不同种类RO膜元件在废水零排放系统中的应用

反渗透技术具有高脱盐率及环保等特点，广泛被应用于地表水回用，海水淡化，中水回用及废水处理等领域。

近年来，在废水零排放领域广泛地利用反渗透对来水进行逐级处理。

经去浊脱盐的产品水被回收，浓水的盐分经过数次浓缩，最终形成浓盐浆进入蒸发装置。

根据原水水质不同，在各级浓缩过程中需选用不同型号反渗透膜，设计相应的反渗透子单元，最终组合成有机脱盐提浓系统。

本文针对一套废水零排放系统进行阐述，将对其中的各级反渗透系统的情况进行讨论。

工程概况

该项目位于江苏苏州某纯碱制品生产公司。系统来水包括本厂区污水处理站达标废水、循环水站排污水及除盐水站排污水。系统设计来水水量400～500m³/h。

上述各种废水进入废水调节池，经调节均衡后，综合废水的水质详见表1。

综合废水先进入曝气生物滤池（BAF）池进行生化处理，再进入石灰软化澄清池进行混凝沉淀，澄清液进入滤池过滤。滤池出水后进入膜处理工段。

膜处理工段包括超滤、一级反渗透、浓水反渗透及提浓四部分，淡水产水回用于循环水补水。产生的浓盐浆进入蒸发工段，最终实现“废水零排放”。

主要工艺流程如图1所示：

各级反渗透工艺设置

整个零排放系统共设置三级反渗透工段，分别是一级反渗透，浓水反渗透及DTRO提浓。

以下分别介绍这三级反渗透工艺的设计选型。

1、一级反渗透系统

（1）一级反渗透系统的预处理

经调节均衡后的综合废水先进入BAF池去除水中的有机污染物和氨氮，出水进入石灰软化澄清池进行软化处理，其产水经滤池过滤后进入超滤系统。超滤产水至超滤产水池，作为一级反渗透系统的进水。

主要预处理系统设备：

①BAF池：通过BAF池的生化处理，去除来水的有机物和氨氮污染物，同时具有过滤和吸附功能。

②石灰软化机加池：机加池内依次加入聚合氯化铝(PAC)、石灰乳、聚丙烯酰胺(PAM)药剂进行混凝反应，去除来水中的暂时硬度、部分钙离子、胶体及悬浮物等污染成分，降低水的暂时硬度、去除悬浮物。处理后的水质碳酸盐硬度可降低到0.5～1mmol/l，剩余碱度约0.8～1.2mmol/L，硅化合物可去除30%～35%，有机物可去除20%～25%。

③滤池：采用快滤池，去除水中的悬浮物。

④超滤系统：将水中物理性杂质几乎全部去除，产水浊度控制在0.1NTU以内。

（2）一级反渗透系统的设计

一级反渗透共设置两个系列，每系列设计进水210m³/h，产水流量150m³/h。每套设置228支陶氏品牌型号为BW30－400/34i的反渗透膜元件，压力容器采用一级二段，25∶13布置，每支压力容器装6支膜元件。其平均产水通量为17.7L/m²·h，淡水回收率为71%。

一级反渗透装置的产水进入回用水池。每套反渗透产生64m³/h浓水，两套共计128m³/h，排入反应沉淀池，进入浓水反渗透系统。

2、浓水反渗透系统的设计

（1）浓水反渗透系统的预处理

一级反渗透回收率为71%，通过计算得知浓水溶解性固体总量(TDS)为原水的3.4倍，大约5500～5700mg/L。其中Ca²⁺为360mg/L，Mg²⁺为180mg/L，SO₄^2-为1460mg/L，COD_Cr为60～90mg/L。此种水质直接进入浓水反渗透效率很低，若要提高浓水反渗透的回收率和减少浓水反渗透的清洗频率，必须要进行预处理，有效地降低来水的钙镁硬度及有机污染物。

浓水反渗透的预处理设备：

①反应沉淀池：池中采用了加碱和加纯碱的方式来降低永久硬度。

②管式超滤：反渗透的浓水中除了各离子杂质、有机物及其前段预处理没有去除的悬浮物，还有反渗透进水投加的阻垢剂及前段没有反应完的水稳剂等。

这些物质在前级絮凝及沉淀过程中不兼容，导致易沉淀的物质不易沉淀。本系统在沉淀池后使用管式超滤，利用湍流错流的过滤方式，将废水的沉淀物分离出来。

③活性炭过滤器：一级反渗透浓水的COD_Cr为60～90mg/L，在管式超滤后端设置3台DN3000的活性炭过滤器，去除水中部分有机物。

（2）浓水反渗透系统的设计

本项目设置一套浓水反渗透，进水120m³/h，产水流量83m³/h。设置150支陶氏品牌型号为BW30FR－400/34i的耐污染反渗透膜元件，压力容器采用一级二段，17∶8布置，每支压力容器内装6支膜元件。其平均产水通量为14.9L/m²·h，系统淡水回收率为69%。

浓水反渗透装置的产水进入回用水池。浓水反渗透产生37m³/h浓水排入浓水反渗透浓水箱，进入DTRO提浓。

3、DTRO提浓系统的设计

经过一级反渗透（回收率71%）及浓水反渗透（回收率69%）的两级浓缩，所产浓水含盐量大约在18000～19000mg/L，且COD含量偏高，不宜采用常规的螺旋卷式反渗透膜元件进行第三次提浓。

根据本项目工况，三级提浓工段采用PALL品牌7.5MPa压力等级型号为C50001771的DTRO膜柱。

该膜柱利用反渗透原理对液体中的分子进行分离。它可以去除各种有机或无机杂质，具有超强抗污染能力，且能够在处理较差水质时保证更长时间连续稳定的运行而不需要频繁清洗。

DTRO前无需另设预处理，只留1台5μm精度的保安过滤器，保证大颗粒杂质不进入膜柱内部。

本项目设计1套DTRO装置。DTRO膜柱分三段排列，排比为63∶33∶30，共计126支膜柱。单支膜柱面积为9.405m²，膜通量为23LMH。DTRO进水量为37m³/h，产水量大于27m³/h，浓水水量小于10m³/h。

DTRO产出的淡水与一级反渗透及浓水反渗透产水一起回用至循环水补充水。DTRO产生10m³/h浓盐浆，TDS大约为65000～70000mg/L，进入蒸发工段，最终实现系统零排放。

各级反渗透的设计注意事项

本项目根据系统进水工况的不同，采用了三种不同的反渗透膜产品，具体参数详见表2。