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摘要:随着膜分离技术的发展、膜性能的提高和膜分离产品成本的不断降低，采用膜技术实现废水的资源化和回用，将成为废水处理的有效手段之一。本文对膜技术在工业污水处理工程中的应用进行了分析。
关键词:膜技术；污水处理；回用
近几年，水资源已成为社会经济发展的严重制约因素。因此,在停止开采地下水,节约水资源的前提下,采用膜技术对其生产含油污水和工业污水进行深度处理,使其达到回用标准,既可缓解油田发展中生产用水不足的矛盾,又可解决污水不达标排放而造成的环境污染问题。作为一种新型的分离技术, 膜分离技术既能对废水进行有效的净化, 又能回收一些有用物质, 同时具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特点, 因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。
1 预处理工艺
膜技术预处理主要是以微滤、超滤为主去除悬浮物和部分高分子有机物，以保护后续深度处理的核心部分———反渗透。当然，膜技术预处理并不是用微滤或超滤代替全部的传统预处理，其可在传统预处理之后使用，从而大幅度提高系统稳定性。可以说，传统预处理＋膜技术预处理＋反渗透是一种安全系数较高的处理流程。
膜技术预处理还可使用超滤或微滤与其他过滤装置或澄清装置组成短流程工艺，例如在线混凝＋多介质过滤器＋超滤工艺。还可根据原水水质情况，采用更高滤速的叠片式过滤器、纤维束过滤器等代替多介质过滤器。此外，还可根据水源水质情况，对膜技术预处理工艺进行适当调整。预处理预处理相对于传统预处理而言，具有占地少、施工难度小、投资省、自动化程度高等优势。
2 超滤系统
2.1 工艺流程
工业污水后续的深度處理工艺部分包括超滤系统和反渗透系统。超滤系统采用西门子Mem cor公司的CMF-S浸没式超滤技术,该技术可用于大型的污水回用处理系统,在有效提高超滤系统抗污染性的同时降低系统造价(见图1)。这是由于污水深度处理的水质条件不稳定,而采用浸没式超滤膜可以减少浓差极化现象发生,同时该膜元件对污水水质有较好的抗污染性。超滤系统具有比较完善的空气擦洗工艺以及在线化学加强反洗(CEBW)功能。
图1 超滤系统工艺流程示意
CMF-S系统具有以下技术优势:连续膜过滤系统,对悬浮物及微生物有较高的去除率；出水水质稳定,原水水质适应性强；出水水质不受操作员影响；高效的低压空气反冲洗系统大大减少了化学清洗的次数。
2.2 性能参数
CMF-S浸没式超滤膜元件的技术性能参数见表2。
表2CMF-S膜元件技术参数
从表2可以看出,CMF-S超滤膜孔径为0.1～0.05μm,膜材料采用聚二偏氟乙稀,能耐受高强度强化剂清洗。膜丝平均长度为1050mm,单只膜平均面积为27.9m2。
2.3 超滤膜对污染物的截留分析
由于预处理系统没有投加任何杀菌剂,故在超滤系统的入口,投加了3～4mg/L的次氯酸钠药剂,目的是氧化、降解部分有机物和对微生物、细菌进行灭杀。再通过超滤膜特有的微孔特性,将残余的菌丝体或有机物截留在膜丝外表面。
数据分析表明,CMF-S浸没式超滤膜对生活污水中COD的去除率达到58%～69%；BOD去除率达到50%～54%；微生物截留能力达到90%以上,效果非常明显,为后续的反渗透脱盐工艺提供了合格的水质保障。
3 反渗透系统
工业污水深度处理的脱盐工艺采用陶氏FILM-TECTMBW30-365FR抗污染低压反渗透膜元件。该元件通过“缩短膜片长度,增加膜叶数”的独特结构,不仅在出水水质较好,而且在可清洗方面具有较高的工作效率。
3.1 工艺流程
反渗透系统工艺流程为:超滤水箱→RO给水泵→保安过滤器→高压泵→反渗透→RO产品水箱→产水输送泵。
3.2 进水水质
反渗透系统的进水水质就是超滤系统出水水质。由于采用了先进的超滤膜系统,水质状况一直比较稳定(见表3)。从以下水质检测表中,可以看出,在CODCr、BOD、生物细菌以及悬浮物去除方面,相对满足反渗透的进水水质要求。
表3反渗透系统进水水质分析
3.3 工艺特点
