反滲透技術在鋁氧化廢水處理和回用中的應用
摘要：應用反滲透技術將鋁氧化漂洗廢水重新處理成純水，返回到生產工中去，而濃縮液經負壓蒸發(fā)后冷卻結晶，并外運填埋；此工藝實現了廢水的零排放，并取得了明顯的經濟效益和環(huán)境效益。
關鍵詞：反滲透技術；鋁氧化廢水；回用；廢水處理
國家海洋局杭州水處理技術開發(fā)中心與長沙力元新材料股份有限公司合作，于2000年建立了處理量為1200m3/d的反滲透(RO)處理系統(tǒng)，真正實現了RO的大規(guī)模應用[1]。此后，寧波科寧達工業(yè)有限公司、寧波光華電池有限公司和臺州金源銅業(yè)有限公司都成功用反滲透技術進行電鍍廢水處理，回收水資源和金屬鎳。此外，寧波江南電鍍中心、浙東金屬表面處理有限公司和玉環(huán)縣耀強電鍍廠采用以反滲透技術為主的膜集成技術對電鍍綜合廢水進行了廢水處理及回用。
2004年底，水處理技術開發(fā)中心為浙江省臺州大昌汽車配件有限公司設計和建造了處理量為60m3/d鋁氧化廢水處理和回用的反滲透系統(tǒng)，是膜處理技術應用于表面處理行業(yè)的拓展。該項目主要廢水來自鋁合金硬質陽極氧化自動生產線中的漂洗廢水，由于采用自動流水線及逆流漂洗法，故廢水產生量較少，約3m3/h，產生陽極氧化表面漂洗廢水約6O m 3/d。由于本項目鋁合金活塞陽極氧化采用以硫酸為主要電解質的硬質陽極氧化和無離子封閉工藝，且無染色處理，故所產生的陽極氧化漂洗廢水主要是酸堿廢水及含有少量鋁離子，無鉻、鎳等重金屬離子。廢水的水質情況見表1。
從節(jié)約水資源和保護環(huán)境考慮，在對廢水進行處理的同時，對廢水進行回收利用，水回用率為100%，即采用零排放工藝，將此類廢水處理成純水，重新回到漂洗工段。本文闡述的鋁氧化漂洗廢水回收系統(tǒng)，經過近兩年多的穩(wěn)定運行，可以說明RO技術在鋁氧化表面處理上的應用在技術上和經濟上都是可行的。
1 工藝流程
該系統(tǒng)由三部分組成，即原水預處理部分、反滲透部分和負壓蒸發(fā)系統(tǒng)。其工藝流程見圖1。
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1．1 預處理部分
預處理系統(tǒng)由原水池、提升泵、袋式濾器、碳纖維濾器及保安濾器組成。
廢水由原水池經過提升泵進入袋式濾器，該濾器內置孔徑為5¨m的PP濾袋，可以去除大部分固體懸浮物、大分子膠體等；廢水經過碳纖維濾器(內置5支40英寸長的碳纖維濾芯)，可以吸附廢水中的有機物、油脂和殘余氯，也能去除水中的臭味、色度等。而保安濾器，配有51xm的PP濾芯，則起到預處理最后保安作用，防止管路中微粒進入RO泵，以免損壞RO泵和膜組件。所有預處理工序都是為最大限度地防止和延緩污染物在RO膜面上的沉積，防止膠體物體及固體懸浮微粒的堵塞以及有機物、微生物、氧化性物質等對膜的破壞，延緩RO膜的水解過程，從而使RO系統(tǒng)在良好狀態(tài)下工作。
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1,2 —級RO系統(tǒng)
廢水經過預處理后，由一級高壓泵送入一級RO裝置。該系統(tǒng)采用杭州水處理中心自行生產的8英寸聚酰胺的抗污染膜元件4支，單支元件的有效膜面積為35m2，脫鹽率>198%。經過該系統(tǒng)的處理，廢水中75%的水分被分離出來，產水電導率≤1001xS/cm，而絕大部分的金屬離子被高截留率的膜截留在濃縮液中，濃縮倍數達到4。在此系統(tǒng)中，高壓泵結合增壓泵，為膜裝置提供足夠的進水水量和進水壓力。
1．3 二級 R0系統(tǒng)
一級RO系統(tǒng)的濃縮液由二級高壓泵進入二級RO裝置。該系統(tǒng)采用4支進口的4英寸聚酰胺復合海水淡化膜元件，單支元件的有效膜面積為7m ，脫鹽率≥99．5%。經過該系統(tǒng)的處理，一級濃縮液再濃縮了5倍，并送至蒸發(fā)系統(tǒng)，兩級RO產水均進入RO產水箱回用到生產線上，形成良性的清潔化生產的循環(huán)用水系統(tǒng)。
1．4 蒸發(fā)系統(tǒng)
蒸發(fā)系統(tǒng)由搪玻璃蒸發(fā)罐、冷凝結晶罐、水力噴射器、循環(huán)水箱和循環(huán)泵等組成，廢水經過RO系統(tǒng)濃縮后，3m3/d的濃縮液輸送至蒸發(fā)系統(tǒng)，選用1500L的真空濃縮罐， 間歇操作，蒸發(fā)量約200300L/h，一天以兩班運行時間計，保證3m3/d的濃縮液蒸發(fā)，并達到結晶排放要求。
