摘要：介紹了反滲透膜濃縮零排放技術在某汽車廠無錫基地的含氮磷廢水零排放項目中的應用情況。該系統將16m3/h經生化處理后的廢水濃縮0.25m3/h，TDS的質量濃度約80g/L，然后進入減壓干燥系統，最終生成含鹽固體，反滲透產生的清潔產水作為涂裝工藝用水。運行結果表明，反滲透膜濃縮系統運行良好，系統產生的純凈水電導率≤200μS/cm，Cl-、Ca2+的質量濃度分別≤25、≤10mg/L，產水全部回收油漆車間涂裝生產線和循環冷卻水，每年產出90kt的淡水。能耗合理，是一種企業“用得起”的廢水零排放技術。

傳統的汽車廠涂裝廢水處理工藝，一般采用物化法(沉淀和氣浮)進行預處理，后續采用生物(厭氧分解和好氧氧化)工藝處理后達標排放。較其他方法具有處理效果穩定、運行成本低、操作維護簡單等特點，能有效解決汽車涂裝廢水的污染問題。生化處理達標排放的污水再經過砂炭濾過濾，實現簡單的回用。近幾年，企業開始嘗試將生化處理的廢水進行深度處理，大多為超濾和反滲透的“雙膜”法處理，回用至工業循環冷卻水。

某汽車廠無錫基地改擴建年產20萬輛的涂裝生產線1條，采取“以新帶老”的措施，對現有項目的油漆種類進行調整。為符合《太湖流域管理條例》、《江蘇省太湖水污染防治條例(2012年修訂)》及《江蘇省生態紅線區域保護規劃》的相關要求，在環評階段該廠即提出了零排放整體解決的要求;建設中采用國際上成熟的廢水反滲透濃縮+減壓干燥技術，使廢水在工廠內部處理后固液分離，全部回用，響應國家的節水號召，杜絕污染物的外排。

一、零排放設計基礎

技改將油漆車間產生的廢水分成含氮磷的生產廢水和不含氮磷的生產廢水2部分。其中含氮磷廢水經物化+生化處理后，需要進行深度處理并回用。一期規模為16m3/h，二期規模34m3/h。

實際生化出水Cl-、SO42-、Fe3+、NH3-N、TDS的質量濃度分別為18～182、70～610、0.022～0.201、4～36、624～1684mg/L，COD為129～297mg/L(一般在150mg/L以下)，總硬度(以CaCO3計)176～376mg/L。可以看出，生化出水中的主要污染因素及其特征如下：

1)TDS含量高，且波動范圍較大，其中SO42-、Cl-對金屬設備具有較強的腐蝕性;

2)Ca2+及Mg2+含量較高，導致水中的總硬度較高;易在反滲透膜表面和熱力設備表面生成無機垢類，影響設備的正常使用，縮短設備使用年限;

3)少量的懸浮物、硅、及氨氮等污染物。

4)廢水的物化處理過程需要投加絮凝劑———硫酸亞鐵，如操作不當，會導致生化出水鐵離子含量較高。當廢水中鐵離子質量濃度>0.05mg/L時，會造成離子交換樹脂中毒和反滲透膜污堵。

二、工藝流程與實施

2.1、工藝流程的選擇

針對上述進水水質的特點及對產品水質的要求，項目主要從處理工藝和設備材質2方面采取了針對性的處理措施。

2.1.1、處理工藝

在工藝流程的選擇方面，充分考慮系統的抗沖擊負荷能力，當水質和水量波動時，系統能夠承受沖擊，保證產水水質和裝置的連續穩定運行。

1)針對進水硬度較高的特點，在反滲透前設置Na型陽離子軟化器，通過樹脂上的功能離子與水中的鈣、鎂離子進行交換，從而吸附水中多余的鈣、鎂離子，達到去除水垢(碳酸鈣或碳酸鎂)的目的，產水進入污水反滲透系統，保證系統運行過程中不產生無機垢類;

2)設置2套污水反滲透系統，去除水中絕大部分的TDS，產水TDS的質量濃度<200mg/L;來水在進入反滲透裝置前，主要成垢離子已經被去除，可獲得較高的回收率;系統進水中的COD和氨氮無法穿透RO膜，不會進入產品水中，更好的保證了產水水質;

