論文NF+RO技術(shù)在鋁陽極氧化廢水處理、回用工程中的應(yīng)用

1、NF+RO技術(shù)在鋁陽極氧化廢水處理、回用工程中的應(yīng)用劉學(xué)文1，曹榮1，馬世虎2，薛向東1，花蓉1作者簡介劉學(xué)文(1981)，男，安徽安慶人，環(huán)保工程師，主要從事工業(yè)廢水處理及回用工作.聯(lián)系方式:E-mail：，電話：（1.蘇州英特工業(yè)水處理工程有限公司，蘇州2150002.天津膜天膜工程技術(shù)有限公司，天津300160）摘要：采用以納濾、反滲透雙膜技術(shù)為核心的水處理工藝對蘇州某電子廠的鋁陽極氧化廢水進(jìn)行處理，考察該工藝對鋁陽極氧化廢水中CODcr、硬度、高電導(dǎo)率的處理效果及系統(tǒng)運(yùn)行性能。通過10天的運(yùn)行，系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)良好，運(yùn)行穩(wěn)定。納濾膜對CODcr、硬度、電導(dǎo)率的平均去除率分別為85%、100

2、%、90%，RO系統(tǒng)對電導(dǎo)率的去除率達(dá)94%。且系統(tǒng)濃水能夠達(dá)到納網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：鋁陽極氧化；納濾；反滲透中圖分類號：X703.1，X781.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AApplication of double membrane in alumina anodization waste water treatment and reuseLIU Xue-Wen1, CAO Rong1, MA Shi-Hu2, XUE Xang-Dong1, HUA Rong1(1.Suzhou Inter Industrial Water Treatment Engineeing Co.,Ltd. Suzhou 215

3、000，2. Tianjin MOTIMO Membrane Technology Ltd. Tianjin 300160)Abstract: The water technology which has nanofiltration and reverse osmosis as core technology was used for treatment of alumina anodization waste water from one electronics factory in Suzhou. The removal efficiency of treatment effect on

4、 CODcr, hardness, conductivity of comprehensive emission water and the operation behaviour of the system were studied. During the period operation of 10 days, producing water was well, and the system is stable. The removal of CODcr, hardness and conductivity with nanofiltration membrane were 85%, 10

5、0% and 90% respectively. Moreover the removal of conductivity with reverse osmosis membrane was 94%. And concentrate of the system can discharge into urban sewage systems. Key words: alumina anodization; nanofiltration (NF); reverse osmosis (RO)鋁合金陽極氧化膜已被廣泛地應(yīng)用于防腐和表面裝飾。在工業(yè)和民用的鋁結(jié)構(gòu)與鋁制品中，大約有65%需經(jīng)過表面處理，建

6、筑工業(yè)、航空和航天工業(yè)及汽車制造工業(yè)用的鋁構(gòu)件與零件，幾乎全部要經(jīng)過陽極氧化處理或涂層處理1。目前，鋁合金陽極氧化一般采用硫酸陽極氧化工藝，然而，不論采用哪種工藝流程，都會產(chǎn)生大量的廢水廢液，造成不同程度的環(huán)境污染，因此，廢水廢液的處理是鋁合金陽極氧化生產(chǎn)過程不可缺少的部分。當(dāng)前行業(yè)中普遍采取的處理方法是將每道工序中的槽液，在不符合生產(chǎn)要求時(shí)排放并匯總至排放槽內(nèi)，再添加適量的酸或堿進(jìn)行中和，調(diào)節(jié)pH至允許的排放標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。中和過程中，產(chǎn)生大量沉淀物，由于處理麻煩，大部分廠家不進(jìn)行處理便排放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染2。近年來，隨著環(huán)保力度的加強(qiáng)，工業(yè)各行業(yè)廢水的排放量均被限制，因而，對廢水進(jìn)行深度

