目前广泛采用生化处理+纳滤+反渗透组合工艺处理焦化废水，出水水质可达到相关排放标准规定限值。然而，该组合工艺中的膜系统产水率较低，经纳滤、反渗透处理后水回收率通常为50%~60%，同时会产生部分含盐量高、污染物浓度高、生化性能差的膜浓缩液^〔1〕。此外，膜浓缩液中存在高浓度氯离子，对水中的羟基、超氧根等自由基具有强猝灭作用，限制了高级氧化类工艺的有效应用^〔1-2〕。对浓缩液进行有效减量化是目前研究的重要课题之一。

近年来，管网式反渗透膜（STRO）因具有抗污染性强、进水水质要求低、产水水质优良、水回收率高、系统运行稳定等特点，在生活垃圾渗滤液、餐厨垃圾渗滤液及煤化工废水等领域得到普遍工程应用^〔3-6〕。笔者采用STRO膜对焦化废水处理工艺膜处理段产生的膜浓缩液进行减量化处理中试研究，考察最佳水回收率、运行稳定性、膜性能恢复等，探讨STRO工艺对焦化废水膜浓液减量化的可行性，以期为STRO膜工艺的工业化应用提供一定数据支撑。

试验进水为某焦化厂焦化废水处理后的膜浓缩液，该焦化废水处理方法为生化+电催化氧化+超滤+反渗透组合工艺。原水水质如表 1所示。

从表 1可以看出，试验进水的TDS含量偏高，电导率达到3×10⁴ μS/cm，pH呈弱碱性，COD_Cr为397 mg/L。

传统的卷式膜组件内部格网为菱形结构，为有效降低固体悬浮物（SS）对膜组件性能的影响，一般在进水前设置相应的预处理措施，避免SS进入膜组件内部，发生物理堵塞现象。相比于传统卷式膜，STRO膜组件内部格网采用梯形结构，废水/料液在格网形成的通道内流动，格网阻力要小很多。同时，内部横向的加强筋结构可以有效增强液体紊流，降低膜的浓差极化作用，使STRO膜组件的耐污染性能得到改善。STRO膜结构示意图如图 1所示。

试验设计安装单支STRO膜，有效膜面积为25.0 m²，最大运行压力为8.5 MPa，产水膜通量为10~18 L/（m²·h）。试验流程及实物图如图 2所示。

整个试验过程中，首先将膜浓缩液泵入到给水箱，按照额定比例添加阻垢剂（阻垢剂质量浓度控制在5 mg/L左右）。对于进水pH，经验值一般调节至5.0~6.0左右，或基于朗格利尔指数（LSI）计算得到^〔7〕，如式（1）、式（2）所示。

(1)

(2)

式中：pH——运行温度下水的pH；

pH_s——CaCO₃饱和时的pH；

TDS——总溶解固体物，mg/L；

t——水温，℃；

Ca²⁺——水中Ca²⁺质量浓度，mg/L；

Alk——水体碱度，mg/L（以CaCO₃计）。

查表计算可得pH_s＝5.8。在实际运行过程中，进水水质存在一定波动，为完全防止碳酸钙结垢并考虑现场实际运行的可行性，将进水pH调至5.5左右。

借助潜水泵将调节pH后的废水输送至进料水箱中，用水泵输送至保安过滤器（孔径为10 μm）进行预过滤，随后经增压泵泵入STRO膜组件；在压力驱动下，产水经过产水管路输送至产水箱中储存；STRO膜产生的浓水分为2部分，一部分回流至进料水箱，另一部分输送至浓水箱。整个试验过程中，水回收率通过调节浓水流量与产水流量进行控制。

试验设计对膜浓缩液进行再浓缩，获得50%以上的水回收率。在STRO膜系统高压泵运行条件下，测定该系统的水回收率及产水水质，同时对产水通量、运行稳定性、化学清洗周期等参数进行实时记录。

（1）浓缩比。试验设定进水总量为1 000 L，不断提高其浓缩比，考察STRO膜对浓缩液的减量化程度，结果如图 3所示。

由图 3（a）可见，进水电导率为33.2 mS/cm，随着运行时间延长，系统水箱的进水电导率不断提高；运行至90 min时进水水量达到1 000 L，进水电导率达到69.3 mS/cm。由图 3（b）可见，随着系统的运行，入膜压力呈现明显的上升趋势，对应的STRO膜通量显著下降。当回收率提升到63%时，膜通量接近10 L/（m²·h），且入膜压力临近极限值。从风险角度考虑，试验确定浓缩比在53%~55%为宜。

