物化污水处理工艺设计与运行管理
摘要：本文以电镀、线路板废水为例，阐述了回用系统的设计参数和运行中的问题。针对电镀、线路板废水的特点，设计了—套以反渗透薄膜分离过程为核心工艺的废水处理回用技术，已在多家企业成功运行。提出了化学沉淀后立即下调pH值，以控制pH＝5左右的最佳范围，解释了阻垢剂的作用和副作用，以及正确化学清洗等问题。并阐明了分水的重要性。
关键词：电镀； 线路板废水； 处理工艺； 设计与运行
前言
工业废水处理回用是缓解市政供水紧张局势，节约水资源的有效途径。深圳市政府要求，企业工业废水经处理达到国家和地方排放标准后，再做深度处理，回用于工业生产，回用比例百分之六十五。
深圳市金达莱环保股份有限公司针对电镀、线路板废水的特点，设计了一套以反渗透薄膜分离过程为核心工艺的废水处理回用技术。并在比亚迪、富士康、ASM（先进半导体材料）、华南五金，中山的皆列士多层线路板、昆山的富士康等等企业污水处理回用系统中成功运行。今年又承接了中航集团深南电路、珠海方正电子等数家万吨/日的线路板废水回用工程。
工业废水处理回用技术与饮用水处理技术、工业纯水处理技术属于不同的领域。虽然工艺中的核心装备都是反渗透薄膜分离技术，但是，整个工艺的预处理、后处理以及反渗透本身的设计（如膜元件的选型、进水压力的选择、产水通量的设计等等）都是有很大区别的。有些水处理公司做的工业废水回用工程运行不到半年就报废了，究其原因可能是多方面的，但是对工业废水的特点认识不足是主要的。
我们在承建的各电镀、线路板废水回用系统的设计也不完全一样，但基本工艺是相同的。其工艺流程是：
→（化学沉淀上清液）原水池→原水提升泵→一级双介质过滤器→二级双介质过滤器→还原剂加药装置→（中间水箱→中间水泵→阻垢剂加药装置）→保安过滤器→高压泵→RO系统→产水回用 ↓
浓水再处理达标排放
下面介绍电镀、线路板废水处理回用系统的设计与运行，我们所遇到的问题，以及在设计中所采用的实用技术。
1 预处理系统的设计
工业废水回用系统的预处理工艺，国外已经采用连续微滤（CMF），即所谓双膜法或叫全膜工艺。连续微滤（CMF）产水SDI≤3，浊度≤1NTU，是反渗透进水的极好水源，能有效的预防反渗透膜元件在运行中发生污堵或结垢现象。毫无疑问，这种工艺是先进的。但是国内大多数企业不愿意接受。因为这种工艺投资较高，暂时还不符合我国国情。
根据电镀、线路板废水的特点，我们采用了两级双介质过滤器+保安过滤器，作为回用系统的预处理工艺。
1.1 两级双介质过滤器的设计
①过滤速度的确定 v＝8～10m。同时据以计算过滤器的直径。
②滤层厚度的确定 石英砂0.5m、无烟煤0.4m、承托层0.8～1.0m、膨胀系数50%～60%。
③过滤介质的选择 根据原水污染情况，选配石英砂和无烟煤的粒径。一级双介质过滤器石英砂和无烟煤的粒径略大于二级双介质过滤器石英砂和无烟煤的粒径。但无论哪一级过滤器，无烟煤的粒径均应小于石英砂粒径的2倍，才能保证反冲洗时分层回落。
④配水“丰”型管的计算 干管始端流速为1.0～1.5m/s、支管始端流速为1.5～2.0m/s、孔眼流速为5～6m/s；支管中心距0.25～0.3m，支管长度与其直径之比不应大于60倍；孔眼直径9～12mm。
⑤配气“丰”型管的计算 管中空气流速10m/s、空气从孔眼中的流出速度30～35m/s；孔眼直径为1.4～2.0mm，孔距：80～90mm。
1.2 为什么采用两级双介质过滤器
①提高过滤效果，发挥深层过滤效果。
②保证设备连续运行，反冲洗时不停机，错开反冲洗，保持至少有一级双介质过滤器是在压实的滤床上进行过滤。
③可以提高过滤速度，减小过滤器直径。
1.3 双介质过滤器的反冲洗
反冲洗水源：RO浓水、RO产水、自来水或者双介质过滤器的滤出水。决不能用原水。
①反冲洗水泵：设备选型：卧式不锈钢离心泵。
