物化污水處理工藝設計與運行管理
——電鍍、線路板廢水回用系統的設計與運行
郭景奎
（深圳市金達萊環保股份有限公司，深圳 518052）
摘要：本文以電鍍、線路板廢水為例，闡述了回用系統的設計參數和運行中的問題。針對電鍍、線路板廢水的特點，設計了—套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術，已在多家企業成功運行。提出了化學沉淀后立即下調pH值，以控制pH＝5左右的最佳范圍，解釋了阻垢劑的作用和副作用，以及正確化學清洗等問題。并闡明了分水的重要性。
關鍵詞：電鍍；線路板廢水；處理工藝；設計與運行
前言
工業廢水處理回用是緩解市政供水緊張局勢，節約水資源的有效途徑。深圳市政府要求，企業工業廢水經處理達到國家和地方排放標準后，再做深度處理，回用于工業生產，回用比例百分之六十五。
深圳市金達萊
環保股份有限公司針對電鍍、線路板廢水的特點，設計了一套以反滲透薄膜分離過程為核心工藝的廢水處理回用技術。并在比亞迪、富士康、
ASM（先進半導體材料）、華南五金，中山的皆列士多層線路板、昆山的富士康等等企業污水處理回用系統中成功運行。今年又承接了中航集團深南電路、珠海方正電子等數家萬噸/日的線路板廢水回用工程。工業廢水處理回用技術與飲用水處理技術、工業純水處理技術屬于不同的領域。雖然工藝中的核心裝備都是反滲透薄膜分離技術，但是，整個工藝的預處理、后處理以及反滲透本身的設計（如膜元件的選型、進水壓力的選擇、產水通量的設計等等）都是有很大區別的。有些水處理公司做的工業廢水回用工程運行不到半年就報廢了，究其原因可能是多方面的，但是對工業廢水的特點認識不足是主要的。
我們在承建的各電鍍、線路板廢水回用系統的設計也不完全一樣，但基本工藝是相同的。其工藝流程是：
→（化學沉淀上清液）原水池→原水提升泵→一級雙介質過濾器→二級雙介質過濾器→還原劑加藥裝置→（中間水箱→中間水泵→阻垢劑加藥裝置）→保安過濾器→高壓泵→RO系統→產水回用
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濃水再處理達標排放
下面介紹電鍍、線路板廢水處理回用系統的設計與運行，我們所遇到的問題，以及在設計中所采用的實用技術。
1 預處理系統的設計
工業廢水回用系統的預處理工藝，國外已經采用連續微濾（CMF），即所謂雙膜法或叫全膜工藝。連續微濾（CMF）產水SDI≤3，濁度≤1NTU，是反滲透進水的極好水源，能有效的預防反滲透膜元件在運行中發生污堵或結垢現象。毫無疑問，這種工藝是先進的。但是國內大多數企業不愿意接受。因為這種工藝投資較高，暫時還不符合我國國情。
根據電鍍、線路板廢水的特點，我們采用了兩級雙介質過濾器+保安過濾器，作為回用系統的預處理工藝。
1.1 兩級雙介質過濾器的設計
①過濾速度的確定 v＝8～10m。同時據以計算過濾器的直徑。
②濾層厚度的確定 石英砂0.5m、無煙煤0.4m、承托層0.8～1.0m、膨脹系數50%～60%。
③過濾介質的選擇 根據原水污染情況，選配石英砂和無煙煤的粒徑。一級雙介質過濾器石英砂和無煙煤的粒徑略大于二級雙介質過濾器石英砂和無煙煤的粒徑。但無論哪一級過濾器，無煙煤的粒徑均應小于石英砂粒徑的2倍，才能保證反沖洗時分層回落。
④配水“豐”型管的計算 干管始端流速為1.0～1.5m/s、支管始端流速為1.5～2.0m/s、孔眼流速為5～6m/s；支管中心距0.25～0.3m，支管長度與其直徑之比不應大于60倍；孔眼直徑9～12mm。
⑤配氣“豐”型管的計算 管中空氣流速10m/s、空氣從孔眼中的流出速度30～35m/s；孔眼直徑為1.4～2.0mm，孔距：80～90mm。
1.2 為什么采用兩級雙介質過濾器
①提高過濾效果，發揮深層過濾效果。
②保證設備連續運行，反沖洗時不停機，錯開反沖洗，保持至少有一級雙介質過濾器是在壓實的濾床上進行過濾。
③可以提高過濾速度，減小過濾器直徑。
1.3 雙介質過濾器的反沖洗
反沖洗水源：RO濃水、RO產水、自來水或者雙介質過濾器的濾出水。決不能用原水。
①反沖洗水泵：設備選型：臥式不銹鋼離心泵。
流量：Q＝4～6L/㎡s； 揚程：H＝22～30m。
②反沖洗周期：自動控制按時間設定，連續過濾12h反沖洗。手動控制看壓力表，壓力增加0.1MPa反沖洗。
③反沖洗程序：氣洗2min；氣水混和反沖6min；水沖5min。
④空氣壓力：0.2～0.4MPa。
⑤氣洗強度：18L/ ㎡s（4.1m3/min）。
⑥膨脹高度：0.5m左右。
1.4 保安過濾器
保安過濾器屬于保證安全的預處理過濾設備，為防止細小顆粒狀雜質進入高壓泵與反滲透設備內，對高壓泵與RO膜造成機械損傷。該過濾器的殼體選用SUS304不銹鋼材料制作，內裝過濾精度為5μm的PP材質熔噴濾芯。
