超微滤膜技术在污水处理与回用领域的多元化应用戴海平

水工业市场2010年第9期膜技术在污水处理与回用领域应用越来越广泛，逐渐成为污水再生利用的关键技术。根据不同的处理水质和处理目标，可选择不同的膜技术及与其它工艺的集成技术方案以达到昀为经济的效果，膜技术以其灵活应用方式逐渐呈现多元化趋势。本文重点介绍膜及膜集成工艺在污水深度处理方面的主要工艺类型，不同膜工艺的优点和特点，工艺选择的原则以及不同工艺典型案例分析等。一、膜工艺类型及适用性超滤/微滤膜是一种高精密过滤技术，在水处理方面其主要功能是实现悬浮物、细菌及颗粒性杂质与水的分离达到水净化效果，根据处理对象和处理目标不同，可以选择不同的膜元件型式和膜过滤工艺，目前在污水深度处理与回用方面的应用概括起来主要有三种类型：(1)外置正压膜过滤工艺（CMF）：这种膜过滤形式是目前昀为成熟和应用昀广泛的一种过滤方式，它是在传统膜过滤工艺的基础上加入反洗、气水双洗、加药强化清洗等膜污染控制手段后使膜过滤保持在高通量稳定运行。目前该工艺已经广泛用于市政污水三级深度处理，地表水净化，海水淡化预处理、工业用水处理等方面，CMF也是昀常用的反渗透预处理技术，与反渗透组成的双膜工艺（CMF+RO）是目前制备高品质再生水以回用到生产过程的常规工艺。(2)膜生物反应器（MBR）工艺是一种将膜浸没于活性污泥混合液中的使用方式，其直接作用是泥水分离，间接作用是可以提高污泥浓度，有效截留各种微生物，具有强化有机物、氨氮的去除效果，减少占地面积。因此在用地紧张及高标准排放要求地区，或高氨氮废水处理方面具有较大优势。MBR技术正以超乎想象的速度在污水处理领域拓展其应用。(3)浸没式负压膜过滤工艺（SMF）：这种膜过滤技术是将膜组件浸没在被处理的水中，采用重力流和负压运行方式实现水的净化过滤，其功能和处理对象与CMF基本相同，适用于污水深度处理回用，既有传统工艺中水厂的提标扩容和自来水厂的升级改造。SMF技术在国际上也被称为第四代膜技术。二、不同工艺对比及选择原则污水处理达到某一标准可能存在多种途径，工艺方案的选择主要受以下几种因素影响：(1)投资成本：考虑土地、设备和土建综合投资成本，以达到同样处理目标的前提下投资昀低优先为原则；(2)运行成本：主要考虑能耗、药剂费及人工成本。(3)操作和维护简单，工人劳动强度低。不同膜工艺具有不同的特点，CMF\SMF工艺适合于处理二沉池以后相对清洁的水，MBR工艺中直接将膜放置在活性污泥中。三种工艺的主要特点总结见表1。超/微滤膜技术在污水处理与回用领域的多元化应用文/戴海平（天津膜天膜科技有限公司）工艺CMFSMFMBR膜组件放置方式外置式浸没式浸没式产水方式正压负压抽吸/重力流负压抽吸/重力流出水浊度/NTU0.20.20.5出水SDI33作为RO预处理可靠可靠不可靠膜系统吨水能耗/KW0.20.050.3~0.4膜通量/L/m2.h40~8040~8010~25表1　三种膜过滤工艺对比水工业市场2010年第9期CMF工艺在膜法水处理中应用昀早，也昀为成熟。模块化组合设计灵活，适合从每小时数吨到每小时数千吨处理规模的水处理项目。系统运行简单，操作维护方便，产水水质高，可以与RO技术组成双膜处理工艺，得到更高品质的脱盐水。由于MBR工艺中膜设计通量较低，导致膜系统吨水投资大约是CMF/SMF的2倍左右，同时由于膜的工作环境污泥浓度高，通常需要连续曝气吹扫膜丝以避免严重的污泥淤积，因此能耗相对高，运行成本高，而且直接与RO组成双膜制造高品质再生水有一定风险而较少被采用，但是MBR对有机物和氨氮的高去除率适合于高标准排放水或杂用水处理。SMF工艺的主要特点一是由于其特殊的结构设计和负压运行使能耗相对CMF更加减少能耗；二是膜在膜池中的密集排布可使占地面积相对更小，控制相对简单，更适合大型水处理工程；三是由于其外部完全开放式的布局使得其对进水水质波动的适应性更强；四是膜池除了新建，也可以利用既有的池子（如砂滤池）实现膜法改造，达到提升产水水质、扩大产能、减少投资的效果；五是可以和RO技术组成双膜处理工艺，得到更高品质的脱盐水。三、三种工艺典型应用案例本项目是天津某钢铁集团公司废水资源化项目，也是国内采用双膜工艺实现工业废水再生工程规模较大的项目之一，由于工业企业受一次水用水指标的限制，为满足生产需要，将混合污水通过集成工艺实现污水再利用。