采用膜法回收循环冷却水工艺的完善
陕西某热电厂废水主要来源于工业循环冷却水和锅炉排水，废水中离子含量较高。为使排污水得到循环利用，该厂建成1 套反渗透（RO）系统用于排放污水的处理，以期实现节约资源、降低成本的目的，然而新建成的RO 系统在正常运转了一段时间后，出现了严重的污堵，甚至无法完成72 h 连续运行，系统几近全线瘫痪。受该厂委托，中海油天津化工研究设计院针对该厂RO 系统中出现的污堵问题及其废水处理工艺特点，对其RO 系统进行了改造和调整，在RO 前增加了1 套前处理装置，起到保护后续RO 工艺稳定运行的作用，并最终解决了RO系统的污堵问题，实际运行时处理后的污水作为补充水回用于冷却塔循环水系统，效果很好。
1 系统概述
1.1 废水来源及回用目标
原RO 系统处理生产废水80~250 m3/h，其废水来源包括：冷却塔排污和溢流，转机冷却水，取样架冷却水，空冷器、冷油器冷却水，锅炉定连排水，射水箱排水，输煤栈桥冲洗水，渣斗排水等。生活污水排放量仅为5~6 m3/h，经生物处理后排入工业污水集水井，与工业污水相混合。回用水主要作为循环冷却水，直接补进电厂冷却塔。
1.2 原废水处理工艺流程和进出水水质
原废水处理工艺流程见图1，进水水质及回用标准见表1。
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图1 原工艺流程
表1 进水水质及回用标准
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2 反渗透系统中存在的问题
2.1 调节池
调节池池容比较小，水的pH 容易受到冲击，来水主要为循环水，同时接纳了一定量的锅炉排水。其中锅炉水pH 接近11，循环水的pH 则在8.5～9.0，两种水源的pH 差异较大。而且锅炉水的水温较高，又造成了其与循环冷却水在温度上的差异。在不同pH和水温下絮凝剂的絮凝效果是截然不同的，其处理的水源必须是混合均匀的、性质稳定的，而水系统从不均匀趋向于均匀的过程需要一定的时间，然而现有调节池的池容小，这必然造成来水在其中的停留时间过短，无法使其完全混合均匀，给后续的絮凝沉淀工艺带来很大的影响。
2.2 絮凝沉淀池
《城市污水回用设计规范》（GB/T 19923—2005）中指出，平流沉淀池沉淀时间宜为2~4 h，所以一般情况下，污水絮凝沉淀池设计的有效停留时间都超过2 h，但由于现场设计中采用了高效絮凝池新技术，使絮凝停留时间缩短到了30 min，而通过现场调试运行情况来看，絮凝沉淀的效果很不好，只有在减少流量的情况下，才能出现有效絮凝沉降的“清亮层”。由于出水夹带的絮凝团非常丰富，却没有足够的反应停留时间进行完全沉降，而在后面流速变急时又会被重新打碎，随水流继续进入后段工艺设备，所以造成出水浊度、SDI 都非常高。
2.3 絮凝剂
原工艺以聚合氯化铝作为絮凝剂使用，然而聚合氯化铝有效絮凝的pH 范围为5~8，根据前面的分析，来水的pH 已超过这个范围，聚合氯化铝在水中难以达到较好的絮凝沉降效果，以至非但不能完全发挥絮凝剂的效用，反而会引起或加剧污堵。
2.4 UF（MF）的缺失
在污水处理中，RO 一般都以UF 作为预处理的手段，特别是对浊度、SDI 较高的来水。当预处理系统设计不合理或不能发挥作用时，污染物就会进入RO 系统，并在膜表面堆积，若给水中含有微生物，它的繁殖会导致更严重的后果。
本项目中恰恰因为前期设计中缺失了UF（MF），以致造成保安过滤器堵得非常快，甚至几个小时就无法出水；由于滤芯换的太频繁，成本太高，所以现场不得不实行了一种穿透运行的方式，结果造成污染物后移，使RO 堵塞速度加快。作为预处理手段，UF 膜的使用具有不可忽视的作用，它可以完全去除不溶解的物质，降低颗粒物的污染风险，使得RO 的设计水通量可以适当增加约10%~20%。