3)經反滲透裝置濃縮后的濃水進入深度濃縮系統，再通過反滲透和納濾進一步提取濃液中的水分子;深度濃縮裝置可將濃水TDS的質量濃度濃縮至100g/L，最后進入減壓干燥單元，將減壓干燥單元的處理規模降至最小;

4)減壓干燥裝置滿足100%～150%的設計負荷。

2.1.2、設備材質

在設備材質選擇上，充分考慮來水的TDS和Cl-等因素，系統的整體設計壽命為15年。

1)主要的泵等動設備的轉動部件選用316L、雙相鋼、青銅等材質，過濾器、離子交換器等靜設備類選用硬聚氯乙烯(UPVC)或高密度聚乙烯(HDPE)材質;水箱等靜設備選用纖維增強復合材料(FRP)或HPDE材質;輸送管和閥門材質為UPVC或雙相鋼2205;

2)減壓干燥設備，選用316L材質，進料液泵等動設備的材質為內襯氟橡膠防腐。輸送管和閥門材質為UPVC;蒸汽管路選用碳鋼材質。

2.2、工藝流程

涂裝廢水“零排放”工藝流程見圖1。

涂裝廢水“零排放”工藝流程

2.2.1、預處理軟化過濾系統

水質軟化系統是整套“零排放”系統長期、連續、穩定、高效運行的先決條件。

工程實施中，生化出水經多介質過濾器處理后，進入超濾機組(聚偏氟乙烯超濾膜)過濾，產水進入中間水箱，經1#RO進水泵提升至軟化系統(1200Na型軟化樹脂)處理。

對水中的易結垢陽離子進行軟化，使本單元的產水滿足總硬度在10mg/L以下，避免后續系統因鈣鎂等離子引起的結垢等問題。軟化器產水進入反滲透濃縮系統。

2.2.2、反滲透濃縮系統

分為污水反滲透系統1、污水反滲透系統2、STRO和STNF4級濃縮。軟化器產水進入污水反滲透系統1脫除水中的鹽分等各種離子，產水TDS的質量濃度小于30mg/L;濃水流到濃水箱1，經污水反滲透系統2進一步回收利用，產水TDS的質量濃度小于100mg/L，濃水進入濃水箱2。污水反滲透系統1和2的產水都進入回用水池供用戶使用。

濃水箱2的濃鹽水進入STRO繼續濃縮。針對涂裝廢水，采用垃圾滲濾液中常用的的反滲透膜濃縮水處理技術STRO&STNF，其特點在于STRO膜的SpacerTube(ST)模塊是專門為高污染物含量廢水處理而開發的一種新型結構膜組件，從而使得一般卷式膜無法應用的地方STRO能長期穩定運行。

STNF膜也采用平行網格的結構，膜片為脫鹽率稍低的納濾膜。

STRO&STNF濃縮單元的主工藝包括：STRO裝置(8英寸STRO膜3支)、STNF循環濃縮裝置(8英寸STNF膜1支)、停機清水沖洗裝置、濃水箱3(晶體沉淀池)等。此外，還配置了阻垢劑加藥、化學清洗等輔助裝置。

STRO裝置將濃水進一步濃縮，濃縮至TDS的質量濃度55g/L左右后，進入濃水箱3，作為STNF裝置的原料液。STNF裝置對濃水箱3內的濃液循環濃縮，直到TDS的質量濃度約80g/L。

本系統進水主要投加亞硫酸氫鈉(SBS)-降低廢水的氧化還原電位;非氧化性殺菌劑(AQUCARRO-20)-防止微生物的滋生。

2.2.3、減壓干燥系統

濃水箱3底部沉淀后的濃水通過干燥系統進料泵，進入減壓干燥設備，干燥設備產生的蒸汽經冷凝后進入中間水箱，與超濾來水、STRO&STNF產水混合后一起進入反滲透系統1和2。裝置與現有的脫水方式比較起來，設備更簡單，維護成本更低，處理后殘渣水的質量分數可低至10%。

