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超濾、微濾膜技術在污水回用領域的多元化應用
來源:    發布時間:2015-11-27

膜技術在污水處理與回用領域應用越來越廣泛,逐漸成為污水再生利用的關鍵技術。本文重點介紹膜及膜集成工藝在污水深度處理方面的主要工藝類型,不同膜工藝的優點和特點,工藝選擇的原則以及不同工藝典型案例分析等。


一、膜工藝類型及適用性

超濾/微濾膜是一種高精密過濾技術,在水處理方面其主要功能是實現懸浮物、細菌及顆粒性雜質與水的分離達到水凈化效果,根據處理對象和處理目標不同,可以選擇不同的膜元件型式和膜過濾工藝,目前在污水深度處理與回用方面的應用概括起來主要有三種類型:

(1) 外置正壓膜過濾工藝(CMF):這種膜過濾形式是目前最為成熟和應用最廣泛的一種過濾方式,它是在傳統膜過濾工藝的基礎上加入反洗、氣水雙洗、加藥強化清洗等膜污染控制手段后使膜過濾保持在高通量穩定運行。目前該工藝已經廣泛用于市政污水三級深度處理,地表水凈化,海水淡化預處理、工業用水處理等方面,CMF也是最常用的反滲透預處理技術,與反滲透組成的雙膜工藝(CMF+RO)是目前制備高品質再生水以回用到生產過程的常規工藝。

(2) 膜生物反應器(MBR)工藝是一種將膜浸沒于活性污泥混合液中的使用方式,其直接作用是泥水分離,間接作用是可以提高污泥濃度,有效截留各種微生物,具有強化有機物、氨氮的去除效果,減少占地面積。因此在用地緊張及高標準排放要求地區,或高氨氮廢水處理方面具有較大優勢。MBR技術正以超乎想象的速度在污水處理領域拓展其應用。

(3) 浸沒式負壓膜過濾工藝(SMF):這種膜過濾技術是將膜組件浸沒在被處理的水中,采用重力流和負壓運行方式實現水的凈化過濾,其功能和處理對象與CMF基本相同,適用于污水深度處理回用,既有傳統工藝中水廠的提標擴容和自來水廠的升級改造。SMF技術在國際上也被稱為第四代膜技術。


二、不同工藝對比及選擇原則

污水處理達到某一標準可能存在多種途徑,工藝方案的選擇主要受以下幾種因素影響:

(1) 投資成本:考慮土地、設備和土建綜合投資成本,以達到同樣處理目標的前提下投資最低優先為原則。

(2) 運行成本:主要考慮能耗、藥劑費及人工成本。

(3) 操作和維護簡單,工人勞動強度低。


不同膜工藝具有不同的特點,CMF\SMF工藝適合于處理二沉池以后相對清潔的水,MBR工藝中直接將膜放置在活性污泥中。


CMF工藝在膜法水處理中應用最早,也最為成熟。模塊化組合設計靈活,適合從每小時數噸到每小時數千噸處理規模的水處理項目。系統運行簡單,操作維護方便,產水水質高,可以與RO技術組成雙膜處理工藝,得到更高品質的脫鹽水。


由于MBR工藝中膜設計通量較低,導致膜系統噸水投資大約是CMF/SMF的2倍左右,同時由于膜的工作環境污泥濃度高,通常需要連續曝氣吹掃膜絲以避免嚴重的污泥淤積,因此能耗相對高,運行成本高,而且直接與RO組成雙膜制造高品質再生水有一定風險而較少被采用,但是MBR對有機物和氨氮的高去除率適合于高標準排放水或雜用水處理。


SMF工藝的主要特點:

一是由于其特殊的結構設計和負壓運行使能耗相對CMF更加減少能耗;

二是膜在膜池中的密集排布可使占地面積相對更小,控制相對簡單,更適合大型水處理工程;

三是由于其外部完全開放式的布局使得其對進水水質波動的適應性更強;

四是膜池除了新建,也可以利用既有的池子(如砂濾池)實現膜法改造,達到提升產水水質、擴大產能、減少投資的效果;

