煤化工廢水高效反滲透工藝
隨著排水標(biāo)準(zhǔn)的提升和缺水問(wèn)題的加劇，水回用和零排放成為提升工業(yè)用水效率和保護(hù)水生態(tài)的重要方案，《工業(yè)廢水循環(huán)利用實(shí)施方案》要求提升工業(yè)廢水的資源化利用率。煤化工行業(yè)產(chǎn)生大量的高濃度廢水，不合理的處理和排放對(duì)水環(huán)境和水生態(tài)有巨大的威脅。同時(shí)煤化工廢水成分復(fù)雜且污染物濃度高，處理工藝復(fù)雜。近年來(lái)，煤化工行業(yè)成為工業(yè)廢水零排放的主要應(yīng)用和發(fā)展的領(lǐng)域，取得了顯著的發(fā)展。
零排放系統(tǒng)主要包括預(yù)處理、濃縮減量、分鹽、和蒸發(fā)結(jié)晶等過(guò)程，其中基于膜過(guò)程的濃縮減量是零排放工藝的關(guān)鍵工段，顯著影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行成本。由于前段RO的濃縮，廢水的鹽度較高。但為了提升蒸發(fā)結(jié)晶的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)廢水濃縮。目前主要的高鹽廢水處理技術(shù)有HERO、電滲析(electrodialysis，ED)、碟管式反滲透(disc tube reverse osmosis，DTRO)等。HERO在RO階段增加pH提升了有機(jī)物與Si的溶解度，減少了膜污染；ED技術(shù)利用離子交換膜的選擇透過(guò)性分離陰陽(yáng)離子，但微溶鹽的結(jié)垢限制了此技術(shù)的性能；DTRO技術(shù)主要用于高污染物濃度的垃圾滲濾液的處理。相比之下，HERO具有高廢水回收率(>90%)和相對(duì)較低運(yùn)行投資成本(<10元·t?1)成為高鹽廢水處理的主流技術(shù)之一。但由于高鹽廢水污染物濃度較大，HERO工藝具有顯著的膜污堵潛勢(shì)。有研究表明，RO膜表面出現(xiàn)顯著的無(wú)機(jī)結(jié)垢為主的“有機(jī)-無(wú)機(jī)-微生物”復(fù)合污染，導(dǎo)致膜清洗周期降為7 d左右。但膜污染受進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行條件、膜種類等多種條件影響，膜污染特征存在顯著的差異。因此，深入開展HERO工藝的運(yùn)行效果及膜污染特征研究，對(duì)制定有效的膜污染控制策略，提升工藝運(yùn)行效果至關(guān)重要。
本研究針對(duì)實(shí)際煤化工廠的HERO處理單元進(jìn)行分析，通過(guò)分析流程各單元的水質(zhì)特點(diǎn)，評(píng)估整體運(yùn)行工況，初步分析RO膜污染特征，明確運(yùn)行主要問(wèn)題。最后給出相應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化與膜污染控制策略，以期為HERO工藝中過(guò)程優(yōu)化與膜污染控制提供支撐。
1、材料與方法
1.1 HERO單元簡(jiǎn)介
本研究主要針對(duì)我國(guó)北方某煤化工廢水零排放處理的實(shí)際工程，HERO工藝主要實(shí)現(xiàn)煤化工廢水的濃縮減量，降低蒸發(fā)結(jié)晶成本，提升蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程穩(wěn)定性與效率。HERO工藝流程圖如圖1所示，由接觸式澄清池、多介質(zhì)過(guò)濾器、弱酸陽(yáng)床、脫碳塔和HERO單元構(gòu)成。澄清池采用混凝去除硅及有機(jī)物，通過(guò)投加液堿去除部分硬度離子；弱酸陽(yáng)床通過(guò)離子交換進(jìn)一步去除剩余硬度離子；保安進(jìn)水前端投加阻垢劑防止無(wú)機(jī)鹽沉積；RO單元為一級(jí)兩段式構(gòu)造，采用低能耗、脫鹽效果好的海水淡化RO膜。工藝設(shè)計(jì)處理量為300 m3?h?1，實(shí)際總處理量約274 m3?h?1，水回收率約71.9%。目前，RO膜污堵情況較嚴(yán)重，清洗頻率約3~5 d·次?1。