流量：Q＝4～6L/㎡s； 扬程：H＝22～30m。
②反冲洗周期：自动控制按时间设定，连续过滤12h反冲洗。手动控制看压力表，压力增加0.1MPa反冲洗。
③反冲洗程序：气洗2min；气水混和反冲6min；水冲5min。
④空气压力：0.2～0.4MPa。
⑤气洗强度：18L/ ㎡s（4.1m3/min）。
⑥膨胀高度：0.5m左右。
1.4 保安过滤器
保安过滤器属于保证安全的预处理过滤设备，为防止细小颗粒状杂质进入高压泵与反渗透设备内，对高压泵与RO膜造成机械损伤。该过滤器的壳体选用SUS304不锈钢材料制作，内装过滤精度为5μm的PP材质熔喷滤芯。
1.5 还原剂加药装置
如果原水中残存氧化剂或主要污染物质是硅胶、大分子有机物等胶体物质，则投加还原剂亚硫酸氢钠（SBS）是非常必要的。其配置为容量为100L加药箱1个，材质为PE，配套计量泵1台，选用美国帕斯菲达品牌精密计量泵，型号为X100，额定流量为15.77L/h，电机功率为160w，冲程次数为70次/min，最大工作压力为4.2kg/cm2。
2 反渗透系统的设计
2.1 高压泵的选型
高压泵是RO主机的动力设备。设备选型：不锈钢立式多级离心泵。配套设备：①高压泵控制柜，②变频启动装置。
流量：Q＝设计进水量；扬程：H＝220m。
2.2 反渗透主机设计
反渗透薄膜分离技术是一种节能、高效、无污染和实用性强的高新技术。其核心是RO膜组件。
主要设计参数：
系统回收率 50%～75%
系统脱盐率 ≥97%
产水流量 12～17L/㎡h
①膜元件数量计算
膜元件数量 ≈设计进水量×系统回收率/设计产水流量×单支膜面积
②压力容器的计算 元件数量除以每只压力容器可安装的元件数量。
③段的计算 根据回收率的要求，设计段的数量。一般多采用2：1或4：2或3：2：1结构。
由多少只压力容器串联在一起就决定了段数，而每一段都有一定数量的压力容器并联组成。系统回收率越高，进水水质越差，系统就应该越长，即串联的元件就应该越多。
表1 串联元件的数量与系统回收率和段数的关系
系统回收（%） 串联元件的数量 含6元件压力容器的段数
40～60 6 1
70～80 12 2
85～90 18 3
2.3 自动冲洗系统的设计
膜元件的污堵或结垢都是在停机状态下发生的，自动冲洗的作用：停机时用清洁水把膜里的浓缩水置换掉。最简单的自动冲洗设计是系统准备停机时，高压泵断电停止后，延时180秒，再停中间水泵或原水提升泵，让预处理合格水低压冲洗、置换膜元件中的浓缩水。然后系统停机。
2.4 化学清洗系统的设计
清洗药剂数量计算：①每支8040膜元件配药34L，严重污染时配药55L。②药洗过滤器的容积。③管道的容积。加起来就是清洗药剂的数量。
化学清洗水泵选型，不锈钢多级离心泵，流量：Q＝8～10m3/h ×压力容器数量； 扬程：H＝40～45m。
2.5 为什么不用离子交换
离子交换技术也是成熟的脱盐技术。但它所适用的范围是含盐量500mg/l以下的水质，而线路板废水在经过化学沉淀之后，含盐量仍在660mg/l以上，有时高达1100mg/l以上。如果不用反渗透而用离子交换，则阴阳离子树脂都会很快饱和，必须频繁再生，消耗大量酸碱。既增加了运行费用，又增加了劳动强度，同时，造成环境的二次污染。因此，工业废水处理回用系统中使用离子交换技术是不经济的，但在工业纯水制备上，离子交换技术是少不了的。
3 回用系统设计和运行中要特别注意的问题
3.1 分水
