某市政污水處理廠建設(shè) 1 座 2 萬(wàn) t / d 的再生水處理系統(tǒng),采用超濾(UF)與反滲透(RO)的主體處理工藝處理污水廠的尾水,產(chǎn)水回用于電廠等工業(yè)生產(chǎn)。超濾前采用加氯消毒,反滲透前采用焦亞硫酸鈉作為還原劑消除過(guò)量的消毒劑。本文分別采用復(fù)合二氧化氯和次氯1酸鈉消毒,研究超濾產(chǎn)水總余氯、焦亞硫酸鈉投加量、反滲透進(jìn)水余氯之間的關(guān)系。

01 再生水處理系統(tǒng)概況

1.1 工藝流程

再生水處理工藝流程如圖 1 所示。污水處理廠尾水先經(jīng)過(guò)加氯消毒,在預(yù)處理水池中充分混合,經(jīng)自清洗過(guò)濾器和超濾裝置去除懸浮物和大分子有機(jī)物。超濾產(chǎn)水帶有一1定量的余氯,在投加還原劑(焦亞硫酸鈉)、阻垢劑、非氧化性消毒劑后,經(jīng)保安過(guò)濾器,進(jìn)入反滲透裝置,反滲透產(chǎn)水(再生水) 回用于電廠等工業(yè)生產(chǎn)。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

再生水處理過(guò)程中,超濾選用 PVDF 材質(zhì)的浸沒(méi)式 中 空 纖 維 超 濾 膜, 設(shè) 計(jì) 凈 產(chǎn) 水 通 量 為 40L / (m2· h),產(chǎn)水 SDI<3,< span="">濁度<1 ntu。反滲透膜采用陶氏 bw30fr-400>

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)接觸消毒時(shí)間為30 min,同時(shí)經(jīng)超濾膜過(guò)濾后, 細(xì)菌可大部分被截留。采用質(zhì)量濃度為 10%(以有效氯計(jì))的次氯1酸鈉溶液,現(xiàn)場(chǎng)用玻璃鋼儲(chǔ)罐儲(chǔ)存,直接用計(jì)量泵投加到預(yù)處理水池中。復(fù)合二氧化氯采用化學(xué)法復(fù)合二氧化氯發(fā)生器[6]現(xiàn)場(chǎng)制備,即將氯1酸鈉溶液與鹽酸溶液按照 1 ∶1的體積比投加到發(fā)生器中,混合消毒液在水射器的抽吸作用下進(jìn)入預(yù)處理水池中與原水充分混合。

02 復(fù)合二氧化氯在再生水處理中的應(yīng)用

使用復(fù)合二氧化氯消毒,其投加濃度為 14 mg / L(以有效氯計(jì)),反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加濃度為 20 mg / L,連續(xù)一周監(jiān)測(cè)超濾產(chǎn)水、反滲透進(jìn)水總余氯情況(表 2)。復(fù)合二氧化氯投加濃度為14 mg / L(以有效氯計(jì))時(shí),污水中有機(jī)物、微生物等的存在大大消耗了消毒劑的量,超濾產(chǎn)水余氯平均為 1. 87 mg / L,在反滲透前投加 20 mg / L 焦亞硫酸鈉(此時(shí)焦亞硫酸鈉投加濃度為余氯的 10 倍),依然不能消除余氯,反滲透進(jìn)水余氯高達(dá) 0. 97 mg / L,反滲透膜元件存在氧化的風(fēng)險(xiǎn)。

為了降低反滲透進(jìn)水余氯,降低復(fù)合二氧化氯投加濃度至 5 mg / L(以有效氯計(jì)),反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加量增加至 40 mg / L,連續(xù)一周監(jiān)測(cè)超濾產(chǎn)水、反滲透進(jìn)水總余氯情況(表 2)。復(fù)合二氧化氯投加濃度為 5 mg / L(以有效氯計(jì))時(shí),超濾產(chǎn)水余氯降為 0. 88 mg / L,在反滲透前投加 40 mg / L焦亞硫酸鈉(此時(shí)焦亞硫酸鈉投加濃度為余氯的45 倍),依然存在 0. 32 mg / L 的余氯。

在本系統(tǒng)中,使用復(fù)合二氧化氯消毒 3 年后,反滲透整體的脫鹽率降低至 90%以下,前端的反滲透膜元件先被氧化,脫鹽率低于 80%,反滲透產(chǎn)水水質(zhì)不能滿足用水要求。