1.5 還原劑加藥裝置
如果原水中殘存氧化劑或主要污染物質是硅膠、大分子有機物等膠體物質，則投加還原劑亞硫酸氫鈉（SBS）是非常必要的。其配置為容量為100L加藥箱1個，材質為PE，配套計量泵1臺，選用美國帕斯菲達品牌精密計量泵，型號為X100，額定流量為15.77L/h，電機功率為160w，沖程次數為70次/min，最大工作壓力為4.2kg/cm2。 2 反滲透系統的設計
2.1 高壓泵的選型
高壓泵是RO主機的動力設備。設備選型：不銹鋼立式多級離心泵。配套設備：①高壓泵控制柜，②變頻啟動裝置。
流量：Q＝設計進水量；揚程：H＝220m。
2.2 反滲透主機設計
反滲透薄膜分離技術是一種節能、高效、無污染和實用性強的高新技術。其核心是RO膜組件。
主要設計參數：
系統回收率 50%～75%
系統脫鹽率 ≥97%
產水流量 12～17L/㎡h
①膜元件數量計算
設計進水量×系統回收率
膜元件數量 ≈
設計產水流量×單支膜面積
②壓力容器的計算 元件數量除以每只壓力容器可安裝的元件數量。
③段的計算 根據回收率的要求，設計段的數量。一般多采用2：1或4：2或3：2：1結構。
由多少只壓力容器串聯在一起就決定了段數，而每一段都有一定數量的壓力容器并聯組成。系統回收率越高，進水水質越差，系統就應該越長，即串聯的元件就應該越多。
表1 串聯元件的數量與系統回收率和段數的關系
| 系統回收（%） 串聯元件的數量 含6元件壓力容器的段數 |
| 40～60 6 1 70～80 12 2 85～90 18 3 |
2.3 自動沖洗系統的設計
膜元件的污堵或結垢都是在停機狀態下發生的，自動沖洗的作用：停機時用清潔水把膜里的濃縮水置換掉。最簡單的自動沖洗設計是系統準備停機時，高壓泵斷電停止后，延時180秒，再停中間水泵或原水提升泵，讓預處理合格水低壓沖洗、置換膜元件中的濃縮水。然后系統停機。
2.4 化學清洗系統的設計
清洗藥劑數量計算：①每支8040膜元件配藥34L，嚴重污染時配藥55L。②藥洗過濾器的容積。③管道的容積。加起來就是清洗藥劑的數量。
化學清洗水泵選型，不銹鋼多級離心泵，流量：Q＝8～10m3/h ×壓力容器數量； 揚程：H＝40～45m。
2.5 為什么不用離子交換
離子交換技術也是成熟的脫鹽技術。但它所適用的范圍是含鹽量500mg/l以下的水質，而線路板廢水在經過化學沉淀之后，含鹽量仍在660mg/l以上，有時高達1100mg/l以上。如果不用反滲透而用離子交換，則陰陽離子樹脂都會很快飽和，必須頻繁再生，消耗大量酸堿。既增加了運行費用，又增加了勞動強度，同時，造成環境的二次污染。因此，工業廢水處理回用系統中使用離子交換技術是不經濟的，但在工業純水制備上，離子交換技術是少不了的。
3 回用系統設計和運行中要特別注意的問題
3.1 分水
分水不屬于回用技術的范圍，但它是電鍍、線路板廢水回用工程極其重要的環節。分水是為了治水，分而治之。俗話說，沒有包醫百病的藥，當然也沒有包治百水的技術和工藝。電鍍、線路板廢水的不同排水節點，其水中的污染物種類是千差萬別的，同一個排水節點的不同時間排水，其水中污染物濃度也是千變萬化的。必須根據不同排水節點所排污水的污染物種類及其特征，有針對性的采取先進的成熟的處理工藝，有效的去除污染物質，達到國家和地方污水排放標準，這才能作為回用系統的水源。這是電鍍、線路板企業污水處理回用系統設計方案的基礎工作。如果分水不清，必然給污水處理站的調試和運行帶來困難，也給回用水系統預處理工藝的選擇帶來困擾。電鍍、線路板企業的排水節點有60多個，其中40多個排水節點分別歸類為清洗廢水、磨板廢水、酸堿廢水、有機廢水、含銅廢水、含鎳廢水、含氰廢水等7～8類，這些廢水經過不同方法處理后的出水，成為回用系統的水源。上述各類排水合計水量約占線路板企業總排水量的78.8％，基本上可以滿足按總排水量回用65％的要求。 3.2 注意pH值的影響
電鍍、線路板廢水中的含重金屬廢水在化學沉淀之后，必須進行pH值回調，因為當pH＝6時，廢水中即開始生成氫氧化物，沉積在膜的表面發生結垢現象，使產水通量急劇下降。如果達到風險界點pH＝10時，哪怕只有一次，磷酸鹽（如Ca3(PO4)2）的結垢也是不可逆的。系統進水壓力迅速升高，產水通量急劇下降。這時候采用任何藥劑進行化學清洗，都基本上沒有效果。只有提前更換膜元件，才能使系統重新正常運行。
所以，電鍍、線路板廢水回用系統在運行過程中，應隨時監測反滲透設備進水pH值的變化。pH＝5左右是比較適宜的。
3.3 加不加阻垢劑