（2）稳定性运行试验。试验过程控制水回收率为53%~54%，阻垢剂质量浓度设置为5 mg/L，进水pH在5.5左右，运行50 h，观察其运行情况，结果如图 4所示。

由图 4（a）可见，试验设计的水回收率在53%~54%，在实际运行过程中会有些许波动，但整体数值基本控制在53%左右，对应的膜通量约为14 L/（m²·h）。图 4（b）中，0~5 h膜通量呈现逐渐下降的趋势，且入膜压力随之上升，这是由于STRO膜的部分浓水液回流至进水段，导致进水电导率等随运行时间的延长而逐渐升高，入膜压力增大。5~38 h，膜通量基本维持在14.0 L/（m²·h），入膜压力维持在5.765 MPa左右；在STRO膜处理浓缩液的过程中，浓缩液的无机盐离子附在STRO膜表面，易堵塞膜孔道，造成膜产水通量下降，运行压力随产水通量的降低而增加。经过一段时间的运行，膜污染程度趋于稳定，对应的膜产水通量基本保持不变，系统运行压力维持在5.765 MPa左右。

（3）膜产水通量恢复试验。连续运行一定周期后对膜系统进行化学清洗。进水水源选择厂区自来水，采用HCl溶液进行酸洗，pH控制在1~2，运行2 h；然后用NaOH溶液进行清洗，pH控制在11~12，运行2 h。清洗温度提升有助于内循环，故将温度提升至35 ℃左右。清洗试验结果如图 5所示。

由图 5可明显看出，STRO膜装置运行前的膜通量为14.8 L/（m²·h），入膜压力为5.42 MPa；连续运行10 d后，STRO膜装置的入膜压力升至临界值区间（6.334 MPa），相应的膜通量降至13.2 L/（m²·h）；经过酸碱化学清洗后，STRO膜通量可恢复初始性能。因此，在设定产水率为53%~55%条件下，当STRO膜因污染导致入膜压力增高、膜通量下降时，可通过酸+碱洗的方式进行恢复，且膜通量的恢复程度较高。

试验装置稳定运行期间，对系统的产水及浓水进行取样测定，结果见表 2。

由表 2可以看出，STRO膜对进水COD_Cr的去除率达到97.0%，NH₃-N去除率为97.3%，TDS去除率为98.7%；对进水挥发酚有明显的去除效果，达到98.9%。产水pH较进水略有降低。处理后的水质符合GB 13456—2012《钢铁工业水污染物排放标准》中的焦化行业一级排放标准要求。

中试过程运行成本主要包括耗电费用、药剂费用及易损件费用3部分。耗电设备主要为水泵及增压泵，STRO装置的装机功率为10 kW，进水泵功率为0.5 kW。盐酸主要进行进水pH的调节及STRO膜化学清洗：用盐酸将500 L溶液的pH调节至2.0左右，按10 d清洗1次的频次进行洗膜工序。前端保安过滤器的滤芯属于易损部件，需定期更换，滤芯更换周期为1个月，单支价格为60元。

基于上述数据，按处理量为15 t/d进行计算，设备运行成本如表 3所示。

由表 3可知STRO设备处理焦化废水浓缩液的运行成本约为10.48元/t，其中运行期间的电耗费用占总运行费用的96.2%。

STRO膜技术一定程度上提高了焦化废水反渗透浓缩液处理的产水率，降低了浓缩液排量，具有较高的实用价值。STRO膜系统处理反渗透膜浓缩液的最佳水回收率为55%左右，产水水质满足GB 13456—2012《钢铁工业水污染物排放标准》中的焦化行业一级排放标准要求。STRO膜工艺为焦化废水反渗透膜浓缩液的减量化提供了新的解决方案及处理办法，为未来STRO膜工艺的实际应用提供一定数据支撑及参考。STRO膜处理作为焦化废水反渗透浓缩液的一种处理手段，具有系统运行简便、产水水质稳定、水回收率高等特点，是焦化废水浓缩液减量化的有效途径之一。