[摘 要]某化工厂在大检修结束后中水回用系统主要接收循环水清洗预膜置换排水，由于循环水清洗预膜置换排水中所含药剂成分较多，具有高浊度，高铁、高磷、高分散剂、高缓蚀剂成份的水质特点，处理难度较大，对中水回用系统存在一定的影响，为此本文着重从水质指标和运行表象这两个角度分析循环水清洗预膜置换排水对中水回用系统的影响因素，同时就影响因素如何优化进行探索。
[关键词]清洗预膜 中水回用 影响因素 探索
一、引言
随着中国经济迅速发展，用水量大量攀升，水资源紧缺形势日趋严峻，而每年大量工业废水和生活污水排放，不仅污染了环境，也浪费了宝贵水资源。所以我们在加强对现有水资源有效保护、管理和使用的基础上，必须提高水资源重复利用率；因此，实施中水回用是提高中国水资源利用率的必要措施之一，也是企业降低生产成本、节能降耗的重要途径。
某化工厂中水回用系统采用“石灰软化沉淀+双膜法脱盐” 组合的工艺流程，全厂大检修结束开车期间主要接收循环水清洗预膜置换排水，由于循环水清洗预膜置换排水中所含药剂成分多，水质变化大，对中水回用系统存在一定的影响，特别是水中钙、镁、锶、钡、硫酸根、碱度等指标直接影响超滤和反渗透膜的工作性能。在中水回用系统接收循环水清洗预膜排水初期通过现场试验对比、调整优化，确保了前处理出水水质，前处理系统出水稳定后投运后处理双膜系统。从循环水清洗预膜开始到清洗预膜结束中水回用系统共接收循环水清洗预膜置换水30天约40万吨水。
二、中水回用系统流程简介及工艺原理
1、流程简介
中水回用装置主要回收处理净水场排泥水、循环水装置排污水、化学水浓盐水和污水装置处理合格的化工污水，各股来水进入回收水池，经搅拌均质后由回收水泵提升进入高密度沉淀池，投加絮凝剂和石灰乳进行混凝沉淀和除硬。高密池出水浊度控制在3NTU以内，硬度控制在200mg/L以内，通过加酸将pH值调至6～9后再经由V型滤池过滤，将浊度降低至1.5NTU以内。V型滤池出水进入超滤系统，进一步去除水中的胶体、微小悬浮物、大分子有机物和微生物，将出水浊度控制在0.5NTU以内。超滤出水经投加亚硫酸氢钠还原，将余氯控制在0.05mg/L以内，然后进入反渗透系统进行脱盐处理，最终产品水供循环水系统作为补水使用。
2、 工艺原理
2.1石灰软化原理
投加石灰乳液，与碳酸盐硬度发生反应，形成沉淀物被除去，降低水中的总硬度，减轻反渗透单元的运行负荷，并降低反渗透膜精细阻垢剂的用量，节约运行成本。反应方程式如下：
a） 去除暂时硬度，软化水质：
Mg（HCO3）2+2Ca（OH）2=Mg（OH）2+ 2CaCO3+2H2O
Ca（HCO3）2+Ca（OH）2=2CaCO3+2H2O
b） 去除水中CO2，减少腐蚀，提高水的pH值：
CO2 +Ca（OH）2 =CaCO3+H2O
c） 去除水中的总铁：
2Fe3++3Ca（OH）2=3CaCl2+2 Fe（OH）3
d） 去除水中胶体硅，保护反渗透膜不受硅污染：
H2SiO3+Ca（OH）2=CaSi03+H2O
2.2 双膜工艺原理
2.2.1超滤是一种膜分离技术，其膜为多孔性不对称结构。超滤膜的过滤过程是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，入口压力通常为0.03～0.6 MPa，筛分孔径为0.005～0.1μm。
2.2.2反渗透的核心技术是反渗透膜，该膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜，能够在外加压力的作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到水体淡化和净化的目的。
三、循环水清洗预膜期间中水回用水来水水质情况：
1、 来水水质指标（循环水清洗预膜期间）表1：
由上表可以看出，来水总铁和浊度在循环水清洗预膜期间均有超标现象，其余指标都在设计范围之内；清洗预膜期间循环水清洗预膜排水总铁在1.27mg/L～20.6mg/L之间，平均总铁7.47mg/L，远远超回用水来水设计指标≤1.0mg/L，清水池总铁在0.07～2.64 mg/L之间，平均总铁0.31 mg/L，超控制指标<0.2mg/L，高密池对总铁平均去除率达95.9%。
1.1总铁超标原因分析：