反渗透膜系统,在脱盐处理方面已经是比较成熟的工艺技术。但在工业污水深度处理中,由于是高含盐量的污水回用处理,因此对反渗透膜在抗污染性方面有一定的要求。首先,工艺上采用了冲击性投加杀菌剂以消除污染物对膜元件的污染,延长膜元件使用寿命,降低污染物对膜元件的堵塞造成的压力损耗,节约动力能源；其次,增设段间增压装置,减小两段之间的压力差,使得两段之间的膜通量保持相近,维持相对较高的脱盐率。
反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端,水分子透过膜表面,从原水侧到达另一侧,而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长,水分子不断从原水中取走,留在原水中的含盐量逐步增大,即原水逐步得到浓缩,而最终成为浓水,从装置中排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数,所以不会有结垢出现，但经浓缩后,各种离子的浓度积都可能大大超过平衡常数,因此会产生严重的结垢现象。判断水结垢的标准:一是对于碳酸盐垢以朗格利尔(LSI)为基准;当LSI<0时不结垢,LSI>0时结垢;二是对于硫酸盐垢,是以饱和指数来确定的,水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。当饱和指数小于1时不结垢,反之就会出现结垢。
3.4 出水水质
反渗透系统出水水质见表4。
从以上数据分析,生活污水深度处理反渗透系统脱盐率达到97.48%,符合设计指标要求,污水经过深度处理后,已达到回用的标准。
表4反渗透系统出水水质分析
4结语
总之，膜技术是最适合废水循环和再利用的技术，膜技术将是废水深度处理的首选技术。在沿海地区高含盐量的生产、生活污水深度处理工艺,尽管水质参数受到区域性污水排放条件影响造成一定的波动,但是系统仍然相对稳定运行,并且可以回用到热电厂的锅炉补给水和循环水系统。
参考文献
[1] 黄德智，膜技术在工业废水处理中的应用[J].广东化工,2010.05
[2] 游德才; 王家民, 膜技术在饮用水处理中的应用及研究发展[J].净水技术,2002.09
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:膜技术；污水处理；回用
近几年，水资源已成为社会经济发展的严重制约因素。因此,在停止开采地下水,节约水资源的前提下,采用膜技术对其生产含油污水和工业污水进行深度处理,使其达到回用标准,既可缓解油田发展中生产用水不足的矛盾,又可解决污水不达标排放而造成的环境污染问题。作为一种新型的分离技术, 膜分离技术既能对废水进行有效的净化, 又能回收一些有用物质, 同时具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特点, 因此在废水处理中得到了广泛的应用并显示了广阔的发展前景。
1 预处理工艺
膜技术预处理主要是以微滤、超滤为主去除悬浮物和部分高分子有机物，以保护后续深度处理的核心部分———反渗透。当然，膜技术预处理并不是用微滤或超滤代替全部的传统预处理，其可在传统预处理之后使用，从而大幅度提高系统稳定性。可以说，传统预处理＋膜技术预处理＋反渗透是一种安全系数较高的处理流程。
膜技术预处理还可使用超滤或微滤与其他过滤装置或澄清装置组成短流程工艺，例如在线混凝＋多介质过滤器＋超滤工艺。还可根据原水水质情况，采用更高滤速的叠片式过滤器、纤维束过滤器等代替多介质过滤器。此外，还可根据水源水质情况，对膜技术预处理工艺进行适当调整。预处理预处理相对于传统预处理而言，具有占地少、施工难度小、投资省、自动化程度高等优势。
2 超滤系统
2.1 工艺流程
工业污水后续的深度處理工艺部分包括超滤系统和反渗透系统。超滤系统采用西门子Mem cor公司的CMF-S浸没式超滤技术,该技术可用于大型的污水回用处理系统,在有效提高超滤系统抗污染性的同时降低系统造价(见图1)。这是由于污水深度处理的水质条件不稳定,而采用浸没式超滤膜可以减少浓差极化现象发生,同时该膜元件对污水水质有较好的抗污染性。超滤系统具有比较完善的空气擦洗工艺以及在线化学加强反洗(CEBW)功能。
图1 超滤系统工艺流程示意