加阻垢劑是為保護膜元件而采取的措施。如果原水中存在形成硬垢的一些硬度物質，如：Ca(HCO3)2、CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2、MgSO4等，它們在濃水側不斷被濃縮，當其濃度超過它們的溶解度時，便會析出結晶在RO膜表面形成硬垢，不僅降低水通量，還會縮短膜的使用壽命。這時需要投加阻垢劑。但要注意的是：
①所有的阻垢劑都代負電荷，與水中的高分子有機化合物（荷正電）反應，污堵膜面。
②加了阻垢劑，每次停機不得超過4h，不加阻垢劑，每次停機可以超過24h。對于在前處理中已有化學沉淀工藝的回用系統，進水中重金屬含量很低時，可考慮不設計阻垢劑加藥裝置。
3.4 化學清洗問題
普遍關心的問題是：如何判斷膜元件應該清洗？回用系統多長時間化學清洗一次？如何進行化學清洗？
當出現下列情況之一時，膜元件需要清洗：
產水通量降低15%；進水壓力上升15%；透鹽率增加了15%。
電鍍、線路板廢水回用系統23～35天化學清洗一次是正常的。在實際運行中往往2～3個月清洗一次，錯過了清洗的最佳時機，幾倍增加以后清洗的難度。
如何進行化學清洗？
①配制清洗液，清洗液的數量根據元件型號及污染程度而定；
一般污染：每支8英寸膜元件需配制34L清洗液。
嚴重污染：每支8英寸膜元件需配制55L清洗液。
②低流量輸入清洗液，置換原水，原水排掉。低壓力不產水；
③清洗液在膜元件和清洗水箱之間循環30min；
④浸泡5～10h；
⑤高流量水泵循環30～60min，最大允許壓降1bar；
⑥沖洗。預處理的合格產水可做沖洗水。為了防止沉淀，最低清洗溫度為20℃。
清洗液：一般采用0.1%（W）NaOH（氫氧化鈉）。
清洗條件：pH12/30℃。
功能：清除硫酸鹽垢（CaSO4，BaSO4）、無機膠體（淤泥）、硅、微生物膜、有機物等，效果顯著。根據膜污染的類型不同，也可采用不同藥劑配制清洗液。
在酸洗過程中，應隨時檢查清洗液pH值的變化，在溶解無機鹽類沉淀消耗掉部分鹽酸時，如果pH的增加超過0.5個pH值單位，就應該向清洗液內補充酸。酸性清洗液的總循環時間不應超過20min，如超過這一時間，清洗液可能會被清洗下來的無機鹽所飽和，而污染物就會再次沉積在膜表面。此時應用合格預處理產水將膜系統和清洗系統的清洗液置換掉，重新配制清洗液進行第二遍清洗。
Process Design and Operation Management of
Wastewater Treatment by Physical-chemical Methods
—— Design and Operation of Electroplating and PCB Wastewater Reuse SystemGuo Jingkui
GUO Jingkui
Abstract: This paper takes electroplating and PCB wastewater treatment as an example to elucidate the design parameter and operation management of wastewater reuse system. A kind of wastewater reuse system has been successfully used in many companies. Reverse osmosis membrane separation device is the key process of this system. This paper indicates that pH value must be reduced to about 5.0 after chemical precipitation to keep the best efficiency of the process. The effect and side effect of scale inhibitor and correct chemical cleaning method of membrane is also discussed in this paper. The importance of water diversion is illuminated.
Key words: Electroplating; Wastewater of printed circuit board; Treatment process; Process design and operation
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