7、處理，盡可能的循環(huán)利用便被提上了日程。膜分離技術(shù)節(jié)能、投資少、占地小，操作簡便、處理效率高，且能夠?qū)U水深度凈化，組合適當(dāng)能夠運(yùn)用于各類廢水的處理、回用工程中，目前已逐漸在工業(yè)廢水處理、回用領(lǐng)域推廣開來。結(jié)合水質(zhì)特點(diǎn)及回用要求，選用納濾（NF）+反滲透（RO）雙膜技術(shù)為核心的組合工藝對蘇州某電子廠鋁陽極氧化廢水進(jìn)行處理。納濾作為反滲透進(jìn)水的預(yù)處理，可以優(yōu)化反滲透的進(jìn)水要求，降低反滲透的操作壓力，減少砂濾器反沖洗頻次，使系統(tǒng)回收率增大。處理后的純水重新回到各工段，使水循環(huán)利用，降低了水耗，這不僅具有一定的經(jīng)濟(jì)意義，且響應(yīng)了十一五關(guān)于節(jié)能減排的號召，對我國鋁工業(yè)的發(fā)展具有很好的戰(zhàn)略意義。1 工藝流

8、程及處理水質(zhì)1.1 處理水質(zhì)本項(xiàng)目工程處理的綜合排放水的水質(zhì)特征見表1。如表1所示，本工程的難點(diǎn)在于廢水的電導(dǎo)率（含鹽量）非常高。表1 綜合排放水的水質(zhì)指標(biāo)序號項(xiàng)目數(shù)值1進(jìn)水水量50m3/h2pH值683CODcr120mg/l4總硬度400900mg/l5電導(dǎo)率250016000s/cm1.2 工藝流程綜合水質(zhì)及出水要求等因素，選用以納濾、反滲透雙膜技術(shù)為核心的組合工藝對鋁陽極氧化排放槽內(nèi)的綜合排放水進(jìn)行處理，該工藝包括預(yù)處理、納濾、反滲透和離子交換混床四個(gè)組成部分。具體工藝流程如圖1所示。1.2.1 預(yù)處理部分預(yù)處理系統(tǒng)由原水池、提升泵、石英砂過濾器、活性炭過濾器及保安過濾器組成。廢水由原

9、水池經(jīng)過提升泵進(jìn)入石英砂過濾器可以除去大部分固體懸浮物；然后經(jīng)過活性炭過濾器，可以吸附廢水中的有機(jī)物、油脂和殘余氯，同時(shí)可去除廢水的臭味、色度等；保安過濾器可防止管路中的微粒進(jìn)入膜系統(tǒng)，以免損壞膜組件。所有預(yù)處理工序都是為了最大限度地防止和延緩污染物在膜面上的沉積，防止膠體、固體懸浮微粒造成堵塞以及有機(jī)物、微生物、氧化性物質(zhì)等對膜的破壞，延緩膜的水解過程，從而使膜系統(tǒng)在良好狀態(tài)下工作而設(shè)置的。 圖1 綜合排放水處理工藝流程1.1.2 NF系統(tǒng)廢水經(jīng)過預(yù)處理后，由高壓泵送入納濾裝置。該系統(tǒng)采用美國海德能生產(chǎn)的聚酰胺抗污染膜元件65支，系統(tǒng)的處理能力為48m3/h/套(產(chǎn)水)，脫鹽率大于90%。經(jīng)

10、過該系統(tǒng)的處理，廢水中75%的水被分離出來，而絕大部分相對分子量在2001000之間的溶解組分被高截留率的膜截留在濃縮液中，濃縮倍數(shù)達(dá)到4。NF膜組件的性能指標(biāo)見表2。表2 NF膜組件的性能指標(biāo)材質(zhì)膜形狀進(jìn)水pH單支脫鹽率工作壓力聚酰胺復(fù)合膜螺旋卷式3.010.0 7597%0.50.8MPa1.1.3 RO系統(tǒng)NF系統(tǒng)的透過液由高壓泵進(jìn)入RO裝置。該系統(tǒng)采用50支美國海德能的聚酰胺高脫鹽膜元件，系統(tǒng)的處理能力為36m3/h/套(產(chǎn)水)，脫鹽率大于98%。經(jīng)過該系統(tǒng)的處理，又濃縮了4倍。RO膜組件的性能指標(biāo)見表3。表3 RO膜組件的性能指標(biāo)材質(zhì)脫鹽率（%）工作壓力（MPa）產(chǎn)水量（m3/h）膜

