冲洗、化学清洗的所需周期与时间。主要测定指标：温度、 浊度、s d i 值，超滤系统的进水、产水和反冲洗水的水量，运行压力。 2 4 4 反渗透膜运行试验 在实际运行试验过程中，主要测得反渗透膜用于工业废水运行过程中的有关 参数：进水和出水的水量及压力的衰变曲线。主要测定指标：电导率，反渗透系 统的进水、出水水量，运行压力。 ，2 0 - 第3 章混凝剂添加试验 混凝齐添加试验分为试验室和实际运行试验两部分。 3 1 试验室定性试验 查阅资料、咨询有关专家和厂家的基础上确定适于本水质的混凝剂。包括： 聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等八种系列絮凝剂，聚丙烯酰胺、石灰等 十余种凝聚剂。混凝剂添加的试验分为定性试验和定量试验两步进行。 聚合硫酸铝的消耗量过大，投加量在几百m g l l 以上。 硫酸亚铁反应时间过长，约需十余小时。 聚合硫酸铁沉降后色度较高，且本品对后续设备构成腐蚀威胁。 八种絮凝荆中有一种阳离子絮凝荆的效果很好，但当使用反渗透膜为复合膜 时，须注意阳离子聚合物的使用，因为复合膜的表面通常带负电，有可能引起膜 元件不可逆转的流量损失。 拟选择聚合氯化铝作为絮凝剂，并进行单独投加絮凝剂、絮凝剂与凝聚剂联 合投加两种方式进行试验。 3 2 试验室定量试验 在定性试验选择好絮凝剂的类别之后，根据常规情况确定好聚合氯化铝的添 加范围。原水进行试验在原水一定浊度范围内添加。通过大量的现场检测，确定 原水浊度范围在2 0 2 0 0 n t u 之间。在本范围内寻找最佳絮凝剂添加浓度并进行 凝聚剂添加试验。 3 2 1 絮凝剂添加试验 原水浊度6 4 8 北京工业大学工程硕士学位论文 表3 - 1 絮凝荆添加试验 t a b e l3 - 1t h ef l o c c u l a t i n ga g e n ta d d i n gp i l o t 序号123 4 56 溶液中氯化铝 6 0 以下 7 08 09 01 0 01 1 0 浓度( m g 1 1 小块絮体出现 不出现 4 6 2 23 4 2 39 23 3 24 7 5 时间( 分) 处理后浊度 6 4 8 3 3 22 2 。29 9 71 4 6 51 2 8 8 ( n t u ) 5 0 5 i 4 。 一3 5 。 善。； 譬2 0 篓，s l 。 5 絮凝剂浓度( m g 门) 图3 - 1 絮凝剂浓度与沉淀时间的关系( 原水浊度6 4 ，8 ) f i g ，3 - 1t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef l o c c u l a t i n ga g e n ta n dt h es e d i m e n t a t i o nt i m e 第3 章混凝荆添加试验 图3 - 2 絮凝剂浓度与处理后浊度的关系( 原水浊度6 4 8 ) f i g 3 - 2t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l o c c u l a t i n ga g e n tc o n s i s t e n c ya n dt r e a t e d c l o u d i n e s s 由表3 - l 和图3 一l 、3 2 可以看出，原水浊度为6 4 8 时，投加絮凝剂的浓度 为9 0 m g 1 ，产生沉淀的时间最短，而且浊度已经小于1 0 ，其浊度的降低率已达 8 0 以上，可以满足后续步骤用水的要求，因此在浊度处于2 0 - 2 0 0 n t u 时，絮 凝剂的最佳添加浓度为9 0 r a g 1 ，但反应形成的钒花( 絮体) 粒径过小，沉降效果 一般，需进一步选择合适的凝聚剂与絮凝剂组合投加。 3 ，2 。