循环水清洗预膜期间各套循环水系统均向中水回用系统排水，且此阶段循环水排水总铁均较高，循环水系统总铁平均值达7.47mg/L，且循环水系统一直以500～700t/h量持续置换，所以此阶段回收水池总铁高是由循环水置换水所贡献。
1.2浊度超标原因分析：
循环水清洗预膜期间中水回用系统来水浊度超标，此期间中水回用系统来水只有循环水清洗置换水和化学水浓盐水，而此阶段循环水正处理冲洗阶段排水，置换水浊度较高，化学水的浓盐水特点是低浊度高含盐量，所以基本确定中水回用系统来水浊度高也是循环水占主导地位。
2、高密池出水水质（循环水清洗预膜期间）表2：
由上表看出高密池出水硬度和浊度均偏高，硬度平均值为376 mg/L，超设计指标≤200 mg/L，浊度平均值3.6NTU，超设计指标<3NTU，其余指标均合格。
2.1高密池出水硬度、浊度超标原因分析：
来水水中所含分散剂，絮凝沉淀效果受分散剂影响，形成絮凝沉淀晶核不实，致使形成碳酸钙大颗粒沉淀物较少，出水携带絮体较多，导致出水硬度和浊度偏高，不利于后续膜处理系统稳定运行。
[关键词]清洗预膜 中水回用 影响因素 探索
一、引言
随着中国经济迅速发展，用水量大量攀升，水资源紧缺形势日趋严峻，而每年大量工业废水和生活污水排放，不仅污染了环境，也浪费了宝贵水资源。所以我们在加强对现有水资源有效保护、管理和使用的基础上，必须提高水资源重复利用率；因此，实施中水回用是提高中国水资源利用率的必要措施之一，也是企业降低生产成本、节能降耗的重要途径。
某化工厂中水回用系统采用“石灰软化沉淀+双膜法脱盐” 组合的工艺流程，全厂大检修结束开车期间主要接收循环水清洗预膜置换排水，由于循环水清洗预膜置换排水中所含药剂成分多，水质变化大，对中水回用系统存在一定的影响，特别是水中钙、镁、锶、钡、硫酸根、碱度等指标直接影响超滤和反渗透膜的工作性能。在中水回用系统接收循环水清洗预膜排水初期通过现场试验对比、调整优化，确保了前处理出水水质，前处理系统出水稳定后投运后处理双膜系统。从循环水清洗预膜开始到清洗预膜结束中水回用系统共接收循环水清洗预膜置换水30天约40万吨水。
二、中水回用系统流程简介及工艺原理
1、流程简介
中水回用装置主要回收处理净水场排泥水、循环水装置排污水、化学水浓盐水和污水装置处理合格的化工污水，各股来水进入回收水池，经搅拌均质后由回收水泵提升进入高密度沉淀池，投加絮凝剂和石灰乳进行混凝沉淀和除硬。高密池出水浊度控制在3NTU以内，硬度控制在200mg/L以内，通过加酸将pH值调至6～9后再经由V型滤池过滤，将浊度降低至1.5NTU以内。V型滤池出水进入超滤系统，进一步去除水中的胶体、微小悬浮物、大分子有机物和微生物，将出水浊度控制在0.5NTU以内。超滤出水经投加亚硫酸氢钠还原，将余氯控制在0.05mg/L以内，然后进入反渗透系统进行脱盐处理，最终产品水供循环水系统作为补水使用。
2、 工艺原理
2.1石灰软化原理
投加石灰乳液，与碳酸盐硬度发生反应，形成沉淀物被除去，降低水中的总硬度，减轻反渗透单元的运行负荷，并降低反渗透膜精细阻垢剂的用量，节约运行成本。反应方程式如下：
a） 去除暂时硬度，软化水质：
Mg（HCO3）2+2Ca（OH）2=Mg（OH）2+ 2CaCO3+2H2O
Ca（HCO3）2+Ca（OH）2=2CaCO3+2H2O
b） 去除水中CO2，减少腐蚀，提高水的pH值：
CO2 +Ca（OH）2 =CaCO3+H2O
c） 去除水中的总铁：
2Fe3++3Ca（OH）2=3CaCl2+2 Fe（OH）3
d） 去除水中胶体硅，保护反渗透膜不受硅污染：
H2SiO3+Ca（OH）2=CaSi03+H2O
2.2 双膜工艺原理
2.2.1超滤是一种膜分离技术，其膜为多孔性不对称结构。超滤膜的过滤过程是以膜两侧压差为驱动力，以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程，入口压力通常为0.03～0.6 MPa，筛分孔径为0.005～0.1μm。
2.2.2反渗透的核心技术是反渗透膜，该膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜，能够在外加压力的作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到水体淡化和净化的目的。