1.2 樣品采集
為分析工藝運(yùn)行效果，在2月份連續(xù)3 d采集HERO工藝澄清池進(jìn)水、多介質(zhì)進(jìn)水、陽(yáng)床進(jìn)水、脫碳塔進(jìn)水、保安過(guò)濾器進(jìn)水、RO進(jìn)水、RO濃水和RO產(chǎn)水水樣，樣品分別標(biāo)記為A~H。運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，采用0.45 μm濾膜過(guò)濾后保存在4 ℃條件下以供后續(xù)分析，測(cè)得數(shù)據(jù)取3 d均值，誤差為標(biāo)準(zhǔn)差。針對(duì)RO單元，為考察第1段和第2段的膜污染差異，采集1段第1根膜與1段最后1根膜進(jìn)行膜樣品采集和分析。
1.3 分析方法
NH+4-NNO3-N(PO3-4-P)水樣pH及電導(dǎo)率采用便攜式檢測(cè)儀測(cè)定，色度采用哈希DR6000紫外分光光度計(jì)(HACH，USA)測(cè)定，化學(xué)需氧量(COD)采用哈希預(yù)制管及DR6000紫外分光光度計(jì)(HACH，USA)測(cè)定，總有機(jī)碳(TOC)和總氮(TN)采用TOC-VCPH分析儀(Shimadezu，Japan)進(jìn)行測(cè)定。氨氮()、硝氮()、總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)、磷酸鹽、SiO2采用紫外分光光度計(jì)(Thermo Evolution300，Thermo Scientific，USA)測(cè)定。水樣金屬離子質(zhì)量濃度由電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES，Optima2100DV，Perkin Elmer，USA)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，Agilent8800，Agilent，USA)測(cè)定，陰離子由離子色譜(IC，ICS-1000，Dionex，USA)測(cè)定。
溶解性有機(jī)物(DOM)組分采用三維熒光光譜儀(3DEEM,F-7000，Hitachi，Japan)測(cè)定，同時(shí)計(jì)算熒光指數(shù)(FI)、生物指數(shù)(BIX)和腐殖化指數(shù)(HIX)。其中FI用于表征腐殖質(zhì)類物質(zhì)來(lái)源，F(xiàn)I 1.9時(shí)表現(xiàn)為自生源，此外還可表征DOM的芳香性，其值與芳香性成反比；BIX用于表征DOM的新鮮度，BIX>1時(shí)表明DOM為短期內(nèi)產(chǎn)生的自生源；HIX用于表征DOM的腐熟程度，其值與DOM腐熟程度成正比。其后進(jìn)一步采用平行因子分析進(jìn)行有機(jī)物的識(shí)別，并通過(guò)熒光區(qū)域積分法計(jì)算不同組分有機(jī)物的相對(duì)占比。