2 凝聚剂添加试验 表3 - 2 凝聚剂添加试验( 原水浊度6 4 8 ，已经投加9 0 m g l 絮凝剂) t a b e l3 - 2 t h ec o a g u l a t o ra d d i n gp il o t 序号 12345 溶液中聚丙烯酰胺浓度( m g f l ) ol234 大块絮状沉淀出现时间( 分) o未出现5 2 83 0 52 1 2 处理后浊度( n t u ) 9 9 79 9 75 24 03 8 序号 678 溶液中聚丙烯酰胺浓度( m 胡) 567 大块絮状沉淀出现时间( 分) 8 1 1 1 8 5 2 1 7 2 处理后浊度( n t u ) 1 62 45 _ 3 北京工业大学工程硕士学位论文 凝聚剂浓度( m 蜊) 8 图3 - 3 凝聚剂浓度与沉淀时问的关系 f i g 3 - 2 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l o c c u l a t i n g s e d i m e n t a ti o nti m e 图3 - 3 凝聚剂浓度与上清液浊度的关系 c l o u d i n e s s 由表3 - 2 可以看出，总排原水中投加凝聚剂5 r a g 1 效果非常好，增加凝聚剂 的浓度能够减少反应时间，对水的浊度也起到了很好的降低作用，并且添加非离 子型聚合物，不会污染复合型反渗透膜，但添加量过多会造成絮体的再稳。因此， 在实际运行试验中，选择组合投加适量的絮凝剂及凝聚剂。 第3 章混凝剂添加试验 3 2 3 试验结果 通过以上的试验数据可以得到如下结论： ( 1 ) 经过杯瓶试验可初步得出：原水水样在浊度为2 0 2 0 0 n t u 的情况下， 可以添加9 0 m 鲫的聚合氯化铝。 ( 2 ) 原水中同时投加絮凝剂和凝聚剂的效果非常好，增加凝聚剂的浓度能 够减少反应时间，也能有效降低水处理后的浊度，并且添加非离子型聚会物，不 会污染反渗透膜，但添加量过多会造成絮体的再稳。因此，在实际运行试验中， 选择组合定量投加絮凝剂9 0 m g a 及凝聚剂5 m g 1 。 3 3 实际运行试验 在实际运行试验中，监测以接触氧化+ 混凝沉降+ 杀菌+ 砂滤工艺为主的预处 理之后的水样的浊度、油类，以确定混凝剂的投加量是否符合实际的运行。 表3 - 3浊度与运行时间的关系( 絮凝剂9 0 m g l + 凝聚剂5 m 酣) t a b e l3 - 3 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc l o u d i n e s sa n do p e r a t i n gt i m e ( f l o c c u l a t i n g a g e n ti s9 0 m g 1a n de o a g u l a t o ris5m g 1 ) 序号 7 12345678 时间( h )0o ，51 o1 52 02 5 3 o 3 5 原水浊度 6 4 83 5 61 1 5 21 9 6 68 4 85 66 54 5 5 斜管后浊度0 2 01 31 5o 60 10 50 3 砂滤后浊度 o0oo0o0o 序号91 0 1 11 21 31 4 时间( h ) 4 4 555 566 5 原水浊度 2 4 56 4 67 5 29 5 64 4 83 4 5 斜管后浊度o 2o 30 7o 3o 5 0 2 砂滤后浊度0 o 0o0 0 图3 - 4 浊度与运行时间的关系 f i g 3 - 4 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc l o u d i n e s sa n do p e r a t i n gt i m e 3 4 结论 通过以上的试验数据可以表明在原水水样浊度为2 0 - 2 0 0 n t u 的情况下，添 加9 0 m g l 的聚合氯化铝+ 5 m g 1 的聚丙烯酰胺，出水的浊度基本都为0 ，从浊度 分析预处理出水可以完全满足后续处理水质要求。 但由于浊度仪主要工作原理是用光敏法和比色法来确定水中微粒的含量，对 于不感光的胶体和微粒，浊度仪无法检测，应通过检测水中s d i ( 淤泥密度指数， 是水样对膜片污染程度的指示1 加以判定，经过几次现场对砂滤后出水测试，s d i 偏高( 在1 0 以上) ，大大超出反渗透膜进水条件s d i 小于3 的指标：因此后续工 艺中加上超滤以实现对胶体物质的脱除是十分必要的。 - 2 6 第4 章超滤累绕运行试验 主要通过调节超滤系统的进水和产水的流量和压力、反冲时间。测得超滤膜 用于污水运行过程中的有关参数：进水、产水的水量、水凄和压力的衰变曲线， 反冲洗所用的周期和时间。