五是可以和RO技術組成雙膜處理工藝,得到更高品質的脫鹽水。


三、三種工藝典型應用案例

1、工業污水再生水項目

國內采用雙膜工藝實現工業廢水再生,由于工業企業受一次水用水指標的限制,為滿足生產需要,將混合污水通過集成工藝實現污水再利用。


原水:生活污水+煉鋼廢水+排污河水


處理規模:CMF72,000噸/天,RO50,000噸/天


系統運行時,微濾裝置、反滲透裝置均采用并聯運行的方式,微濾裝置的水的利用率設計不小于94%,微濾裝置出水污染指數(SDI)小于3。反滲透裝置產水回收率不小于75%,初期總脫鹽率不小于97%,三年后脫鹽率不小于95%。


傳統生化工藝處理后,污水經絮凝沉淀,進入CMF系統處理,出水可直接回用于低端產品生產線,CMF后接RO除鹽后產水用于高端產品生產線的工藝用水。該項目由于進水為復雜的混合污水,水質波動較大,需要根據水質變化情況對膜系統及時維護清洗。全部的生產用水供給,總體狀況良好,實現了復雜水體的循環再利用。


2、MBR技術處理高氨氮味精廢水

味精廢水的特點是COD高,氨氮高。某味精企業,采用傳統工藝處理廢水難于達標,同時由于水資源短缺制約企業的發展。通過采用MBR技術很好的解決了這一問題。


原水COD在4000-5000mg/L,氨氮在180-400mg/L,經過UASB后,出水COD可以控制在500mg/L以下,氨氮略有上升,主要是在厭氧階段產生了氨化反應。


由于氨氮濃度高,設置缺氧段,目的實現脫氮,同時通過反硝化補充部分硝化過程的堿度消耗。


MBR系統對COD、NH4-N處理效果可以看出,進水氨氮濃度范圍195-420mg/L,出水氨氮可以控制在1mg/L以下。硝化效果非常理想。進水COD在390-700mg/L范圍波動,產水COD平均65mg/L。


理論上MBR所用膜過濾精度與CMF一樣,實際檢測MBR出水SS幾乎為零,但是基于以下原因,MBR出水一般并不直接進入RO:

(1) MBR工藝中膜所在溶液環境的污泥濃度通常7000-9000mg/L,生化池和膜池在室外,一旦大的機械雜質進入造成膜破損會導致出水水質下降,進而增加反滲透膜污染的風險。

(2)由于產水總氮含量較高,產水管路中易滋生藻類,造成出水SDI保持在3以下有一定困難。因此在該項目中,在MBR之后采用CMF工藝作為RO預處理,脫鹽水回用于生產過程的循環冷卻用水。根據物料恒算,RO回收率控制在60%以內,可以使各項排放水指標(包括RO濃水)達到《味精工業污染物排放標準》(GB1319431-2004)。這樣處理后,既達到了排放標準,又實現污水循環利用,節約了寶貴的水資源。


3、SMF工藝用于深度處理升級

采用絮凝沉淀加砂濾工藝處理污水二沉池出水,產水供工業和居住區作為中水使用,砂濾站的原有處理能力為3萬噸/天(6個砂濾池)。為提高中水水質和供給量,擬采用SMF技術和設備對原有的砂濾工藝進行改造。為此進行了兩年多的SMF中式運行試驗,期間的試驗規模從2m3/h、12m3/h到70m3/h的24小時連續運行。試驗結果表明該工藝出水水質好,運行穩定可靠,測得的產水濁度﹤0.1NTU,SDI﹤3,細菌去除率>99.99%,全年噸水平均能耗不超過0.04度。


在充分試驗的基礎上,對原有砂濾站實施了膜法改造,將原有的4個砂濾池改造成膜過濾池,利用砂濾站三分之二的構筑物(處理能力2萬噸/天)擴容到5.3萬噸/天的規模,單池處理能力就達到1.3萬噸/天,產水水質較砂濾工藝大幅度提升,部分產水進入RO,得到1.2萬噸/天的脫鹽水,經勾兌后做冷卻循環水使用,可充分滿足對生產用水的需求,同時也停止過去使用海河水作為生產工藝用水源,最大限度地減少對地表水資源的占用。


隨著社會的發展和技術進步,膜技術的應用已日益普及,膜及其集成技術的應用規模也不斷擴大,應用技術水平也迅速提高。不同的膜應用技術和膜產品各有其特點,適用的條件和環境,要根據具體情況加以選擇。以科學的態度來認識不同的膜應用工藝在水處理中的作用,不能僅從各自所長和狹隘商業利益的角度片面夸大或貶低某種膜技術的作用和價值,這樣做既不利于膜技術的發展,同時對用戶來說也會因為被誤導而導致錯誤的選擇,造成社會資源的浪費。

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