污染膜形貌特征采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(FE-SEM，HITACHI SU8020，Hitachi， Japan)在15KV加速電壓下進(jìn)行觀測(cè)，膜表面元素分析采用SEM-EDS(Element E1868-C2B，Ametek，USA)在10KV加速電壓下進(jìn)行分析，樣品觀測(cè)前進(jìn)行噴金(HITACHI E-1010 Ion Sputtering device，Hitachi，Japan)處理增強(qiáng)其導(dǎo)電性。
2、結(jié)果與討論
2.1 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)變化特征
連續(xù)3 d對(duì)工藝不同位置的水樣進(jìn)行分析，水質(zhì)指標(biāo)變化如圖2所示。前端的原水經(jīng)預(yù)處理后HERO進(jìn)水的pH、電導(dǎo)率、COD、TOC、色度、SiO2指標(biāo)分別為(7.73±0.10)、(29.87±1.36) mS·cm?1、(576±109.12) mg·L?1、(52.84±3.38) mg·L?1、(29±6)倍、(80.65±10.96) mg·L?1。系統(tǒng)進(jìn)水指標(biāo)在取樣周期內(nèi)較為穩(wěn)定。澄清池中投加混凝劑、殺菌劑及除硬藥劑，混凝劑水解后形成難溶性金屬氫氧化物，可以吸附廢水中溶解性SiO2與膠體SiO2，并與硅酸化合物進(jìn)行離子交換形成難溶的硅酸鹽，因此，經(jīng)澄清池處理后SiO2質(zhì)量濃度下降，其去除率為29.43%。可見(jiàn)預(yù)處理階段對(duì)硅的去除率有限，原因可能是停留時(shí)間短且混凝過(guò)程pH為7.84，略小于最佳pH(8)。COD和TOC在預(yù)處理過(guò)程中基本保持不變，表明預(yù)處理對(duì)有機(jī)污染物的去除效果較差。澄清池加藥后電導(dǎo)率、pH、COD指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差均出現(xiàn)增大，現(xiàn)場(chǎng)藥劑投加方式為恒定式，而不同時(shí)間進(jìn)水量不同，因此，工藝可能存在由于藥劑投加過(guò)量導(dǎo)致膜污染風(fēng)險(xiǎn)。。在廢水脫碳后pH被調(diào)節(jié)至10.05±0.36，一方面，一些有機(jī)物在堿性條件下更容易被去除；另一方面，RO進(jìn)水SiO2質(zhì)量濃度較高，RO濃縮端SiO2質(zhì)量濃度超過(guò)其溶解度120~150 mg·L?1，故存在嚴(yán)重的SiO2結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，提升pH可增加其溶解度，有助于緩解SiO2結(jié)垢導(dǎo)致的膜污染。RO是工藝主要的污染物去除單元，其產(chǎn)水電導(dǎo)率、COD、TOC、色度、SiO2指標(biāo)分別為(1.18±0.21) mS·cm?1、(8.00±2.00) mg·L?1、(0.62±0.04)mg·L?1、0倍、(1.63±1.17) mg·L?1，去除率分別為96.05%、98.79%、98.85%、100%、97.13%。RO處理后COD升高4.09倍，電導(dǎo)率、TOC、SiO2分別濃縮2.25、1.81、2.26倍，表明與SiO2相比有機(jī)物更容易粘附在膜表面。因此，RO存在有機(jī)污染潛勢(shì)，需在預(yù)處理階段強(qiáng)化有機(jī)物的去除。
