雷慶鐸，申 振，趙艷霞

（華北水利水電學(xué)院 環(huán)境工程實驗中心，河南 鄭州 450011）

有機硅生產(chǎn)廢水的處理及膜污染控制

雷慶鐸，申 振，趙艷霞

（華北水利水電學(xué)院 環(huán)境工程實驗中心，河南 鄭州 450011）

采用三級過濾—反滲透膜脫鹽—多效蒸發(fā)聯(lián)合工藝處理有機硅生產(chǎn)廢水，并對反滲透膜的污染控制進行了研究。實驗結(jié)果表明：高壓膜脫鹽率為96 %左右，低壓膜脫鹽率為95 %左右；膜系統(tǒng)COD去除率基本上穩(wěn)定在98.25%，出水COD穩(wěn)定在60 mg/L以下。針對膜污染問題，采用在線沖洗與不定期清洗相結(jié)合，有效改善了反滲透膜的污染狀況，延長了膜的使用壽命。

反滲透膜；有機硅；電導(dǎo)率；清洗；膜污染；廢水處理

隨著人民生活水平和綜合國力的提高，有機硅單體及有機硅材料的需求迅速增加［1］。近10年來，我國有機硅單體的年需求增長率均在20%以上［2］。有機硅生產(chǎn)工藝主要包括氯甲烷合成、有機氯硅烷單體合成及有機硅高聚物合成等幾個步驟［3-5］。有機硅生產(chǎn)廢水中有機物成分復(fù)雜，且難以生化降解，直接生化處理很難達到排放要求。目前，關(guān)于有機硅生產(chǎn)廢水處理的研究較少。顧曉揚等［6］采用Fenton試劑氧化法處理含有機硅的模擬廢水，取得了很好的效果。袁勁松等［7］采用接觸氧化工藝對晨光化工研究院的有機硅廢水進行處理，取得了較好的效果。Bansal［8］采用UCARSEP型無機超濾膜對有機硅生產(chǎn)廢水進行過濾處理，油的截留率高達98.5%。隨著膜科學(xué)的發(fā)展，膜技術(shù)在處理該類廢水中得到了很大應(yīng)用［9-13］。

本工作基于山西某有機硅廠生產(chǎn)廢水處理改造項目，通過對水質(zhì)及膜分離濃縮性能參數(shù)的分析，確定采用三級過濾—反滲透膜脫鹽—多效蒸發(fā)聯(lián)合工藝。該方法與常規(guī)方法相比技術(shù)先進，占地面積小，運行管理簡單，處理效益高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.1.1 廢水水質(zhì)

有機硅生產(chǎn)廢水取自山西某有機硅廠，主要包括氯甲烷合成及聚硅氧烷合成車間產(chǎn)生的濃酸水、各車間排污產(chǎn)生的稀酸水。根據(jù)水質(zhì)、水量情況將濃酸水和稀酸水分開處理。有機硅生產(chǎn)廢水水質(zhì)見表1。

1.1.2 膜性能

SG 8 0 4 0 M 1 0 0 1型低壓反滲透膜、SC8040M 1001型高壓反滲透膜：海德能公司。膜性能參數(shù)見表2。

表1 有機硅生產(chǎn)廢水水質(zhì)

表2 膜性能參數(shù)

1.2 工藝流程

有機硅生產(chǎn)廢水處理工藝流程見圖1。稀酸水經(jīng)1#集水池進入中和反應(yīng)槽進行中和反應(yīng)，然后進入沉降罐，上清液進入1#沉淀池，實時監(jiān)測廢水pH進行微調(diào)。

沉淀池的上清液經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、陶瓷過濾器、精密過濾器過濾后進入反滲透膜處理系統(tǒng)，進一步濃縮鹽分和有機物。淡水最終回流到清水池，濃鹽水回流到2#沉淀池。濃酸水經(jīng)過2#集水池進入中和反應(yīng)槽進行中和反應(yīng)，泥水通過臥式離心機分離，上清液經(jīng)2#沉淀池進入多效蒸發(fā)系統(tǒng)分離回收氯化鈣和氯化鈉。

圖1 有機硅生產(chǎn)廢水處理工藝流程

1.3 膜污染控制方法

膜污染主要有膜表面覆蓋污染和膜孔阻塞污染［14］。根據(jù)反滲透膜的性能參數(shù)，膜系統(tǒng)的最大跨膜壓差（TMP）控制在0.3 MPa左右。該膜處理系統(tǒng)采用間歇式在線沖洗與不定期清洗相結(jié)合，并增設(shè)阻垢加藥系統(tǒng)。高壓反滲透膜裝置的在線沖洗定為每運行2 h沖洗1 m in，低壓反滲透膜裝置的在線沖洗定為每運行6 h沖洗1 m in。不定期清洗周期在在線沖洗無法改善膜性能的情況下，根據(jù)膜的污染程度確定。清洗液中三聚磷酸鈉質(zhì)量分數(shù)為2 %、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量分數(shù)為0.25 %，pH 10.0，水溫40 ℃。

