论文 NF+RO技术在铝阳极氧化废水处理、回用工程中的应用.doc

NF+RO技术在铝阳极氧化废水处理、回用工程中的应用刘学文1，曹荣1，马世虎2，薛向东1，花蓉1作者简介刘学文(1981)，男，安徽安庆人，环保工程师，主要从事工业废水处理及回用工作.联系方式:E-mail：，电话1.苏州英特工业水处理工程有限公司，苏州2150002.天津膜天膜工程技术有限公司，天津300160）摘要：采用以纳滤、反渗透双膜技术为核心的水处理工艺对苏州某电子厂的铝阳极氧化废水进行处理，考察该工艺对铝阳极氧化废水中CODcr、硬度、高电导率的处理效果及系统运行性能。通过10天的运行，系统产水水质良好，运行稳定。纳滤膜对CODcr、硬度、电导率的平均去除率分别为85%、100%、90%，RO系统对电导率的去除率达94%。且系统浓水能够达到纳网标准。关键词：铝阳极氧化；纳滤；反渗透中图分类号：X703.1，X781.1 文献标识码：AApplication of double membrane in alumina anodization waste water treatment and reuseLIU Xue-Wen1, CAO Rong1, MA Shi-Hu2, XUE Xang-Dong1, HUA Rong1(1.Suzhou Inter Industrial Water Treatment Engineeing Co.,Ltd. Suzhou 215000，2. Tianjin MOTIMO Membrane Technology Ltd. Tianjin 300160)Abstract: The water technology which has nanofiltration and reverse osmosis as core technology was used for treatment of alumina anodization waste water from one electronics factory in Suzhou. The removal efficiency of treatment effect on CODcr, hardness, conductivity of comprehensive emission water and the operation behaviour of the system were studied. During the period operation of 10 days, producing water was well, and the system is stable. The removal of CODcr, hardness and conductivity with nanofiltration membrane were 85%, 100% and 90% respectively. Moreover the removal of conductivity with reverse osmosis membrane was 94%. And concentrate of the system can discharge into urban sewage systems. Key words: alumina anodization; nanofiltration (NF); reverse osmosis (RO)铝合金阳极氧化膜已被广泛地应用于防腐和表面装饰。在工业和民用的铝结构与铝制品中，大约有65%需经过表面处理，建筑工业、航空和航天工业及汽车制造工业用的铝构件与零件，几乎全部要经过阳极氧化处理或涂层处理1。目前，铝合金阳极氧化一般采用硫酸阳极氧化工艺，然而，不论采用哪种工艺流程，都会产生大量的废水废液，造成不同程度的环境污染，因此，废水废液的处理是铝合金阳极氧化生产过程不可缺少的部分。当前行业中普遍采取的处理方法是将每道工序中的槽液，在不符合生产要求时排放并汇总至排放槽内，再添加适量的酸或碱进行中和，调节pH至允许的排放标准范围内。