如圖3所示，工藝進(jìn)水氮質(zhì)量濃度較高且以硝態(tài)氮為主，預(yù)處理對(duì)氮質(zhì)量濃度的影響較小，氮主要通過(guò)RO去除，RO過(guò)程對(duì)總氮、硝氮、氨氮的去除率分別為75.19%、79.98%、38.65%，氨氮的去除效果較差。工藝進(jìn)水總磷、溶解性總磷、磷酸鹽質(zhì)量濃度分別為(0.31±0.02)、(0.30±0.04)、(0.03±0.01) mg·L?1，進(jìn)水磷質(zhì)量濃度較低，且以有機(jī)磷為主。經(jīng)澄清池處理后磷質(zhì)量濃度降低，主要由于混凝劑水解產(chǎn)物具有較好的磷吸附性能。在保安過(guò)濾器進(jìn)水處總磷及溶解性總磷質(zhì)量濃度升高，其可能原因是阻垢劑的投加導(dǎo)致，因此，存在形成更高聚合強(qiáng)度的生物膜的風(fēng)險(xiǎn)，使RO清洗效果變差。RO是磷的主要去除單元，經(jīng)RO處理后總磷、溶解性總磷、磷酸鹽的去除率分別為98.86%、97.89%、100%，去除效果較好。
為進(jìn)一步研究HERO的脫鹽效能及其對(duì)RO膜污堵的影響，分析了陰陽(yáng)離子的變化情況。如表1所示，工藝進(jìn)水主要陽(yáng)離子為Na+，主要陰離子為Cl?、、，因此，HERO工藝廢水水質(zhì)類型為Na+-Cl?-類型。工藝進(jìn)水總鹽度約為21.07‰，Na+、Cl?、、對(duì)鹽度的貢獻(xiàn)率分別為37.44%、33.76%、27.28%、1.5%。工藝進(jìn)水鈣鎂離子質(zhì)量濃度較低，且主要通過(guò)澄清池與弱酸陽(yáng)床去除，澄清池和弱酸陽(yáng)床對(duì)鈣、鎂離子的去除率分別為68.6%、90.8%和74.7%、91.3%，弱酸陽(yáng)床產(chǎn)水中鈣鎂離子含量均小于0.01 mg·L?1，可以認(rèn)為RO過(guò)程不存在顯著的鈣鎂結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，但由于加藥量恒定，當(dāng)工藝來(lái)水量較大時(shí)可能對(duì)預(yù)處理除硬效果產(chǎn)生沖擊。此外，值得注意的是，在預(yù)處理階段鈣鎂離子的去除并未導(dǎo)致水中電導(dǎo)率發(fā)生明顯變化，一方面是由于鈣鎂離子質(zhì)量濃度較低；另一方面因?yàn)槿跛彡?yáng)床除硬度是以離子交換的方式，去除硬度離子的同時(shí)置換出等價(jià)態(tài)的鈉離子或氫離子，因此，對(duì)電導(dǎo)率影響較小。其他離子主要通過(guò)RO去除，RO對(duì)Na+、Cl?、、的去除率分別為97.21%、97.11%、100%、94.41%，整體脫鹽性能較好。經(jīng)RO濃縮后，廢水鹽度達(dá)58.22‰，濃縮倍數(shù)約2.76倍，可以保證蒸發(fā)結(jié)晶單元的高效運(yùn)行。
總的來(lái)說(shuō)，在HERO工藝中，除鈣鎂離子外，其他污染物主要通過(guò)RO去除，產(chǎn)水水質(zhì)滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19923-2005)，重點(diǎn)污染物COD≤60 mg· L?1、SiO2≤50 mg·L?1，表現(xiàn)了HERO工藝在煤化工廢水零排放中的重要的作用。通過(guò)對(duì)工藝水質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)RO進(jìn)水鈣鎂離子幾乎為零，但SiO2質(zhì)量濃度達(dá)(56.87±8.00) mg·L?1，SiO2是煤化工廢水中常見(jiàn)的污染物，易與有機(jī)物結(jié)合形成嚴(yán)重的膜堵塞，因此，其可能成為煤化工廢水HERO過(guò)程的重要污堵物質(zhì)，對(duì)HERO的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響，需要進(jìn)一步重點(diǎn)關(guān)注。
