废水零排放多级浓缩系统中反渗透膜元件的应用
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。
1、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
2、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，浓水反渗透及提浓。以下分别介绍这三级反渗透工艺的设计选型。
2.1 一级反渗透系统
2.1.1 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。
2.1.2 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。
2.2 浓水反渗透系统的设计
2.2.1 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，SO2－4为1460mg/L，CODCr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CODCr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。
2.2.2 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。
2.3 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。
3、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。
每种反渗透膜元件膜本身特点不同，使用注意事项不同，下面进行详细分析。
3.1 一级反渗透膜
一级反渗透选择型号为BW30－400/34i的低污染苦咸水反渗透膜元件。该种型号的膜元件型号有如下特点:
①进水流道为34mil，降低污堵对压力容器内压降的影响，增强了清洗效果。
②采用端面自锁技术，消除了因O型密封圈泄露造成产水水质下降的风险。
③该膜产品与抗污染反渗透膜相比，单支成本要低大约10%。
一级反渗透我们选用普通苦咸水反渗透膜元件，是基于在进入反渗透前，已经做了充分的预处理。通过BAF池+机加池+滤池+超滤，很好地将原水中的COD、氨氮、SS加以控制。配以一级反渗透进水前加入的阻垢剂，我们能够将反渗透的回收率设计到70%，最大程度提高一级反渗透产水回收率。
3.2 浓水反渗透膜浓水
反渗透选择型号为BW30FR－400/34i的耐污染反渗透膜元件。该种型号的膜元件型号有如下特点:
①进水流道为34mil，降低污堵对压力容器内压降的影响，增强了清洗效果。
②采用端面自锁技术，消除了因O型密封圈泄露造成产水水质下降的风险。
③该膜产品与普通苦咸水反渗透膜相比，膜表面采用特殊工艺处理，改变了膜表面的电荷性及光滑度，增加了膜表面的亲水性，减小了污染物及微生物在膜表面的附着，具有更强的抗结垢和抗有机物、微生物污染的性能，从而降低膜元件污染速度，延长使用寿命。
浓水反渗透的预处理，利用反应沉淀池+管式超滤+活性炭的组合，最大程度地保证了进入浓水反渗透水质中的颗粒杂质、COD等得到很好地去除。
3.3 提浓阶段的DTRO膜
第三级提浓选择了碟片式DTRO膜元件，该膜元件有如下特点:
①DTRO元件入水流道短，消除了浓度极化。
②膜表面和配流盘之间的通道的间距在2mm以上，这种开敞式通道的独特设计，使得原水即使浊度高至80NTU仍可正常工作，可以简化预处理。较宽的通道也可以承受更快的膜表面液体流速，高达0.4m/s的膜表面流速可以大大降低浓差极化的可能性。③由于配流盘上的凸点造成膜表面的水流成湍流状态，使得膜表面的污染和结垢概率小，膜稳定性高。考虑到浓水反渗透的浓水含盐量及COD含量非常高，在不适宜使用传统卷式反渗透膜元件时，选择能耐受高污染及高盐分的DTRO膜元件，保证高产水率的同时兼顾系统的稳定。
4、结语
根据来水水质不同，产水用途不同，反渗透系统的设计和选型有着多种选择。常规螺旋卷式反渗透膜因用途不同分为苦咸水膜、低能耗膜、抗污染膜、海水膜等不同产品。近年来由于零排放技术的发展，DTRO膜及网管式反渗透膜(STRO)膜也得到广泛应用。在同一个系统中，尤其是零排放系统这种流程长，工况复杂的系统，如何选择及设计反渗透系统将会是整个零排放健康运行的关键。在整个系统的设计选型中，必须要做到以下几点:
①零排放系统的来水一般水质较为复杂，必须采用完善的预处理，保证进入反渗透系统的水质符合相应的反渗透膜进水工况标准。
②工程项目上膜的选择必须考虑性价比，若来水水质可控，预处理完善，含盐量不高时，可选择普通苦咸水反渗透膜元件。
③对于浓缩过的水质，一般建议推荐抗污染反渗透膜元件，且回收率不宜过高。
④DTRO膜因其特殊的碟片式膜结构，可以耐受较高浊度的进水水质，不易污染，适用于高盐高污染的膜浓缩系统。推荐用于零排放进入蒸发系统的最后一次膜浓缩系统。（来源：中电环保股份有限公司）