11、面積（m2）聚酰胺高脫鹽膜99.74.1441.637.21.1.4 離子交換系統(tǒng)混床是離子交換柱的簡稱，一般放置在反滲透裝置之后，對水進(jìn)一步脫鹽，用于制造高純水3。本系統(tǒng)中，反滲透處理水通過泵進(jìn)入混床，做深度脫鹽處理。利用反滲透產(chǎn)水對樹脂清洗30min左右進(jìn)行再生處理。最終的產(chǎn)生的高純水進(jìn)入產(chǎn)水箱，回用到用水工段中，形成良性的清潔化生產(chǎn)的循環(huán)用水系統(tǒng)。2 結(jié)果與討論2.1 系統(tǒng)對CODcr的去除當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度為60120mg/l時(shí)，CODcr濃度隨運(yùn)行時(shí)間變化如圖2所示。圖2 CODcr濃度隨運(yùn)行時(shí)間變化曲線由圖2可以看出，當(dāng)進(jìn)水CODcr在一定范圍內(nèi)波動的情況下，出水CODcr指標(biāo)仍

12、然基本保持穩(wěn)定，均在20mg/l以下，并且對CODcr的平均去除率達(dá)85%左右，出水水質(zhì)已達(dá)回用標(biāo)準(zhǔn)。納濾膜（NF）對CODcr的去除效果非常顯著，NF對有機(jī)物質(zhì)的去除是孔徑篩分和道南效應(yīng)共同作用的結(jié)果，具體取決于有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特征（如分子量、極性）以及有機(jī)物與膜間的相互作用關(guān)系等。NF表層孔徑處于納米級范圍，可截留分子量在數(shù)百的小分子有機(jī)物。在本工程運(yùn)行中，納濾設(shè)備的進(jìn)水是經(jīng)過石英砂過濾器和活性炭過濾器處理過的，SS基本為0，所以有利于納濾膜做進(jìn)一步處理。2.2 系統(tǒng)對硬度的去除在納濾進(jìn)水總硬度為400900mg/l范圍內(nèi)時(shí)，總硬度隨運(yùn)行時(shí)間變化情況見圖3。由圖3我們可以看出，納濾膜（NF）對

13、硬度的去除效果非常顯著，出水硬度為0，硬度的去除率達(dá)100%，出水水質(zhì)完全滿足回用要求。納濾膜（NF）對鹽的截留性能主要是由離子與膜之間的靜電相互作用所貢獻(xiàn)的，鹽離子的電荷強(qiáng)度不同，其對離子的截留率也有所不同，對于含有不同價(jià)態(tài)離子的多元體系，由于離子半徑和靜電斥力的影響，多價(jià)離子的滲透受到阻礙，NF對二價(jià)離子和高價(jià)離子的截留高于單價(jià)離子。納濾膜對陰離子的截留率按下列順序遞增：NO3-，Cl-，OH-，SO42-，CO32-；對陽離子的截留率按下列順序遞增：H+，Na+，K+，Mg2+，Ca2+，Cu2+4。所以本項(xiàng)目工程中，NF膜對Ca2+、Mg2+等造成硬度的二價(jià)離子有著高的截留能力。圖3

14、總硬度隨運(yùn)行時(shí)間變化曲線2.3 系統(tǒng)對電導(dǎo)率的去除NF系統(tǒng)的進(jìn)水電導(dǎo)率在250016000us/cm范圍內(nèi)波動，電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化如圖4所示。本項(xiàng)目工程中，NF系統(tǒng)的產(chǎn)水直接進(jìn)入RO系統(tǒng)，在NF產(chǎn)水電導(dǎo)率200600us/cm范圍內(nèi)時(shí)，RO系統(tǒng)的電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化如圖5所示。 圖4 納濾系統(tǒng)的電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化曲線圖5 反滲透系統(tǒng)的電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化曲線由圖4可以看出，NF系統(tǒng)的出水電導(dǎo)率基本穩(wěn)定地保持在500us/cm左右，電導(dǎo)率的去除率為90%左右。但由于進(jìn)水水質(zhì)的電導(dǎo)率較高，納濾出水的電導(dǎo)率仍然偏高，出水水質(zhì)達(dá)不到回用標(biāo)準(zhǔn)，所以其產(chǎn)水仍需RO系統(tǒng)做進(jìn)一步脫鹽處理，以降低電導(dǎo)率。由