然而，并非采用了超滤就可以去除一切对RO产生污染的物质。这是由于一方面用于RO 预处理的超滤膜都属于筛分过滤，过滤孔径大约在0.02~0.05 μm，虽然大部分不溶解的物质都会被截留，但是很多溶解在水中的有机物同样会对反渗透系统产生污染，而这恰恰是超滤预处理不能解决的。另一方面，微滤和超滤预处理系统经常要伴随着药剂的加入，例如絮凝剂、阻凝剂、氧化剂、酸和碱等，这些化学物质有可能在超滤的产水中存留，进而导致反渗透污染和劣化，因此在实际运行时必须根据来水的波动和前后处理工艺的运行情况随时调整超滤系统的运行和清洗方式。
2.5 RO 进水pH 的控制
RO 膜进水的pH 在各种膜的使用手册中都没有作明确规定，只规定了RO 膜在较短的时间里可允许的pH 范围；一般清洗过程的pH 范围为3～10或2～11 等。主要是因为设计人员并不一定了解膜化学的各个侧面，而将早期针对某一种特定污水处理的设计“克隆”至其他项目。例如：原本设计地下水的流程被“局部”放入污水处理项目中，而有些适用于污水处理的装置又被“克隆”至地下水、地表水中等等，这一做法就引起了许多设计的不合理性。在设计中，一些内容是“摘取”一个成功系统的一部分或一个流程段，这就造成了一些新项目里的“夹生饭”。由于pH 规定的模糊性，造成设计人员对RO 膜进水的pH 不作明确要求，这也为RO 膜的结垢埋下了隐患。
自然界中的水含有钙、镁和碱度，包括易结垢的Ba、Sr 和硫酸根、硅酸盐等，本身就有一定pH 的缓冲能力，在没有人为干预的情况下，天然水的pH 一般都在7 左右，这时的pH 反映的是一个CO32-和HCO3-的比值。在循环水排污中，由于冷却塔的曝气停用，pH 一般可升高可至9 左右，此时水中碱度主要以CO32-形式体现。另外，循环冷却水中各种结垢性离子，一般都浓缩至接近各种离子结垢的浓度，因为循环水实行最小排污，所以不管浓缩几倍（一般为3 倍左右），排水中的结垢性离子都是超饱和的，达到循环冷却水阻垢缓蚀剂所允许的最大限度，属强结垢性水质。而RO 回收时还要对这种水体进一步浓缩，回收率一般为60%~80%，无疑放大了结垢的可能性，因此若不对进水pH 进行调节，结垢性离子将迅速结垢，直接导致RO 瘫痪。所以对高pH 水质（pH＞8）不能直接进入RO 系统，特别是循环水排污水（或其他硬度偏大的水）必须进行pH 调节。
3 改进后工艺流程和措施
改进后工艺流程见图2。
3.1 增加UF 装置
就本工程的进出水水质的特点和要求，建议在RO 前面增添UF 系统，以缓解RO 的污染趋势。
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图2 改进后废水处理工艺流程
3.2 RO 前加酸控制pH
由于来水中主要为循环水，其离子含量较高，pH 也很高，极易产生结垢，在进入RO 之前对其进行加酸处理，控制进水pH，并适当投加合适的膜阻垢剂，以减少水中结垢离子对反渗透膜元件的污染。
3.3 增大调节池的容量
由于来水水质差异较大，且温度、流量等均存在很大不同，因此如果不能在絮凝沉淀过程前达到充分混匀的话，很容易影响絮凝效果，不能有效地将污染物沉淀，因此本项目的改进措施之一就是增大调节池的容量，从而延长了来水的混合时间，保证了进水在絮凝池的沉淀效果。
3.4 彻底的在线清洗
由于系统一直在调试阶段，反复开停机不间断运行，且由于水质及预处理的不稳定性，造成了膜污染的日趋加重，系统改造完成后，为了保证产水的稳定顺利进行，首先对RO 系统进行了有针对性的化学清洗，彻底清理了反渗透系统中的污染物，为后面的72 h 连续平稳运行打下了良好的基础。
在线清洗过程中发现，清洗液呈黄棕色，且酸洗碱洗均有明显效果，明显为前期絮凝剂过量的污染产物，由于系统太脏，必须循环清洗数次直至清洗液比较清透，才可转入正常运行。
4 运行效果
由于采取了有针对性的措施，经过一段时间运行后，RO 系统恢复了正常，RO 进膜压力、渗透液流量基本稳定，产水水质也达到了稳定状态。同时也应该注意在实际运行中在保证进水水质稳定的基础上，应做好反渗透进水的预处理，并在实践中逐渐摸索出最佳工艺及操作条件，以保证污水深度处理工程的稳定运行。
［作者简介］聂明（1978—），2000 年毕业于天津大学化工学院，工程师。
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