浸沒(méi)式超濾在工業(yè)廢水回用預(yù)處理中的應(yīng)用

劉碧武 山西轉(zhuǎn)型綜改示范區(qū)合成生物產(chǎn)業(yè)投資開(kāi)發(fā)有限公司

工業(yè)廢水是指生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水和廢液，包括生產(chǎn)廢水、生產(chǎn)污水及冷卻水等。隨著我國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程不斷加深，工業(yè)廢水產(chǎn)生量逐年增加，因此工業(yè)發(fā)展也會(huì)面臨著廢水的排放問(wèn)題。隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)廢水等污染物排放越來(lái)越嚴(yán)格的要求，尤其是工信部等六部委明確提出 “到2025 年力爭(zhēng)規(guī)模以上工業(yè)用水重復(fù)利用率達(dá)到94%左右”，“基本形成主要用水行業(yè)廢水高效循環(huán)利用新格局”等目標(biāo)后，各企業(yè)對(duì)工業(yè)廢水回用越來(lái)越重視，也推動(dòng)著以水回用為目標(biāo)的水處理技術(shù)的發(fā)展和成熟。然而工業(yè)廢水成分復(fù)雜、處理難度較高，目前工業(yè)廢水處理和回用主要采用“預(yù)處理+反滲透”工藝。其中，反滲透是工業(yè)廢水回用的核心技術(shù)，但反滲透膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高，進(jìn)水水質(zhì)達(dá)不到要求時(shí)，反滲透膜會(huì)發(fā)生膜污染，影響整體水處理效果。為避免這些問(wèn)題，需要對(duì)反滲透進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，超濾是目前應(yīng)用最廣的預(yù)處理工藝。

1 預(yù)處理中超濾的選擇

超濾過(guò)濾是以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動(dòng)力，以位阻效應(yīng)和篩分原理為基礎(chǔ)的一種溶液分離過(guò)程，使用壓力通常為0.01～0.3 MPa，篩分孔徑為0.002～0.1 μm，截留分子量為1 萬(wàn)～100 萬(wàn)道爾頓，因此，可去除懸浮顆粒物和部分大分子有機(jī)物。超濾膜為多孔性不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。超濾膜分為浸沒(méi)式和壓力式，壓力式又分為內(nèi)壓式和外壓式，現(xiàn)在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用較多的是浸沒(méi)式和外壓式超濾。

外壓式超濾所用的一般為柱狀膜組件，即膜絲封閉在一段膜殼之內(nèi)，通過(guò)進(jìn)水側(cè)加壓來(lái)提供所需驅(qū)動(dòng)力；浸沒(méi)式超濾一般是將膜絲直接放在敞口水池中，通過(guò)在產(chǎn)水側(cè)抽吸負(fù)壓來(lái)提供所需驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)閮煞N超濾的形式不同，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)及應(yīng)用條件等也不盡相同，兩者對(duì)比結(jié)果如表1。由表1 可知，浸沒(méi)式超濾對(duì)水質(zhì)濁度要求低，而外壓式的超濾對(duì)進(jìn)水水質(zhì)濁度要求相對(duì)較高，所以一般外壓式的超濾前端需要有砂濾和自清洗過(guò)濾器，以此來(lái)保證超濾的進(jìn)水水質(zhì)。浸沒(méi)式和外壓式超濾性能對(duì)比見(jiàn)表2，由表2 可知，浸沒(méi)式超濾相比于外壓式超濾，出水水質(zhì)好；運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，能耗低，壽命更長(zhǎng)；浸沒(méi)式超濾對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求低，抗沖擊性強(qiáng)。因此對(duì)于水質(zhì)較為復(fù)雜的工業(yè)廢水，浸沒(méi)式超濾是更優(yōu)的選擇。

表1 壓力式和浸沒(méi)式超濾進(jìn)水水質(zhì)要求對(duì)比

表2 壓力式和浸沒(méi)式超濾性能對(duì)比

2 工程實(shí)例

山西省原平某鋁廠的水回用來(lái)水為污水處理廠的合格出水（不低于《城市污水再生利用- 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923)的要求），回用水處理系統(tǒng)主要包含浸沒(méi)式超濾、活性炭吸附和RO 反滲透三個(gè)工序。浸沒(méi)式超濾設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工于2010 年，超濾工序連線穩(wěn)定運(yùn)行10 年以上未更換膜元件，到目前為止還能穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求（以2019 年某日為例，見(jiàn)圖1）。由圖可知，浸沒(méi)式超濾可減少濁度達(dá)95%以上，可為后續(xù)活性炭吸附和RO 反滲透工序減少反洗和清洗次數(shù)。運(yùn)行10 年以上還能穩(wěn)定出水說(shuō)明浸沒(méi)式超濾膜組件使用壽命較長(zhǎng)，可在更換膜組件方面減少運(yùn)行成本。

圖1 2019年某日山西省原平某鋁廠的水回用系統(tǒng)浸沒(méi)式超濾工序運(yùn)行情況

表3 山西省原平某鋁廠的水回用系統(tǒng)浸沒(méi)式超濾工序設(shè)計(jì)參數(shù)

山西省陽(yáng)曲縣某工業(yè)園區(qū)內(nèi)的污水處理廠，對(duì)高鹽廢水以零排放為目的進(jìn)行深度處理。在二級(jí)處理后采用高密沉淀池+GE型浸沒(méi)式超濾+臭氧氧化+軟化床作為反滲透的預(yù)處理,浸沒(méi)式超濾設(shè)計(jì)參數(shù)如表4，運(yùn)行情況如圖2。由表4 和圖2 可知，GE 浸沒(méi)式超濾可在高鹽條件（TDS＞10 g/L）下，去除濁度達(dá)95%以上，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并對(duì)后續(xù)處理工序有效提高臭氧氧化效率，降低軟化床的堵塞現(xiàn)象和減少膜污染的作用。浸沒(méi)式超濾設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和安裝均較為容易。本案例說(shuō)明了浸沒(méi)式超濾可應(yīng)用于高鹽廢水零排放的預(yù)處理，拓寬了浸沒(méi)式超濾應(yīng)用的范圍。

圖2 山西省原平某鋁廠的水回用系統(tǒng)浸沒(méi)式超濾工序運(yùn)行情況

表4 山西省陽(yáng)曲縣工業(yè)園區(qū)內(nèi)的污水處理廠的GE型浸沒(méi)式超濾工序設(shè)計(jì)參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)比較和案例分析浸沒(méi)式超濾具有如下作用和特點(diǎn)：

可高效去除水中濁度，濁度去除率往往可達(dá)95%以上，有效保證后續(xù)處理工藝正常運(yùn)行。

水質(zhì)適應(yīng)范圍廣，對(duì)進(jìn)水濁度無(wú)限制，且無(wú)論是市政污水處理廠出水和工業(yè)園區(qū)高鹽廢水經(jīng)二級(jí)處理后的出水，均可有效去除水中濁度。

膜組件使用壽命長(zhǎng)（往往大于7a），可在更換膜組件方面減少運(yùn)行成本。

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和安裝均較為容易。

綜上所述，浸沒(méi)式超濾可以作為以回用為目標(biāo)的工業(yè)廢水處理預(yù)處理的最優(yōu)選擇。