該工藝的特點是鋁氧化漂洗廢水采用膜分離技術進行處理，透過液可回用作工藝用水，提高水資源的回收率；濃縮液蒸發(fā)系統(tǒng)按300L/h蒸發(fā)量設計，經過結晶后的濃縮固體打包填埋，冷凝水部分回到原水池，或回到循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，可實現零排放。
2 運行結果
整個系統(tǒng)從2004年11月開始運行，到現在已運行了2年多，系統(tǒng)運行工況基本達到設計要求。一級和二級反滲透膜系統(tǒng)的通量已校正為25℃的通量，每級膜分離系統(tǒng)的通量以每個月平均通量作為一個數據。經過檢測，各項指標均超過設計要求：脫鹽率≥97%，水回收率100%，濃縮倍數>120倍。產水完全符合回用水標準。設備運行參數見表2。
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圖2是膜濃縮系統(tǒng)通量變化圖。一級RO系統(tǒng)通量設計值是每組2．25m3/h，由圖2可以看出，該系統(tǒng)的通量會隨運行時間的延長而逐漸減小，當下降到一定程度后，會有一個相對穩(wěn)定期，在此期間，雖然通量仍有下降，但經過清洗后基本上可以回到一個相對的穩(wěn)定值。綜合溫度、壓力、原水、原水流速等因素，到2006年8月份，一級膜濃縮系統(tǒng)的通量下降至2．08 m3/I1，是設計值的92%。
二級RO系統(tǒng)通量設計值為0．6m3/h，由于剛開始運行時為新膜，通量為0．6m3/h，由圖2可以看出，運行一段時間后通量有所下降，經清洗后恢復一部分；但總的運行趨勢是通量逐漸下降。經過2年多的運行，通量降至0．5m3/h，下降到起始值的83．3%。從整個運行過程來看，一級RO系統(tǒng)對離子的截留率均在97%以上，符合工藝要求。但是由于鋁氧化廢水的濃度有所波動，以及分析誤差等原因，導致脫鹽率略有波動，但總體上穩(wěn)定在98%左右。廢水經過一級RO系統(tǒng)濃縮后，濃縮液的電導率高達232001xS/cm左右，即二級RO系統(tǒng)的進水電導率。二級RO系統(tǒng)對鋁氧化廢水離子的截留高達99%以上，符合工藝要求。
3 RO膜面污染及膜面清洗
在正常操作過程中，反滲透元件內的膜面會受到無機鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性有機物質的污染，從而引起膜通量下降，由此導致設備成本上升，產品質量下降等一系列問題。盡管本工藝的預處理系統(tǒng)比較完善，但經過較長時間運行，RO膜面仍不可避免地出現污染問題，這是膜分離技術在實際工程中普遍存在的問題。因此，在實際工程中，要特別注重對膜的維護一膜污染的控制與清洗。本項目中經過試驗、篩選，最后確定一種偏酸性的RO清洗藥劑，用RO產水配制成濃度1%的清洗液，設立專門的CIP清洗系統(tǒng)，循環(huán)清洗2h后用RO產水沖洗至中性，再檢查通量的恢復情況。
從運行情況來看，一級RO系統(tǒng)運行了8個月左右，通量下降至1．95m3/h。即通量下降了13．3%時，選用已確定的清洗劑進行清洗，通量恢復至2．23m3/h，恢復率達到99%。而二級RO系統(tǒng)運行了7個月左右，通量下降至0．50 m3/h，即通量下降了16%多時進行清洗，清洗后通量上升至0．58 m /h，恢復率達96%以上。經過兩年多的運行，一級RO系統(tǒng)一般運行8個月左右要清洗一次而二級RO系統(tǒng)則要運行7個月左右就得清洗一次，但是總的清洗效果都比較理想，恢復率基本上能達到96%以上。
4 結論
利用膜分離技術可從鋁氧化漂洗廢水中回收金屬資源和水資源，減輕或杜絕廢水對環(huán)境的污染，減少污水總排放量，削減排放到水體中的污染物，改善環(huán)境質量，實現了清潔生產，從而可擴大企業(yè)的生產規(guī)模，提升企業(yè)形象，對電鍍行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
該項目工程實施后，一級RO系統(tǒng)的平均通量為2．14m3/h，平均脫鹽率為98．1%，二級RO系統(tǒng)的平均通量為0．542 m3/h，平均脫鹽率為99．2% ，且運行穩(wěn)定可靠，表明膜技術在鋁氧化廢水處理上的應用不僅在技術上可行，在經濟上也是可行的，并且對同類廢水的設計和運行具有一定的參考意義。
參考文獻
[1] 樓永通，陳玲芳等．膜分離技術與電鍍清潔生產[J]．水處理技術，2005，3 l(3)：8O一82．
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