中和过程中，产生大量沉淀物，由于处理麻烦，大部分厂家不进行处理便排放，造成了严重的环境污染2。近年来，随着环保力度的加强，工业各行业废水的排放量均被限制，因而，对废水进行深度处理，尽可能的循环利用便被提上了日程。膜分离技术节能、投资少、占地小，操作简便、处理效率高，且能够将废水深度净化，组合适当能够运用于各类废水的处理、回用工程中，目前已逐渐在工业废水处理、回用领域推广开来。结合水质特点及回用要求，选用纳滤（NF）+反渗透（RO）双膜技术为核心的组合工艺对苏州某电子厂铝阳极氧化废水进行处理。纳滤作为反渗透进水的预处理，可以优化反渗透的进水要求，降低反渗透的操作压力，减少砂滤器反冲洗频次，使系统回收率增大。处理后的纯水重新回到各工段，使水循环利用，降低了水耗，这不仅具有一定的经济意义，且响应了十一五关于节能减排的号召，对我国铝工业的发展具有很好的战略意义。1 工艺流程及处理水质1.1 处理水质本项目工程处理的综合排放水的水质特征见表1。如表1所示，本工程的难点在于废水的电导率（含盐量）非常高。表1 综合排放水的水质指标序号项目数值1进水水量50m3/h2pH值683CODcr120mg/l4总硬度400900mg/l5电导率250016000s/cm1.2 工艺流程综合水质及出水要求等因素，选用以纳滤、反渗透双膜技术为核心的组合工艺对铝阳极氧化排放槽内的综合排放水进行处理，该工艺包括预处理、纳滤、反渗透和离子交换混床四个组成部分。具体工艺流程如图1所示。1.2.1 预处理部分预处理系统由原水池、提升泵、石英砂过滤器、活性炭过滤器及保安过滤器组成。废水由原水池经过提升泵进入石英砂过滤器可以除去大部分固体悬浮物；然后经过活性炭过滤器，可以吸附废水中的有机物、油脂和残余氯，同时可去除废水的臭味、色度等；保安过滤器可防止管路中的微粒进入膜系统，以免损坏膜组件。所有预处理工序都是为了最大限度地防止和延缓污染物在膜面上的沉积，防止胶体、固体悬浮微粒造成堵塞以及有机物、微生物、氧化性物质等对膜的破坏，延缓膜的水解过程，从而使膜系统在良好状态下工作而设置的。 图1 综合排放水处理工艺流程1.1.2 NF系统废水经过预处理后，由高压泵送入纳滤装置。该系统采用美国海德能生产的聚酰胺抗污染膜元件65支，系统的处理能力为48m3/h/套(产水)，脱盐率大于90%。经过该系统的处理，废水中75%的水被分离出来，而绝大部分相对分子量在2001000之间的溶解组分被高截留率的膜截留在浓缩液中，浓缩倍数达到4。NF膜组件的性能指标见表2。表2 NF膜组件的性能指标材质膜形状进水pH单支脱盐率工作压力聚酰胺复合膜螺旋卷式3.010.0 7597%0.50.8MPa1.1.3 RO系统NF系统的透过液由高压泵进入RO装置。该系统采用50支美国海德能的聚酰胺高脱盐膜元件，系统的处理能力为36m3/h/套(产水)，脱盐率大于98%。经过该系统的处理，又浓缩了4倍。RO膜组件的性能指标见表3。表3 RO膜组件的性能指标材质脱盐率（%）工作压力（MPa）产水量（m3/h）膜面积（m2）聚酰胺高脱盐膜99.74.1441.6 离子交换系统混床是离子交换柱的简称，一般放置在反渗透装置之后，对水进一步脱盐，用于制造高纯水3。本系统中，反渗透处理水通过泵进入混床，做深度脱盐处理。利用反渗透产水对树脂清洗30min左右进行再生处理。最终的产生的高纯水进入产水箱，回用到用水工段中，形成良性的清洁化生产的循环用水系统。2 结果与讨论2.1 系统对CODcr的去除当进水CODcr浓度为60120mg/l时，CODcr浓度随运行时间变化如图2所示。图2 CODcr浓度随运行时间变化曲线由图2可以看出，当进水CODcr在一定范围内波动的情况下，出水CODcr指标仍然基本保持稳定，均在20mg/l以下，并且对CODcr的平均去除率达85%左右，出水水质已达回用标准。纳滤膜（NF）对CODcr的去除效果非常显著，NF对有机物质的去除是孔径筛分和道南效应共同作用的结果，具体取决于有机物的结构特征（如分子量、极性）以及有机物与膜间的相互作用关系等。NF表层孔径处于纳米级范围，可截留分子量在数百的小分子有机物。