15、圖5可以看出，經(jīng)過反滲透處理后，出水電導(dǎo)率大大降低，基本維持在20us/cm左右，電導(dǎo)率的去除率為94%左右，其產(chǎn)水再經(jīng)過離子交換混床的深度脫鹽處理，最終出水完全滿足回用要求。2.4 設(shè)備的運(yùn)行性能分析整個(gè)系統(tǒng)從2010年6月30日開始運(yùn)行，經(jīng)過10天的連續(xù)運(yùn)行，結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗沖擊力較強(qiáng)，當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率為15900us/cm時(shí)，NF系統(tǒng)的產(chǎn)水電導(dǎo)率為600us/cm，RO系統(tǒng)的產(chǎn)水電導(dǎo)率為26us/cm。NF和RO系統(tǒng)的運(yùn)行壓差在整個(gè)過程中變化不大，NF系統(tǒng)運(yùn)行壓差基本為0.2MPa左右，RO系統(tǒng)為0.1MPa左右。NF和RO系統(tǒng)的通量已校正為25的

16、通量，膜系統(tǒng)的通量以每日平均通量作為一個(gè)數(shù)據(jù)。NF和RO膜系統(tǒng)的通量隨運(yùn)行時(shí)間的延長逐漸降低，當(dāng)下降到一定程度后，會有一個(gè)對穩(wěn)定期，這是因?yàn)槟け砻娉练e層的形成是一個(gè)動態(tài)過程，當(dāng)這個(gè)過程達(dá)到平衡時(shí)，膜的透水阻力隨之穩(wěn)定下來，膜通量也就穩(wěn)定下來。NF和RO膜的污染狀況及清洗周期在以后將作進(jìn)一步研究。設(shè)備在運(yùn)行過程中仍存在一些問題，目前，存在的主要問題是NF系統(tǒng)的保安過濾器濾芯更換較頻繁，平均48小時(shí)更換一次。經(jīng)分析應(yīng)是廠方在原廢水處理過程中投加大量的化學(xué)藥劑Ca(OH)2、PAM和PAC對濾芯造成堵塞所致。2.5 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析系統(tǒng)在初期穩(wěn)定運(yùn)行階段的經(jīng)濟(jì)分析情況，見表4。表4 設(shè)備運(yùn)行成本分析項(xiàng)目

17、硫酸（L/t）氧化還原電位劑量（mL/t）阻垢劑量（mL/t）耗電量（KWh）劑量0.23524由表4可以看出，系統(tǒng)在初期的穩(wěn)定運(yùn)行中，表現(xiàn)出了一定的經(jīng)濟(jì)合理性：系統(tǒng)在原水池內(nèi)添加濃硫酸，調(diào)節(jié)排放水的pH，設(shè)備運(yùn)行初期，硫酸的添加量維持在0.2L/t。為防止NF膜被氧化，要求納濾設(shè)備進(jìn)水的氧化還原電位（ORP）不得大于200mv，劑量維持在3mL/t。阻垢劑量維持在5mL/t，可以防止納濾和反滲透膜在設(shè)備運(yùn)行中結(jié)垢。設(shè)備運(yùn)行耗電量為24 KWh。3 結(jié)論及建議本工程利用NF、RO雙膜技術(shù)為核心的組合工藝處理鋁陽極氧化廢水，通過對運(yùn)行初期數(shù)據(jù)的分析，得出結(jié)論如下：NF膜對CODcr、硬度、電導(dǎo)率的平均去除率分別為85% 、100%、90%，RO對電導(dǎo)率的平均去除率為94%。最終，產(chǎn)水的CODcr、硬度、電導(dǎo)率基本穩(wěn)定在20mg/l，0，20us/cm，能夠滿足回用要求。運(yùn)行過程中，NF和RO膜的通量總體是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長而減小的，但是在一段時(shí)間內(nèi)，膜通量基本穩(wěn)定。Ca(OH)2、PAM和PAC等化學(xué)藥劑