2.2 DOM分析
有機(jī)物是影響HERO運(yùn)行穩(wěn)定性及造成膜污染的重要原因，因此，進(jìn)一步開展了水中DOM的分析。如圖4所示，工藝進(jìn)水DOM主要組成為腐殖酸類(Ⅴ區(qū))和SMP類物質(zhì)(Ⅳ區(qū))。已有較多研究表明，腐殖酸類和SMP類物質(zhì)是煤化工循環(huán)廢水DOM的主要組分，且煤化工廢水腐殖酸類物質(zhì)可能與高環(huán)化合物，如多環(huán)芳烴等有關(guān)，其有效降解較為困難，因此，重點(diǎn)關(guān)注了腐殖酸類物質(zhì)在工藝中的變化情況。澄清池混凝反應(yīng)生成的金屬氫氧化物可以吸附廢水中大分子腐殖酸類物質(zhì)，因此，經(jīng)澄清池處理后腐殖酸類物質(zhì)熒光強(qiáng)度有所降低，而TOC在此階段并沒(méi)有明顯下降，原因可能是熒光性DOM占總體有機(jī)污染物的比例較低。RO處理后大部分熒光性有機(jī)物被去除，濃水熒光光譜(圖4(d))中峰P1、P2、P3熒光強(qiáng)度分別升高了1.85、3.42、2.61倍，RO產(chǎn)水中SMP類物質(zhì)成為有機(jī)物主要成分，因此，相對(duì)于P1、P2位置的腐殖酸類物質(zhì)，RO對(duì)P1位置的SMP類物質(zhì)的去除效果較差，主要原因是SMP類物質(zhì)的變化不僅僅與膜過(guò)濾有關(guān)，還受到膜面微生物活動(dòng)的影響。而RO對(duì)腐殖酸類物質(zhì)去除效果較好，這一結(jié)論與李晨璐等的研究結(jié)果相似，但由于進(jìn)水成分不同，他們的研究中RO產(chǎn)水中的主要污染物為更容易跨膜傳質(zhì)的小分子絡(luò)氨酸類蛋白質(zhì)。
進(jìn)一步分析DOM的性質(zhì)與組成在HERO中的變化。如圖4(f)所示，流程水樣熒光指數(shù)FI在2.42~2.51(>1.9)，表明腐殖質(zhì)類有機(jī)物來(lái)源主要為內(nèi)源性DOM，與細(xì)菌和或藻類的生物活動(dòng)有關(guān)。此外，RO產(chǎn)水的FI值最大，表明RO處理后水樣芳香性降低。BIX均>1，RO產(chǎn)水位置出現(xiàn)顯著上升，表明SMP類物質(zhì)有機(jī)物主要為短期內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)菌和微生物引起的自生源；HIX均小于1，且在RO產(chǎn)水位置出現(xiàn)明顯下降，表明水樣經(jīng)RO處理后腐熟化程度顯著下降，主要與RO對(duì)腐殖酸類物質(zhì)較好的去除效果有關(guān)。對(duì)水樣熒光指數(shù)分析結(jié)果表明廢水中DOM均與微生物活動(dòng)有關(guān)，導(dǎo)致RO過(guò)程有機(jī)負(fù)荷進(jìn)一步增大，RO過(guò)程具有一定的微生物污染潛勢(shì)，因此，預(yù)處理階段需進(jìn)一步強(qiáng)化殺菌措施。
進(jìn)一步采用平行因子分析方法對(duì)水樣中的DOM進(jìn)行關(guān)鍵組分進(jìn)行識(shí)別。如圖5所示，識(shí)別出了煤化工廢水處理過(guò)程中的DOM主要有3個(gè)典型組成。組分1的吸收峰位于260 nm、320 nm/400 nm(Ex/Em)，是以富里酸為代表的短波類腐殖質(zhì)類物質(zhì)；組分2的吸收峰位于280 nm/370 nm(Ex/Em)，是浮游生物和微生物產(chǎn)生的SMP類物質(zhì)；組分3的吸收峰位于265 nm、365 nm/440 nm (Ex/Em)，是以腐殖酸為代表的長(zhǎng)波類腐殖類物質(zhì)。根據(jù)3組分的相對(duì)占比，腐殖酸物質(zhì)是廢水DOM中的主要物質(zhì)，占比達(dá)74%，RO產(chǎn)水中組分2比例明顯上升達(dá)86%，表明RO對(duì)腐殖酸類物質(zhì)截留效果較好，與水質(zhì)熒光數(shù)據(jù)結(jié)果相同。