在本工程运行中，纳滤设备的进水是经过石英砂过滤器和活性炭过滤器处理过的，SS基本为0，所以有利于纳滤膜做进一步处理。2.2 系统对硬度的去除在纳滤进水总硬度为400900mg/l范围内时，总硬度随运行时间变化情况见图3。由图3我们可以看出，纳滤膜（NF）对硬度的去除效果非常显著，出水硬度为0，硬度的去除率达100%，出水水质完全满足回用要求。纳滤膜（NF）对盐的截留性能主要是由离子与膜之间的静电相互作用所贡献的，盐离子的电荷强度不同，其对离子的截留率也有所不同，对于含有不同价态离子的多元体系，由于离子半径和静电斥力的影响，多价离子的渗透受到阻碍，NF对二价离子和高价离子的截留高于单价离子。纳滤膜对阴离子的截留率按下列顺序递增：NO3-，Cl-，OH-，SO42-，CO32-；对阳离子的截留率按下列顺序递增：H+，Na+，K+，Mg2+，Ca2+，Cu2+4。所以本项目工程中，NF膜对Ca2+、Mg2+等造成硬度的二价离子有着高的截留能力。图3 总硬度随运行时间变化曲线2.3 系统对电导率的去除NF系统的进水电导率在250016000us/cm范围内波动，电导率随运行时间变化如图4所示。本项目工程中，NF系统的产水直接进入RO系统，在NF产水电导率200600us/cm范围内时，RO系统的电导率随运行时间变化如图5所示。 图4 纳滤系统的电导率随运行时间变化曲线图5 反渗透系统的电导率随运行时间变化曲线由图4可以看出，NF系统的出水电导率基本稳定地保持在500us/cm左右，电导率的去除率为90%左右。但由于进水水质的电导率较高，纳滤出水的电导率仍然偏高，出水水质达不到回用标准，所以其产水仍需RO系统做进一步脱盐处理，以降低电导率。由图5可以看出，经过反渗透处理后，出水电导率大大降低，基本维持在20us/cm左右，电导率的去除率为94%左右，其产水再经过离子交换混床的深度脱盐处理，最终出水完全满足回用要求。2.4 设备的运行性能分析整个系统从2010年6月30日开始运行，经过10天的连续运行，结果表明整个系统的运行工况基本达到设计要求。系统运行稳定，抗冲击力较强，当进水电导率为15900us/cm时，NF系统的产水电导率为600us/cm，RO系统的产水电导率为26us/cm。NF和RO系统的运行压差在整个过程中变化不大，NF系统运行压差基本为0.2MPa左右，RO系统为0.1MPa左右。NF和RO系统的通量已校正为25的通量，膜系统的通量以每日平均通量作为一个数据。NF和RO膜系统的通量随运行时间的延长逐渐降低，当下降到一定程度后，会有一个对稳定期，这是因为膜表面沉积层的形成是一个动态过程，当这个过程达到平衡时，膜的透水阻力随之稳定下来，膜通量也就稳定下来。NF和RO膜的污染状况及清洗周期在以后将作进一步研究。设备在运行过程中仍存在一些问题，目前，存在的主要问题是NF系统的保安过滤器滤芯更换较频繁，平均48小时更换一次。经分析应是厂方在原废水处理过程中投加大量的化学药剂Ca(OH)2、PAM和PAC对滤芯造成堵塞所致。2.5 运行经济分析系统在初期稳定运行阶段的经济分析情况，见表4。表4 设备运行成本分析项目硫酸（L/t）氧化还原电位剂量（mL/t）阻垢剂量（mL/t）耗电量（KWh）剂量0.23524由表4可以看出，系统在初期的稳定运行中，表现出了一定的经济合理性：系统在原水池内添加浓硫酸，调节排放水的pH，设备运行初期，硫酸的添加量维持在0.2L/t。为防止NF膜被氧化，要求纳滤设备进水的氧化还原电位（ORP）不得大于200mv，剂量维持在3mL/t。阻垢剂量维持在5mL/t，可以防止纳滤和反渗透膜在设备运行中结垢。设备运行耗电量为24 KWh。3 结论及建议本工程利用NF、RO双膜技术为核心的组合工艺处理铝阳极氧化废水，通过对运行初期数据的分析，得出结论如下：NF膜对CODcr、硬度、电导率的平均去除率分别为85% 、100%、90%，RO对电导率的平均去除率为94%。最终，产水的CODcr、硬度、电导率基本稳定在20mg/l，0，20us/cm，能够满足回用要求。运行过程中，NF和RO膜的通量总体是随着运行时间的延长而减小的，但是在一段时间内，膜通量基本稳定。Ca(OH)2、PAM和PAC等化学药