2.2.4、全過程的自動化控制

整套廢水濃縮蒸發系統控制納入PLC控制系統。由PLC控制系統與汽車廠系統的DCS系統通訊，在廠區主控室內的DCS系統內可以進行廢水濃縮蒸發系統內設備的監視。儀表和控制設備均采用當今先進技術產品，具有較高的可用性、可靠性、可操作性、可維修性和可擴展性。

三、系統運行情況

該汽車廠每小時產生的涂裝廢水50m(3其中16m3/h為一期廢水量，34m3/h為二期廢水量)，進水TDS的質量濃度為830～1600mg/L，溫度在15～35℃變化。已完工的16m3/h的一期廢水，經過多級反滲透處理之后，可以濃縮至0.12～0.25m3/h，再經減壓干燥處理后，實現涂裝廢水的零排放。

3.1、預處理系統

預處理系統運行情況見表1。

由表1可知，預處理系統出水水質良好，滿足污水反滲透系統1的進水要求。

3.2、反滲透系統

表2～表4分別是反滲透濃縮系統運行情況。

由表2和表3可見，污水反滲透系統1和污水反滲透系統2的產水水質達到設計目標，可以回用到涂裝生產線。由表4可知，STRO&STNF濃縮系統的產水必須回流至預處理系統的中間水箱，與超濾來水混合后一起再次進入反滲透系統。

3.3、減壓干燥裝置

減壓干燥裝置的總蒸汽壓力0.3MPa、溫度約143℃，體積流量約0.67m3/h，進入蒸餾罐外側的二次蒸汽壓力為0.1MPa。整個干燥過程分為給液、蒸餾/沸騰、排出，通過設定沸騰時間來控制固體殘渣的含水率，在殘渣排出以前，真空泵一直運行，保持罐內真空壓力約-90kPa。由于涂裝廢水中有表面活性劑，故需要在沸騰階段投加消泡劑，避免濃水鹽水通過泡沫溢到冷凝罐。

由表5可知，減壓干燥系統的冷凝罐出水必須回流至預處理系統的中間水箱。

四、成本分析

主要藥劑費用見表6。

由表6可知，處理每噸廢水藥劑費用為2.1元。處理每噸水耗電量為6.3kWh，電價以0.8元/kWh計，則電費為5.1元/m3。

蒸汽費以200元/t計，則蒸汽費用為4元/m3。處理每噸水的危險廢棄物產量為0.85kg，以5000元/t計，則危險廢棄物處置費為4.25元/m3。系統處理成本為藥劑費、電費、蒸汽費和危廢處置費總和，即每噸水處理成本15.45元/m3。參考煙氣脫硫廢水“零排放”技術，傳統的預處理+多效蒸發+結晶工藝的實際每噸水耗蒸汽量約為該工藝的15倍、耗電量為該工藝的近5倍;即使是低能耗的MVC蒸發工藝，電耗和蒸汽耗量都是該工藝的3～4倍。因此本工藝節能效果明顯。

五、結語

該汽車廠反滲透膜濃縮“零排放”系統于2017年3月12日完成試運轉，逐步轉入正式運行。出渣水的質量分數低于10%，淡水分離后全部回用，廢水零排放系統達到廠方要求。

1)工藝方案新穎。在涂裝廢水深度處理領域，采用多級膜濃縮和減壓干燥的組合工藝鮮有介紹。膜濃縮后段采用STRO和STNF組合，膜組件采用

了改性的膜片和特殊的網格，拓展了反滲透技術的應用領域。

2)節水效果明顯。系統產生的純凈水電導率≤200μS/cm，Cl-、Ca2+的質量濃度分別≤25、≤10mg/L，產水全部回收油漆車間涂裝生產線和循環冷卻水，每年產出90kt的淡水，為企業節約了水資源。

3)產品節能。除了多級反滲透濃縮，還有正滲透、膜蒸餾、自然蒸發、噴霧干燥等方法，但技術還沒達到工業化應用或能耗太高等原因，推廣難度大。

本工藝組合能耗優勢明顯，可以成為企業“用得起”的零排放系統。