原水：生活污水+炼钢废水+排污河水处理规模：CMF72,000吨/天，RO50,000吨/天总处理工艺：（见图1）深度处理工艺流程：（见图2）系统运行时，微滤装置、反渗透装置均采用并联运行的方式，微滤装置的水的利用率设计不小于94％，微滤装置出水污染指数（SDI）小于3。反渗透装置产水回收率不小于75％，初期总脱盐率不小于97%，三年后脱盐率不小于95％。传统生化工艺处理后，污水经絮凝沉淀，进入CMF系统处理，出水可直接回用于低端产品生产线，CMF后接RO除盐后产水用于高端产品生产线的工艺用水。该项目由于进水为复杂的混合污水，水质波动较大，需要根据水质变化情况对膜系统及时维护清洗。运行两年来，承担了该钢铁公司全部的生产用水供给，总体状况良好，实现了复杂水体的循环再利用。味精废水的特点是COD高，氨氮高。某味精企业，采用传统工艺处理废水难于达标，同时由于水资源短缺制约企业的发展。图3水工业市场2010年第9期通过采用MBR技术很好的解决了这一问题。该项目工艺流程见图3。原水COD在4000－5000mg/L，氨氮在180－400mg/L，经过UASB后，出水COD可以控制在500mg/L以下，氨氮略有上升，主要是在厌氧阶段产生了氨化反应。由于氨氮浓度高，设置缺氧段，目的实现脱氮，同时通过反硝化补充部分硝化过程的碱度消耗。MBR系统对COD、NH4-N处理效果分别如图4、图5所示。从图4可以看出，进水氨氮浓度范围195－420mg/L,出水氨氮可以控制在1mg/L以下。硝化效果非常理想。进水COD在390－700mg/L范围波动，产水COD平均65mg/L。理论上MBR所用膜过滤精度与CMF一样，实际检测MBR出水SS几乎为零，但是基于以下原因，MBR出水一般并不直接进入RO：(1)MBR工艺中膜所在溶液环境的污泥浓度通常7000－9000mg/L，生化池和膜池在室外，一旦大的机械杂质进入造成膜破损会导致出水水质下降，进而增加反渗透膜污染的风险。(2)由于产水总氮含量较高，产水管路中易滋生藻类，造成出水SDI保持在3以下有一定困难。因此在该项目中，在MBR之后采用CMF工艺作为RO预处理，脱盐水回用于生产过程的循环冷却用水。根据物料恒算，RO回收率控制在60%以内，可以使各项排放水指标（包括RO浓水）达到《味精工业污染物排放标准》（GB1319431－2004）。这样处理后，既达到了排放标准，又实现污水循环利用，节约了宝贵的水资源。天津某中水厂，采用絮凝沉淀加砂滤工艺处理污水处理厂二沉池出水，产水供工业和居住区作为中水使用，砂滤站的原有处理能力为3万吨/天（6个砂滤池）。为提高中水水质和供给量，拟采用SMF技术和设备对原有的砂滤工艺进行改造。为此进行了两年多的SMF中式运行试验，期间的试验规模从2m3/h、12m3/h到70m3/h的24小时连续运行。试验结果表明该工艺出水水质好，运行稳定可靠，测得的产水浊度﹤0.1NTU，SDI﹤3，细菌去除率＞99.99%，全年吨水平均能耗不超过0.04度。处理前后水质指标如表2。在充分试验的基础上，对该厂的原有砂滤站实施了膜法改造，将原有的4个砂滤池改造成膜过滤池，利用砂滤站三分之二的构筑物（处理能力2万吨/天）扩容到5.3万吨/天的规模，单池处理能力就达到1.3万吨/天，产水水质较砂滤工艺大幅度提升，部分产水进入RO，得到1.2万吨/天的脱盐水，经勾兑后供电厂做冷却循环水使用，可充分满足电厂对生产用水的需求，同时该电厂也停止过去使用海河水作为生产工艺用水源，昀大限度地减少对地表水资源的占用。随着社会的发展和技术进步，膜技术的应用已日益普及，膜及其集成技术的应用规模也不断扩大，应用技术水平也迅速提高。不同的膜应用技术和膜产品各有其特点，适用的条件和环境，要根据具体情况加以选择。以科学的态度来认识不同的膜应用工艺在水处理中的作用，不能仅从各自所长和狭隘商业利益的角度片面夸大或贬低某种膜技术的作用和价值，这样做既不利于膜技术的发展，同时对用户来说也会因为被误导而导致错误的选择，造成社会资源的浪费。水质指标/类型原水产水原水产水浊度NTU1.380.0811.490.089CODCr[mg/L]37.825.823.317.8SS[mg/L]3.54＜14.2＜1总铁[mg/L]0.2840.0860.035未检出细菌总数[个/ml]120160001表2　SMF进出水水质