2.3 膜污染特征分析
通過(guò)水質(zhì)分析，HERO具有較好的濃縮和污染物去除效果，可以保障煤化工廢水的進(jìn)一步蒸發(fā)結(jié)晶處理。但水質(zhì)分析也表明存在一定的膜污染風(fēng)險(xiǎn)，因此，通過(guò)SEM及EDS對(duì)污染膜形貌進(jìn)行表征。如圖6所示，1段第1根膜表面污染層形貌與2段最后1根膜表面污染層形貌存在明顯差異，表明膜系統(tǒng)中膜污染存在顯著的分布現(xiàn)象。1段RO污染程度顯著高于2段，1段RO膜表面被污染層完全覆蓋，而2段RO膜表面仍存在部分未完全覆蓋的膜表面(圖6(d))。相對(duì)于2段RO，1段RO膜表面存在類膠體狀污染層(圖6(b))，前文水質(zhì)分析表明RO進(jìn)水中主要的污染物組成為有機(jī)物與SiO2，而SiO2是無(wú)定形污染物可以以溶解態(tài)、聚合態(tài)、膠體態(tài)、及顆粒態(tài)的形式存在，RO過(guò)程中的SiO2結(jié)垢主要通過(guò)沉積、聚合、金屬硅酸鹽沉淀及廢水中形成膠體/顆粒狀SiO2的積累形成。同時(shí)，膠體SiO2與HA間存在與pH相關(guān)的協(xié)同效應(yīng)，可以對(duì)膜污染形成過(guò)程產(chǎn)生重要影響，溶解性SiO2可以與有一些機(jī)物中的羧基基團(tuán)通過(guò)氫鍵相互作用形成更加嚴(yán)重的膜污染。因此，結(jié)合EDS的元素分布結(jié)果圖7，判斷類膠體狀污染物可能為溶解性SiO2與有機(jī)物的耦合產(chǎn)物或膠體狀SiO2聚合小分子有機(jī)物后粘附在膜表面導(dǎo)致。2段RO膜膠體狀污染物減少，顆粒狀污染物明顯增加(圖6(e))，主要原因是，隨著濃差極化效應(yīng)的加劇，SiO2質(zhì)量濃度不斷升高，前文水質(zhì)分析結(jié)果表明RO濃水的SiO2質(zhì)量濃度為(128.76±27.41) mg·L?1，而2段RO濃水端的SiO2質(zhì)量濃度與濃水較為相近，因此，SiO2質(zhì)量濃度超過(guò)其溶解度(120 mg·L?1)，特別是在濃差極化的作用下，易在濃縮端發(fā)生體相結(jié)晶形成顆粒狀SiO2。值得注意的是，在圖7(a)中的較大的顆粒狀污染物僅表現(xiàn)為硅、氧、鋁的協(xié)同，并不包含碳元素，這表明2段最后1根膜表面顆粒狀污染物是以無(wú)機(jī)硅化合物(主要為SiO2)的形態(tài)存在，且與Al形成復(fù)合污染。Al可能來(lái)源于預(yù)處理過(guò)程混凝劑的投加。此外，在1段第1根膜及2段最后1根膜表面均發(fā)現(xiàn)微生物活動(dòng)產(chǎn)生的絲狀污染物及橢球狀微生物的存在(圖6(c)和圖6(f))，因此可以判斷膜污染主要由有機(jī)物與硅耦合物、SiO2及微生物污染導(dǎo)致，且微生物活動(dòng)產(chǎn)生的絲狀物與顆粒狀SiO2及膠體狀耦合物相互作用形成更緊密的污染層可能是膜清洗效果差、清洗頻繁的重要原因之一。
2.4 問(wèn)題分析及建議