主要测定指标：超滤膜前、后水样的s d i 值，超滤系 统的进水、产水的水量。 4 1 反冲周期试验 共设置了两个反冲周期：一、每运行3 0 分钟反冲洗一次，反冲时间1 0 分 钟；二、每运行3 0 分钟反冲洗一次，反冲时间2 0 分钟。 分别选取水质、水量、操作条件基本相近，但反冲时间不同的两天进行试验 比较。其试验结果如下图表所示： 表4 1产水水量与运行时间的关系( 反冲1 分钟)单位：产水水量一t p h t a b e l4 - 1t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e no u t p u tw a t e ra n do p e r a t i n gt i m e 序号123456789 运行时间o12345 678 ， ( h ) 反冲前产4 64 3 54 24 1 54 。0 54 0 4 。24 14 ，0 9 水水量1 反冲后产4 74 4 4 3 4 1 84 1 54 2 4 34 24 1 3 水水量1 产水水量与运行时间的关系( 反冲2 分钟) 序号123456789 运行时间o1234 5678 ( h ) 反冲前产4 0 94 1 5 4 3 4 24 1 4 。24 。24 3 4 2 水水量2 反冲后产4 44 54 54 44 3 4 。44 44 4 54 5 水水量2 北京工业大学工程硕士学位论文 图4 - 1 产水水量与运行时间的关系 f i g 4 - 1t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a t e ro u t p u ta n do p e r a t i n gt i m e 注： 产水水量1 ：反冲1 分钟，反冲前产水水量：产水水量2 ：反冲1 分钟，反冲后产水水量： 产水水量3 ：反冲2 分钟，反冲前产水水量：产水水量4 ：反冲1 分钟，反冲后产水水量： 由图表可以得到以下结论： ( 1 ) 在反冲时间为1 0 分钟时，周期为3 0 分钟，反冲之后产水水量基本能够 恢复到4 2p 屯d , 时左右，反冲之前产水水量不太稳定但基本可维持在4 1 吨d 时。 反冲时间为2 0 分钟，周期为3 0 分钟，反冲之后水通量可维持在较高的水平。 综上，反冲试验时间为1 0 分钟和2 0 分钟，均能满足超滤膜的正常运行要 求，其中2 0 分钟的反冲时间即可保证超滤膜长期稳定的运行，延长化学清洗周 期，故试验采用反冲洗时间为每次2 分钟。 在大规模工业化生产中为节约用水，可考虑用压缩空气进行汽水混合冲洗。 ( 2 ) 超滤膜运行中的相关参数 主要通过调节超滤装置的进水、产水及压力，测得超滤膜用于污水运行过程 中的有关参数：进水的水量、水质和压力的衰变曲线。主要的测定指标：原水、 超滤膜前水样的电导率、s d i 值、原水水量，超滤系统的进水产水的水量和压力。 - 2 r ， 主要从产水的水量和水质两方面来进行讨论。 4 2 产永水量试验 对于本超滤膜是否能作为反渗透系统的预处理过程，从超滤膜的产水水量方 面来看，应当有比较稳定的产水水量，以便于整个设备的宏观设计和运行操作过 程的控制。 为考察本超滤膜的产水水量是否符合工程应用的要求，进行超滤膜的产水水 量与运行时间关系的试验，本试验由于时间限制，共进行了4 8 0 小时。 表4 五产水水量和运行时问的关系( 水量单位为t p h ) t a b e l4 - 2t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a t e ro u t p u ta n do p e r a t i n gt i m e 序号l 2 34s6789 时间o1481 22 02 53 04 1 反冲前水量 4 ，64 54 4 4 2 4 0 5 4 0 3 8 3 53 ，2 反冲后水量 4 9 54 - 8 54 7 54 5 54 44 3 54 1 53 8 53 5 5 序号1 01 11 21 31 41 51 61 71 8 时间5 06 17 28 39 41 0 31 1 01 1 71 2 4 反冲前水量3 43 84 14 33 22 92 4 52 6 53 0 反冲后水量3 7 5 4 1 54 4 5 4 6 5 3 5 5 3 2 5