CMF-S系统具有以下技术优势:连续膜过滤系统,对悬浮物及微生物有较高的去除率；出水水质稳定,原水水质适应性强；出水水质不受操作员影响；高效的低压空气反冲洗系统大大减少了化学清洗的次数。
2.2 性能参数
CMF-S浸没式超滤膜元件的技术性能参数见表2。
表2CMF-S膜元件技术参数
从表2可以看出,CMF-S超滤膜孔径为0.1～0.05μm,膜材料采用聚二偏氟乙稀,能耐受高强度强化剂清洗。膜丝平均长度为1050mm,单只膜平均面积为27.9m2。
2.3 超滤膜对污染物的截留分析
由于预处理系统没有投加任何杀菌剂,故在超滤系统的入口,投加了3～4mg/L的次氯酸钠药剂,目的是氧化、降解部分有机物和对微生物、细菌进行灭杀。再通过超滤膜特有的微孔特性,将残余的菌丝体或有机物截留在膜丝外表面。
数据分析表明,CMF-S浸没式超滤膜对生活污水中COD的去除率达到58%～69%；BOD去除率达到50%～54%；微生物截留能力达到90%以上,效果非常明显,为后续的反渗透脱盐工艺提供了合格的水质保障。
3 反渗透系统
工业污水深度处理的脱盐工艺采用陶氏FILM-TECTMBW30-365FR抗污染低压反渗透膜元件。该元件通过“缩短膜片长度,增加膜叶数”的独特结构,不仅在出水水质较好,而且在可清洗方面具有较高的工作效率。
3.1 工艺流程
反渗透系统工艺流程为:超滤水箱→RO给水泵→保安过滤器→高压泵→反渗透→RO产品水箱→产水输送泵。
3.2 进水水质
反渗透系统的进水水质就是超滤系统出水水质。由于采用了先进的超滤膜系统,水质状况一直比较稳定(见表3)。从以下水质检测表中,可以看出,在CODCr、BOD、生物细菌以及悬浮物去除方面,相对满足反渗透的进水水质要求。
表3反渗透系统进水水质分析
3.3 工艺特点
反渗透膜系统,在脱盐处理方面已经是比较成熟的工艺技术。但在工业污水深度处理中,由于是高含盐量的污水回用处理,因此对反渗透膜在抗污染性方面有一定的要求。首先,工艺上采用了冲击性投加杀菌剂以消除污染物对膜元件的污染,延长膜元件使用寿命,降低污染物对膜元件的堵塞造成的压力损耗,节约动力能源；其次,增设段间增压装置,减小两段之间的压力差,使得两段之间的膜通量保持相近,维持相对较高的脱盐率。
反渗透的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端,水分子透过膜表面,从原水侧到达另一侧,而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长,水分子不断从原水中取走,留在原水中的含盐量逐步增大,即原水逐步得到浓缩,而最终成为浓水,从装置中排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO3-、SO42-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数,所以不会有结垢出现，但经浓缩后,各种离子的浓度积都可能大大超过平衡常数,因此会产生严重的结垢现象。判断水结垢的标准:一是对于碳酸盐垢以朗格利尔(LSI)为基准;当LSI<0时不结垢,LSI>0时结垢;二是对于硫酸盐垢,是以饱和指数来确定的,水中阳、阴离子的浓度积与饱和平衡常数的比值即为饱和指数。当饱和指数小于1时不结垢,反之就会出现结垢。
3.4 出水水质
反渗透系统出水水质见表4。
从以上数据分析,生活污水深度处理反渗透系统脱盐率达到97.48%,符合设计指标要求,污水经过深度处理后,已达到回用的标准。
表4反渗透系统出水水质分析
4结语
总之，膜技术是最适合废水循环和再利用的技术，膜技术将是废水深度处理的首选技术。在沿海地区高含盐量的生产、生活污水深度处理工艺,尽管水质参数受到区域性污水排放条件影响造成一定的波动,但是系统仍然相对稳定运行,并且可以回用到热电厂的锅炉补给水和循环水系统。
参考文献
[1] 黄德智，膜技术在工业废水处理中的应用[J].广东化工,2010.05
[2] 游德才; 王家民, 膜技术在饮用水处理中的应用及研究发展[J].净水技术,2002.09
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。