在HERO處理工藝中，澄清池對(duì)鈣鎂離子、有機(jī)物、SiO2等均有一定的去除作用，但由于pH或停留時(shí)間不適宜，導(dǎo)致硅與有機(jī)物去除效果不佳。此外，磷基阻垢劑的使用無(wú)意中增加了RO進(jìn)水磷含量，可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的膜污堵。藥劑投加量為恒定式，無(wú)法隨進(jìn)水量的變化而變化，導(dǎo)致工藝存在藥劑投加過(guò)量現(xiàn)象，進(jìn)而存在潛在的膜污染風(fēng)險(xiǎn)。工藝流程中鈣鎂硬度離子得到了較好地控制，RO處理單元不存在鈣鎂結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，但進(jìn)水SiO2質(zhì)量濃度較高，且預(yù)處理階段沒(méi)有針對(duì)SiO2的有效控制措施，導(dǎo)致1段第1根膜表面行成以有機(jī)物和硅耦合物為主的膜污染層，最后1根膜表面形成以有機(jī)物和硅耦合物、顆粒狀SiO2為主的污染層。同時(shí)值得注意的是，殘余的混凝劑也是形成復(fù)合污染的重要原因。處理系統(tǒng)中廢水DOM主要成分為以生物源為主的腐殖酸類和SMP類物質(zhì)，表明存在較為嚴(yán)重的生物污染風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)膜SEM在兩根膜表面均發(fā)現(xiàn)明顯的微生物存在的證據(jù)，綜合多種分析表明嚴(yán)重的膜污染是由有機(jī)物和硅耦合物、顆粒狀硅氧化合物及微生物的相互作用導(dǎo)致。因此，進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)處理方案及膜清洗策略對(duì)緩解膜污染至關(guān)重要。結(jié)合工藝預(yù)處理效果及RO過(guò)程膜污染特征提出5點(diǎn)建議。1)在澄清池階段投加針對(duì)SiO2的去除藥劑(如適量的鎂化合物)，或增加廢水在澄清池的停留時(shí)間，以增強(qiáng)工藝預(yù)處理階段對(duì)硅的去除效率，減輕RO單元硅污染壓力。2) 預(yù)處理過(guò)程混凝劑、阻垢劑等藥劑的投加需要采取更智能化的投加方案，避免過(guò)量投加帶來(lái)的二次污染。3)更換不含磷的阻垢劑，降低由于磷質(zhì)量濃度增加導(dǎo)致的膜污染風(fēng)險(xiǎn)。4)廢水中有機(jī)物來(lái)源主要為生物源，因此需進(jìn)一步強(qiáng)化預(yù)處理及RO階段的殺菌措施，減輕RO過(guò)程有機(jī)負(fù)荷。5) 膜化學(xué)清洗應(yīng)重點(diǎn)使用針對(duì)有機(jī)物及硅垢的堿性清洗劑，并可考慮使用高濃度殺菌劑對(duì)膜進(jìn)行清洗，以進(jìn)一步防止膜面生物污染。
3、結(jié)論
1)HERO工藝可以在高鹽度進(jìn)水條件下穩(wěn)定脫鹽，產(chǎn)水SiO2、COD等指標(biāo)均滿足工業(yè)廢水循環(huán)利用標(biāo)準(zhǔn)，但預(yù)處理階段對(duì)有機(jī)物及SiO2的控制效果不佳，磷基阻垢劑的使用及混凝劑等藥劑的不適量投加也可能進(jìn)一步加劇膜污堵風(fēng)險(xiǎn)。
2)廢水中DOM主要為生物源的腐殖酸類與SMP類物質(zhì)，腐殖酸類有機(jī)物占比可達(dá)74%，易與SiO2發(fā)生協(xié)同作用形成嚴(yán)重的膜污染。
3)兩段RO過(guò)程均呈現(xiàn)以硅與有機(jī)物耦合物、微生物及其代謝產(chǎn)物為主的膜污染層，但隨著RO膜的濃縮在2段最后1根膜表面形成大量顆粒狀SiO2垢，導(dǎo)致更復(fù)雜的膜污染層形成。
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