三、循环水清洗预膜期间中水回用水来水水质情况：
1、 来水水质指标（循环水清洗预膜期间）表1：
由上表可以看出，来水总铁和浊度在循环水清洗预膜期间均有超标现象，其余指标都在设计范围之内；清洗预膜期间循环水清洗预膜排水总铁在1.27mg/L～20.6mg/L之间，平均总铁7.47mg/L，远远超回用水来水设计指标≤1.0mg/L，清水池总铁在0.07～2.64 mg/L之间，平均总铁0.31 mg/L，超控制指标<0.2mg/L，高密池对总铁平均去除率达95.9%。
1.1总铁超标原因分析：
循环水清洗预膜期间各套循环水系统均向中水回用系统排水，且此阶段循环水排水总铁均较高，循环水系统总铁平均值达7.47mg/L，且循环水系统一直以500～700t/h量持续置换，所以此阶段回收水池总铁高是由循环水置换水所贡献。
1.2浊度超标原因分析：
循环水清洗预膜期间中水回用系统来水浊度超标，此期间中水回用系统来水只有循环水清洗置换水和化学水浓盐水，而此阶段循环水正处理冲洗阶段排水，置换水浊度较高，化学水的浓盐水特点是低浊度高含盐量，所以基本确定中水回用系统来水浊度高也是循环水占主导地位。
2、高密池出水水质（循环水清洗预膜期间）表2：
由上表看出高密池出水硬度和浊度均偏高，硬度平均值为376 mg/L，超设计指标≤200 mg/L，浊度平均值3.6NTU，超设计指标<3NTU，其余指标均合格。
2.1高密池出水硬度、浊度超标原因分析：
来水水中所含分散剂，絮凝沉淀效果受分散剂影响，形成絮凝沉淀晶核不实，致使形成碳酸钙大颗粒沉淀物较少，出水携带絮体较多，导致出水硬度和浊度偏高，不利于后续膜处理系统稳定运行。
四、运行情况：
1、高密池出水浊度平均值在3.6NTU，较正常偏高，造成高密池斜管积泥，V型滤池反洗频次增加，自耗水量增加；
2、超滤系统在前处理系统出水水质稳定投运后，各套超滤进水压力及跨膜压差上涨明显，在循环水清洗预膜期间超滤进水压力由0.08～0.10MPa快速上涨至0.16～0.18MPa之间，跨膜压差由50～60KPa快速上涨至100～130KPa之间；
五、针对运行出现的问题采取的措施：
1、加强来水和产水水质水样监测频次，根据检测水样指标对中水回用水系统及时作出调整，保证中水回用系统良好稳定运行。
2、及时调整超滤运行参数：将超滤制水周期由30分钟调为25分钟，维护性清洗周期由12小时调为6小时；同时对超滤系统进行了常规药剂的化学清洗，化学清洗效果比较好，各套超滤进水压力由0.16～0.18MPa降至0.10MPa左右，跨膜压差由103～130 KPa降至60KPa左右，产水量同比均有升高。
六、超滤进水压力上涨原因分析：
超滤系统化学碱洗后效果较好，证明超滤进水压力上涨主要原因受有机物污染导致，同时也存在胶体污染的可能性；由超滤进水压力、过膜压差、产水量趋势图综合看出，超滤进水压力上涨主要由于有机物污染和胶体污染，因开车初期上游污水装置产水水质有波动，所以超滤膜的有机物污染主要是由于污水产水不好导致；而超滤膜的胶体污染则与来水总铁高有关系，因为来水总铁经回用水前处理系统处理后虽然大部分被去除，但不排除前处理出水带有氢氧化铁胶体颗粒，此胶体颗粒进入超滤系统也会造成超滤系统进水压力高、过膜压差高、产水量下降的现象。
七、结论：
1、循环水清洗预膜置换排水对中水回用系统高密池稳定运行有影响，主要体现在来水总铁较高和高密池出水硬度偏高两方面，高密池出水硬度超设计指标≤200 mg/L，来水总铁超设计指标≤1.0 mg/L；不利于后续膜处理系统的稳定运行。
2、来水受循环水清洗预膜期间分散剂影响，高密池絮凝沉淀效果不好，致使高密沉淀池斜管积泥，不利于高密池长周期稳定运行，且V型滤池反洗频次增加，导致自耗水增加。
3、在膜的运行中超滤膜短时间内体现出进水压力和跨膜压差上涨、产水量降低情况，对此情况只能采取化学清洗措施，若长时间运行，超滤化学清洗次数会进一步增加，随着化学清洗次数的增多，超滤膜丝加速老化，导致产水量降低，反洗自耗水量增加，对超滤膜造成不可逆转的损害。
八、建议
循环水系统尽可能缩短清洗预膜后排水周期，减轻对中水回用系统后处理双膜系统的影响。或者循环水清洗预膜排水期间，中水回用系统停运后处理双膜系统，前处理系统产水直接向循环水供水。
参考文献
[1]《污水综合排放标准》（GB8978-1996）.