2 工程運行參數(shù)分析

2.1 高壓反滲透膜裝置進出水電導(dǎo)率變化及脫鹽效果

高壓反滲透膜進出水電導(dǎo)率及脫鹽率隨運行時間的變化見圖2。由圖2可見：在運行的25 d內(nèi)，高壓反滲透膜進水電導(dǎo)率的范圍為2 400～3 200 μs/cm，出水電導(dǎo)率基本維持在100 μs/cm左右；脫鹽率隨進水水質(zhì)的變化略有波動，基本保持在96 %左右，達到了初步脫鹽的目的。

圖2 高壓反滲透膜進出水電導(dǎo)率及脫鹽率隨運行時間的變化

2.2 低壓反滲透膜裝置進出水電導(dǎo)率變化及脫鹽效果

低壓反滲透膜進出水電導(dǎo)率及脫鹽率隨運行時間的變化見圖3。由圖3可見：在運行的25 d內(nèi)，低壓反滲透膜進水電導(dǎo)率的范圍為80～120 μs/cm，出水電導(dǎo)率基本維持在10 μs/cm左右；脫鹽率基本保持在95 %左右。由于經(jīng)過高壓反滲透膜裝置的處理，進水中大部分的鹽分及溶解性有機物被截留，使得低壓反滲透膜的進水水質(zhì)較好，對于膜的污染相對較小，出水穩(wěn)定，清洗周期長。

圖3 低壓反滲透膜進出水電導(dǎo)率及脫鹽率隨運行時間的變化

2.3 膜系統(tǒng)COD去除效果

該有機硅廢水處理工藝中的膜系統(tǒng)由多介質(zhì)過濾器、陶瓷過濾器和精密過濾器組成的膜前預(yù)處理系統(tǒng)和高、低壓反滲透膜主體裝置構(gòu)成。由圖4可見：膜系統(tǒng)進水COD為2 400 ～3 400 mg/L，出水COD穩(wěn)定在60 mg/L以下；COD去除率基本穩(wěn)定在98.25%。處理后廢水可回用作系統(tǒng)中水冷電機設(shè)備所需的循環(huán)冷卻水。由于系統(tǒng)受到有機物的污染，隨運行時間的延長，COD去除率會有所下降。通過將膜前過濾器的清洗與膜的沖洗清洗相結(jié)合，這種污染現(xiàn)象會得到很大程度的控制。

圖4 膜系統(tǒng)進出水COD及COD去除率隨運行時間的變化

3 膜污染與控制

由于低壓反滲透膜裝置的進水水質(zhì)較好、且穩(wěn)定，在該項目運行的三個月內(nèi)還未進行不定期清洗操作，所以只針對高壓反滲透膜裝置進行沖洗及清洗前后的參數(shù)對比分析。未進行沖洗及清洗時TMP和膜通量隨運行時間的變化見圖5。

圖5 未進行沖洗及清洗時TMP和膜通量隨運行時間的變化

由圖5可見：隨運行時間的延長，TMP逐漸增大；在前2.5 d，TMP增幅較快；2.5 d后TMP增勢逐漸變緩；4.5 d后TMP又出現(xiàn)了快速增加的趨勢；在運行的5 d內(nèi)，TMP由0.10 MPa升至0.31 MPa。由圖5還可見，隨運行時間的延長，膜通量逐漸降低。在運行的5 d內(nèi)，膜通量降幅達13%。這是由于開始階段，鹽含量高，電導(dǎo)率大，有機物含量較高，很容易在膜表面富集，隨著富集離子濃度的增大，在膜表面結(jié)晶并沉積，形成污垢，使得膜通量快速降低、TMP升高，此階段主要是濃差極化現(xiàn)象。隨著污染的進一步加重，膠體及有機物的沉積可能會引起輕度的膜污染現(xiàn)象，膜性能進一步惡化，此時須停車進行膜清洗。

進行沖洗及清洗后TMP和膜通量隨運行時間的變化見圖6。由圖6可見：由于進行了在線沖洗，系統(tǒng)可連續(xù)運行30 d；在31 d進行了不定期清洗，清洗后膜通量升高、TMP降低，基本回到運行初期的水平。由于進行了在線沖洗和不定期清洗，系統(tǒng)整個運行周期較未沖洗和清洗時延長了26 d，同時有效保證了膜的運行質(zhì)量。

