低濃度酸性廢水膜組合濃縮處理技術

粘膠短纖維生產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，并且污水處理廠調節(jié)PH值時加入電石渣，污水在排放過程中硫酸鈣不斷析出，造成外排管道結晶，需對管道進行定期維護和清理，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)競爭和環(huán)保政策的日益嚴格，粘膠纖維生產企業(yè)開始重視酸性水的回用。目前已有粘膠纖維生產企業(yè)采用蒸發(fā)的方式對酸性廢水進行濃縮回用，但蒸發(fā)設備存在投資大，運行費用高的缺點。研究更加節(jié)能高效的廢水處理工藝，降低生產成本和污水COD，對粘膠纖維生產的廢水處理具有指導意義。

1、超濾、反滲透膜組合濃縮低酸性廢水設計方案

為降低酸性水的處理成本，采用超濾、反滲透組合方式對酸性廢水進行處理試驗，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，在預處理罐進行預處理，預處理之后的酸性廢水經過過濾，再通過負壓蒸發(fā)降溫至超濾膜允許的40℃以下進料溫度，經過超濾膜除去酸性水中的大顆粒雜質，超濾膜設備的濾出液進入反滲透膜設備進行濃縮，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行蒸發(fā)濃縮，回用于生產系統(tǒng)；同時反滲透膜所產水可做為軟水應用于生產系統(tǒng)。

2、超濾膜、反滲透膜設備原理

超濾膜是以外加壓力作為動力的濾袋卷式膜物理分離設備，可實現大分子和小分子的分離。

反滲透膜是選擇透過性膜，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處理

反滲透膜進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鍵為超濾膜膜前物料預處理環(huán)節(jié)。超濾膜處理物料對物料性能指標有一定的要求，包括濁度≤5NTU、固體懸浮物≤1%、可溶性有機物≤0.1%等。目前生產上成熟的通用超濾膜膜前處理方法有石英砂過濾、活性炭吸附、微濾等手段，針對我公司外排酸性水特點，試驗高溫攪拌析出、絮凝劑混凝沉淀和活性炭吸附三種預處理方法，篩選出最優(yōu)酸性水預處理方法。

3.1 高溫攪拌試驗

我公司外排酸性廢水溫度在80℃~85℃，濁度在10NTU~15NTU，高溫酸性水以有機膠體狀態(tài)存在。為打破酸性水膠體穩(wěn)定結構，進行酸性水高溫攪拌試驗，通過外力打破酸性水穩(wěn)定結構，使其團聚析出。

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，溫度控制在80℃~85℃，4h后均無明顯雜質析出，酸性水濁度為30.56NTU，說明80℃~85℃溫度條件下攪拌，對酸性水析出無顯著影響；酸性水溫度控制在86℃~90℃，4h后均無明顯雜質析出，酸性水濁度為50.12NTU，酸性水濁度是80℃~85℃時濁度的1.64倍，說明提高溫度有助于雜質析出，需進一步提高酸性水攪拌溫度；控制酸性水溫度在91℃~95℃之間，經4h加熱攪拌后，發(fā)現酸性水底部有少量雜質析出，同時顏色加深，濁度為79.13NTU，是80℃~85℃時濁度的2.58倍。

進一步對我公司紡練車間所有生產線酸性廢水進行高溫攪拌試驗，試驗結果數據如下表1所示。

通過表1數據分析可知，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91℃~95℃攪拌4h后的酸性水有少量雜質析出，而80℃~85℃條件下無沉淀雜質析出，說明高溫攪拌有利于酸性水雜質析出，因此酸性水預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

進行不同比例絮凝劑聚丙烯酰胺與酸性水混合試驗。聚丙烯酰胺與酸性水加入比例為5:10000時無明顯絮凝效果，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時有明顯絮凝效果，但是過濾效果較差，同時由于引入新的有機雜質，易堵塞超濾膜體系，所以此種試驗方法不適用于作為超濾膜膜前預處理。