在本系統(tǒng)中,復(fù)合二氧化氯消毒后,投加過(guò)量的焦亞硫酸鈉依然不能將余氯完全去除。經(jīng)測(cè)定分析,此部分余氯全部為二氧化氯的消毒副產(chǎn)物ClO-2。測(cè)定時(shí),ClO2、Cl2在 pH 值接近 7 時(shí)即可氧化水中的I-,從而被測(cè)定出來(lái);ClO-2需在 pH 值≤ 2時(shí)才能氧化水中的 I-,其在接近中性的溶液中不能被還原劑充分還原。實(shí)際過(guò)程中,反滲透進(jìn)水 pH值在 7 左右,高濃度的焦亞硫酸鈉不能將 ClO-2完全還原,致使ClO-2進(jìn)入反滲透系統(tǒng),逐漸氧化反滲透膜元件,即使投加相對(duì)余氯量 45 倍的焦亞硫酸鈉,ClO-2依然存在。同時(shí),由于還原劑投加量過(guò)大,系統(tǒng)處于無(wú)氧或缺氧狀態(tài),反滲透系統(tǒng)中存在大量的硫酸鹽。硫酸鹽還原菌利用硫酸鹽進(jìn)行氧化反應(yīng),進(jìn)而大量繁殖,造成保安過(guò)濾器及反滲透膜元件的微生物污堵,反滲透系統(tǒng)壓差升高,需頻繁地進(jìn)行化學(xué)清洗才能保證膜元件正常產(chǎn)水。

03 次氯1酸鈉在再生水處理中的應(yīng)用

使用次氯1酸鈉消毒,其投加濃度為 14 mg / L(以有效氯計(jì)),反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加量為 10 mg / L,連續(xù)一周監(jiān)測(cè)超濾產(chǎn)水、反滲透進(jìn)水總余氯情況。

如表 3 所示,次氯1酸鈉投加濃度為 14 mg / L(以有效氯計(jì))時(shí),超濾產(chǎn)水余氯降為 1. 26 mg / L,在反滲透前投加 10 mg / L 焦亞硫酸鈉后,未檢出余氯。隨后,降低反滲透前還原劑(焦亞硫酸鈉)投加量至6 mg / L,連續(xù)一周監(jiān)測(cè)超濾產(chǎn)水、反滲透進(jìn)水總余氯情況,反滲透進(jìn)水余氯未檢出。由此可知,使用次氯1酸鈉消毒,超濾產(chǎn)水的總余氯主要以ClO-、HClO形式存在,不存在ClO-2 ,投加總余氯濃度 5 倍的焦亞硫酸鈉即可將余氯完全消除,從而消除反滲透膜被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。

04 成本核算

綜合來(lái)看,采用復(fù)合二氧化氯消毒時(shí),消毒劑、還原劑總成本為 0. 153 元/ ( t 再生水);采用次氯1酸鈉消毒時(shí),消毒劑、還原劑總成本為 0. 200 元/ ( t 再生水)。與次氯1酸鈉相比,復(fù)合二氧化氯應(yīng)用于反滲透預(yù)處理時(shí),整個(gè)再生水處理系統(tǒng)的消毒劑、還原劑成本更低。

05 結(jié)論和建議

復(fù)合二氧化氯消毒時(shí),后續(xù)產(chǎn)生的總余氯主要以 ClO-2 形式存在,其在近中性溶液中很難被還原劑還原,造成反滲透進(jìn)水中余氯依然存在,反滲透膜元件被余氯氧化,影響反滲透膜的壽命。次氯1酸鈉消毒時(shí),后續(xù)產(chǎn)生的總余氯主要以 ClO-、HClO 形式存在,投加少量的焦亞硫酸鈉即可將余氯完全去除,可消除反滲透膜被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。

與復(fù)合二氧化氯相比,雖然次氯1酸鈉應(yīng)用于反滲透預(yù)處理時(shí)的運(yùn)行成本較高,但可以有效避免反滲透膜被氧化,可延長(zhǎng)膜的使用壽命,推薦采用次氯1酸鈉作為再生水處理的消毒劑。本文的經(jīng)驗(yàn)適用于再生水處理工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行,為反滲透預(yù)處理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了重要的借鑒。