圖6 進行沖洗及清洗后TMP和膜通量隨運行時間的變化

4 結(jié)論

a）采用三級過濾—反滲透膜脫鹽—多效蒸發(fā)聯(lián)合工藝處理有機硅廠生產(chǎn)廢水。在高壓反滲透膜進水電導(dǎo)率為2 400～3 200 μs/cm的條件下，高壓反滲透膜出水電導(dǎo)率基本維持在100 μs/cm左右，低壓反滲透膜出水電導(dǎo)率維持在10 μs/cm左右。在膜系統(tǒng)進水COD為2 400～3 400 mg/L的條件下，出水COD穩(wěn)定在60 mg/L以下，膜系統(tǒng)的COD去除率基本穩(wěn)定在98.25%。

b） 采用在線沖洗與不定期清洗相結(jié)合的方式對膜系統(tǒng)進行清洗，高壓反滲透膜裝置的在線沖洗為每運行2 h沖洗1 m in，低壓反滲透膜裝置的在線沖洗為每運行6 h沖洗1 m in。進行在線沖洗和不定期清洗可使系統(tǒng)的整個運行周期延長26 d，同時有效保證膜的運行質(zhì)量。

［1］ 孫小星，郭紅霞，梁英華，等. 有機硅化合物應(yīng)用進展［J］. 化工生產(chǎn)與技術(shù)，2007，14（2）：51 - 54.

［2］ 李芳軍. 有機硅廢水綜合處理的實驗研究［J］. 清洗世界，2010，26（5）：12 - 14.

［3］ Charles J，F(xiàn)lynn M. Hydrolysis of inorganic iron(Ⅲ) salts［J］. Chem Rev，1984，84（1）：31 - 41.

［4］ 周勤，譚軍，張愛霞，等. 2007年國外有機硅進展［J］. 有機硅材料，2008，22（4）：232 - 245.

［5］ 張愛霞. 2004年國內(nèi)有機硅進展［J］. 有機硅材料，2005，3（9）：4 - 7.

［6］ 顧曉揚，汪曉軍，陳思莉，等. Fenton試劑氧化處理含有機硅廢水的研究［J］. 印染助劑，2007，24（7）：29 - 31.

［7］ 袁勁松，張在利，吳海峰. 高濃度有機硅廢水生物處理技術(shù)研究［J］. 污染防治技術(shù)，1999，2（21）：7 - 9.

［8］ Bansal I K. Ultrafi ltration of oily wasters from process industries［J］. AIChE，1975，71（151）：93 - 102.

［9］ Bhave R R，F(xiàn)lem ing H L. Removal of oily contamination in wastewater with m icroporus alum ina membranes［J］. AIChE，1988，84（261）：19 - 27.

［10］ Anneli A.Impact of temperature on nitrification in biological activated carbon fi lters used for drinkingwater treatment［J］. Water Res，2001，35（2）：2923 - 2934.

［11］ 鄭宇，顏幼平，陳澤龍. 含酸廢水處理綜述［J］. 廣東化工，2009，36（8）：153 - 155.

［12］ 王剛，余淦申，陸惠民，等. 新型集成膜技術(shù)工業(yè)廢水再生回用處理研究［J］. 水處理技術(shù)，2009，35（10）：101 - 103.

［13］ 李毓亮，金焱，張興文. 反滲透膜污染過程與膜清洗的實驗研究［J］. 水處理技術(shù)，2010，36（3）：46 - 48.

［14］ 王英健. 膜生物反應(yīng)器的膜污染機理及其防治［J］.電力環(huán)境保護，2008，24 （5）：43 - 46.

Treatment of Organosilicon Production W astewater and Control of M embrane Fouling

Lei Qingduo，Shen Zhen，Zhao Yanxia

（Experiment Center for Environmental Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450011，China）

Organosilicon production wastewater was treated by the three-stage fi ltration-reverse osmosis membrane desalination-multiple-effect evaporation. And the control of reverse osmosis membrane fouling was also studied. The experimental results show that：The desalination efficiencies of high pressure membrane and low pressure membrane are about 96% and 95% respectively；The COD removal efficiency of the membrane system is about 98.25% and the effluent COD is below 60 mg/L. The problem of membrane fouling can be solved by online flushing and irregular cleaning，so the service life of the reverse osmosis membrane can be extended.

reverse osmosis membrane；organosilicon；conductivity；cleaning；membrane fouling；wastewater treatment

X783.1

A

1006-1878（2012）03 - 0247 - 04

2012 - 02 - 09；

2012 - 03 - 08。

雷慶鐸（1962—），男，河南省方城市人，大學(xué)，高級實驗師，主要從事污染水域生物修復(fù)及微污染物質(zhì)檢測。電話 13613859052，電郵 leiqingduo@ncwu.edu.cn。聯(lián)系人：申振，電話 18039231355，電郵 shenzhen200521@ 163.com。

（編輯 王 馨）