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

工業(yè)廢水是指生產(chǎn)過程中產(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。隨著我國工業(yè)化的進程不斷加深，工業(yè)廢水產(chǎn)生量逐年增加，因此工業(yè)發(fā)展也會面臨著廢水的排放問題。隨著國家對工業(yè)廢水等污染物排放越來越嚴格的要求，尤其是工信部等六部委明確提出 “到2025 年力爭規(guī)模以上工業(yè)用水重復(fù)利用率達到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”等目標后，各企業(yè)對工業(yè)廢水回用越來越重視，也推動著以水回用為目標的水處理技術(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)，但反滲透膜對進水水質(zhì)要求較高，進水水質(zhì)達不到要求時，反滲透膜會發(fā)生膜污染，影響整體水處理效果。為避免這些問題，需要對反滲透進水進行預(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

超濾過濾是以膜兩側(cè)壓差為驅(qū)動力，以位阻效應(yīng)和篩分原理為基礎(chǔ)的一種溶液分離過程，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 萬～100 萬道爾頓，因此，可去除懸浮顆粒物和部分大分子有機物。超濾膜為多孔性不對稱結(jié)構(gòu)。超濾膜分為浸沒式和壓力式，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)，通過進水側(cè)加壓來提供所需驅(qū)動力；浸沒式超濾一般是將膜絲直接放在敞口水池中，通過在產(chǎn)水側(cè)抽吸負壓來提供所需驅(qū)動力。因為兩種超濾的形式不同，對進水水質(zhì)及應(yīng)用條件等也不盡相同，兩者對比結(jié)果如表1。由表1 可知，浸沒式超濾對水質(zhì)濁度要求低，而外壓式的超濾對進水水質(zhì)濁度要求相對較高，所以一般外壓式的超濾前端需要有砂濾和自清洗過濾器，以此來保證超濾的進水水質(zhì)。浸沒式和外壓式超濾性能對比見表2，由表2 可知，浸沒式超濾相比于外壓式超濾，出水水質(zhì)好；運行操作簡單，能耗低，壽命更長；浸沒式超濾對進水水質(zhì)要求低，抗沖擊性強。因此對于水質(zhì)較為復(fù)雜的工業(yè)廢水，浸沒式超濾是更優(yōu)的選擇。

表1 壓力式和浸沒式超濾進水水質(zhì)要求對比

表2 壓力式和浸沒式超濾性能對比

2 工程實例

山西省原平某鋁廠的水回用來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)主要包含浸沒式超濾、活性炭吸附和RO 反滲透三個工序。浸沒式超濾設(shè)計參數(shù)見表3。該系統(tǒng)設(shè)計施工于2010 年，超濾工序連線穩(wěn)定運行10 年以上未更換膜元件，到目前為止還能穩(wěn)定運行，產(chǎn)水水質(zhì)達到設(shè)計要求（以2019 年某日為例，見圖1）。由圖可知，浸沒式超濾可減少濁度達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)。運行10 年以上還能穩(wěn)定出水說明浸沒式超濾膜組件使用壽命較長，可在更換膜組件方面減少運行成本。

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

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

山西省陽曲縣某工業(yè)園區(qū)內(nèi)的污水處理廠，對高鹽廢水以零排放為目的進行深度處理。在二級處理后采用高密沉淀池+GE型浸沒式超濾+臭氧氧化+軟化床作為反滲透的預(yù)處理,浸沒式超濾設(shè)計參數(shù)如表4，運行情況如圖2。由表4 和圖2 可知，GE 浸沒式超濾可在高鹽條件（TDS＞10 g/L）下，去除濁度達95%以上，達到設(shè)計要求，并對后續(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。浸沒式超濾設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計和安裝均較為容易。本案例說明了浸沒式超濾可應(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)浸沒式超濾工序運行情況

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

3 結(jié)語

根據(jù)比較和案例分析浸沒式超濾具有如下作用和特點：

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

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

膜組件使用壽命長（往往大于7a），可在更換膜組件方面減少運行成本。

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計和安裝均較為容易。

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