分水不属于回用技术的范围，但它是电镀、线路板废水回用工程极其重要的环节。分水是为了治水，分而治之。俗话说，没有包医百病的药，当然也没有包治百水的技术和工艺。电镀、线路板废水的不同排水节点，其水中的污染物种类是千差万别的，同一个排水节点的不同时间排水，其水中污染物浓度也是千变万化的。必须根据不同排水节点所排污水的污染物种类及其特征，有针对性的采取先进的成熟的处理工艺，有效的去除污染物质，达到国家和地方污水排放标准，这才能作为回用系统的水源。这是电镀、线路板企业污水处理回用系统设计方案的基础工作。如果分水不清，必然给污水处理站的调试和运行带来困难，也给回用水系统预处理工艺的选择带来困扰。电镀、线路板企业的排水节点有60多个，其中40多个排水节点分别归类为清洗废水、磨板废水、酸碱废水、有机废水、含铜废水、含镍废水、含氰废水等7～8类，这些废水经过不同方法处理后的出水，成为回用系统的水源。上述各类排水合计水量约占线路板企业总排水量的78.8％，基本上可以满足按总排水量回用65％的要求。
3.2 注意pH值的影响
电镀、线路板废水中的含重金属废水在化学沉淀之后，必须进行pH值回调，因为当pH＝6时，废水中即开始生成氢氧化物，沉积在膜的表面发生结垢现象，使产水通量急剧下降。如果达到风险界点pH＝10时，哪怕只有一次，磷酸盐（如Ca3(PO4)2）的结垢也是不可逆的。系统进水压力迅速升高，产水通量急剧下降。这时候采用任何药剂进行化学清洗，都基本上没有效果。只有提前更换膜元件，才能使系统重新正常运行。
所以，电镀、线路板废水回用系统在运行过程中，应随时监测反渗透设备进水pH值的变化。pH＝5左右是比较适宜的。
3.3 加不加阻垢剂
加阻垢剂是为保护膜元件而采取的措施。如果原水中存在形成硬垢的一些硬度物质，如：Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2、MgSO4等，它们在浓水侧不断被浓缩，当其浓度超过它们的溶解度时，便会析出结晶在RO膜表面形成硬垢，不仅降低水通量，还会缩短膜的使用寿命。这时需要投加阻垢剂。但要注意的是：
①所有的阻垢剂都代负电荷，与水中的高分子有机化合物（荷正电）反应，污堵膜面。
②加了阻垢剂，每次停机不得超过4h，不加阻垢剂，每次停机可以超过24h。对于在前处理中已有化学沉淀工艺的回用系统，进水中重金属含量很低时，可考虑不设计阻垢剂加药装置。
3.4 化学清洗问题
普遍关心的问题是：如何判断膜元件应该清洗？回用系统多长时间化学清洗一次？如何进行化学清洗？
当出现下列情况之一时，膜元件需要清洗：
产水通量降低15%；进水压力上升15%；透盐率增加了15%。
电镀、线路板废水回用系统23～35天化学清洗一次是正常的。在实际运行中往往2～3个月清洗一次，错过了清洗的最佳时机，几倍增加以后清洗的难度。
如何进行化学清洗？
①配制清洗液，清洗液的数量根据元件型号及污染程度而定；
一般污染：每支8英寸膜元件需配制34L清洗液。
严重污染：每支8英寸膜元件需配制55L清洗液。
②低流量输入清洗液，置换原水，原水排掉。低压力不产水；
③清洗液在膜元件和清洗水箱之间循环30min；
④浸泡5～10h；
⑤高流量水泵循环30～60min，最大允许压降1bar；
⑥冲洗。预处理的合格产水可做冲洗水。为了防止沉淀，最低清洗温度为20℃。
清洗液：一般采用0.1%（W）NaOH（氢氧化钠）。
清洗条件：pH12/30℃。
功能：清除硫酸盐垢（CaSO4，BaSO4）、无机胶体（淤泥）、硅、微生物膜、有机物等，效果显著。根据膜污染的类型不同，也可采用不同药剂配制清洗液。
在酸洗过程中，应随时检查清洗液pH值的变化，在溶解无机盐类沉淀消耗掉部分盐酸时，如果pH的增加超过0.5个pH值单位，就应该向清洗液内补充酸。酸性清洗液的总循环时间不应超过20min，如超过这一时间，清洗液可能会被清洗下来的无机盐所饱和，而污染物就会再次沉积在膜表面。此时应用合格预处理产水将膜系统和清洗系统的清洗液置换掉，重新配制清洗液进行第二遍清洗。
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