3.3 活性炭重復使用試驗

經過多次試驗確定活性炭的加入量與酸性水質量比例為5:10000，85℃~90℃吸附0.5h后經1μm濾袋過濾，效果良好，濁度≤5NTU，可以達到超濾膜設備要求。但是活性炭成本較高，為進一步降低使用成本，考慮活性炭重復使用，進行了為期一個月的超濾膜小試裝置的試驗，具體實施方案如下：

用40L軟水測定溫度為40℃、0.8MPa壓力下的超濾膜產水流量，作為運行前軟水產水量。取20L紡練車間一線酸性水作為原水樣進行活性炭吸附，活性炭的加入量與酸性水質量比例為5:10000，85℃~90℃吸附0.5h后經1μm濾袋過濾，濾液自然冷卻至40℃后倒入超濾膜進料桶中，運行超濾膜設備。超濾完成后，再次用40L軟水測定溫度為40℃，0.8MPa壓力下的超濾膜產水流量，作為運行后軟水產水量。如此循環(huán)重復上述步驟進料測試，測定溫度40℃、壓力0.8MPa條件下超濾膜的軟水產水流量應大于36L，產水流量衰減=（1-每次運行后產水流量÷每次運行前產水流量）×100%。當產水流量衰減10%時需要進行反洗，試驗停止，記錄活性炭重復利用次數，具體數據如表2所示。

由表2數據可知，活性炭與酸性水加入質量比例為5:10000，85℃~90℃吸附0.5h后過濾，小試運行一次后發(fā)現軟水試驗前后產水流量衰減1.32%。將活性炭反復利用，由于活性炭過濾損失5%，每次補加0.5g（總碳量10g的5%），跟蹤超濾膜小試設備試驗過程中軟水流量變化及產水流量衰減情況，摸索活性炭循環(huán)利用的極限次數，試驗完成第十二次循環(huán)利用，產水流量衰9.72%，接近反洗控制指標，第十三次產水流量衰減到13.89%，超過反洗控制指標，所以活性炭小試驗重復利用次數確定為12次。經過活性炭吸附后的酸性水過濾后濁度在5NTU以下，因為形成了活性炭濾餅，酸性水濁度明顯下降，達到超濾膜進料要求。

以上三種酸性水預處理方法對比分析，加絮凝劑方案不可行，高溫攪拌析出雜質方案雖然可行，但需提供蒸汽加熱，增加成本，且溫度控制波動導致酸性水攪拌前后濁度差異較大。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量比例為5:10000，高溫吸附0.5h后過濾，濾出液作為超濾膜進料。

4、超濾、反滲透處理酸性廢水試驗

酸性水進水流量控制在1.8m3/h，控制蒸發(fā)罐蒸發(fā)溫度為35℃~37℃，超濾膜設備和反滲透設備設定為自控控制，記錄工藝運行參數，具體數據見表3。

由表3數據可知，活性炭吸附過濾之后酸性水濁度在5NTU以下，說明經過預處理后酸性水雜質去除較好，經過15h連續(xù)運行，超濾膜濾出液流量（反滲透進料流量）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，嚴格控制超濾膜前期預處理之后酸性水中大顆粒雜質的去除，保證超濾膜進料指標，本工藝可長期穩(wěn)定運行。

5、結論

（1）通過對比高溫攪拌、絮凝劑混凝沉淀和活性炭吸附三種酸性水預處理方法，篩選出最優(yōu)預處理方法為活性炭吸附，活性炭與酸性水加入質量比例為5:10000，高溫吸附0.5h，預處理效果良好，活性炭可重復利用。

（2）超濾、反滲透處理設備可連續(xù)穩(wěn)定運行15h。對于超濾、反滲透膜衰減情況，還需通過設備的運行，進行觀察、測試。（來源：唐山三友遠達纖維有限公司）