[2]《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005）.
[3]《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）.
1、高密池出水浊度平均值在3.6NTU，较正常偏高，造成高密池斜管积泥，V型滤池反洗频次增加，自耗水量增加；
2、超滤系统在前处理系统出水水质稳定投运后，各套超滤进水压力及跨膜压差上涨明显，在循环水清洗预膜期间超滤进水压力由0.08～0.10MPa快速上涨至0.16～0.18MPa之间，跨膜压差由50～60KPa快速上涨至100～130KPa之间；
五、针对运行出现的问题采取的措施：
1、加强来水和产水水质水样监测频次，根据检测水样指标对中水回用水系统及时作出调整，保证中水回用系统良好稳定运行。
2、及时调整超滤运行参数：将超滤制水周期由30分钟调为25分钟，维护性清洗周期由12小时调为6小时；同时对超滤系统进行了常规药剂的化学清洗，化学清洗效果比较好，各套超滤进水压力由0.16～0.18MPa降至0.10MPa左右，跨膜压差由103～130 KPa降至60KPa左右，产水量同比均有升高。
六、超滤进水压力上涨原因分析：
超滤系统化学碱洗后效果较好，证明超滤进水压力上涨主要原因受有机物污染导致，同时也存在胶体污染的可能性；由超滤进水压力、过膜压差、产水量趋势图综合看出，超滤进水压力上涨主要由于有机物污染和胶体污染，因开车初期上游污水装置产水水质有波动，所以超滤膜的有机物污染主要是由于污水产水不好导致；而超滤膜的胶体污染则与来水总铁高有关系，因为来水总铁经回用水前处理系统处理后虽然大部分被去除，但不排除前处理出水带有氢氧化铁胶体颗粒，此胶体颗粒进入超滤系统也会造成超滤系统进水压力高、过膜压差高、产水量下降的现象。
七、结论：
1、循环水清洗预膜置换排水对中水回用系统高密池稳定运行有影响，主要体现在来水总铁较高和高密池出水硬度偏高两方面，高密池出水硬度超设计指标≤200 mg/L，来水总铁超设计指标≤1.0 mg/L；不利于后续膜处理系统的稳定运行。
2、来水受循环水清洗预膜期间分散剂影响，高密池絮凝沉淀效果不好，致使高密沉淀池斜管积泥，不利于高密池长周期稳定运行，且V型滤池反洗频次增加，导致自耗水增加。
3、在膜的运行中超滤膜短时间内体现出进水压力和跨膜压差上涨、产水量降低情况，对此情况只能采取化学清洗措施，若长时间运行，超滤化学清洗次数会进一步增加，随着化学清洗次数的增多，超滤膜丝加速老化，导致产水量降低，反洗自耗水量增加，对超滤膜造成不可逆转的损害。
八、建议
循环水系统尽可能缩短清洗预膜后排水周期，减轻对中水回用系统后处理双膜系统的影响。或者循环水清洗预膜排水期间，中水回用系统停运后处理双膜系统，前处理系统产水直接向循环水供水。
参考文献
[1]《污水综合排放标准》（GB8978-1996）.
[2]《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005）.
[3]《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）.
