深度废水处理

【学员问题】废水处理工程中深度处理技术的探究？

【解答】1、微滤―反渗透工艺的理论基础

1.1微滤（MF）系统

微滤是一种精密过滤技术，它与反渗透，超滤（超滤在水处理中的应用）均是通过压力而驱动的。所分离的组分直径为0.03～15.00μm；主要除去微粒，亚微粒和细粒物质[1].它多用于半导体工业超纯水的终端处理，反渗透的首端预处理。在啤酒与其他酒类的酿造中，用于除去微生物与异味杂质等。

我国微滤膜的研究与国外水平相比，常规微滤膜的性能和国外同类产品的性能基本一致，折叠式滤芯在许多场合代替了进口产品，但在错流式微滤膜和组器技术及其在工程中的应用等方面，仍落后于发达国家，这就抑制了微滤技术在较高浊度水质深度处理中的应用。

1.2反渗透（RO）系统

反渗透膜是在压力驱动下，允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜。反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡几乎所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，但允许水和部分盐分透过。反渗透膜的脱盐率一般大于97[2].

反渗透技术在20世纪50年代才开始研究，到60年代末制成具有工业价值的反渗透膜，1971年开始有工业性反渗透装置在电厂投入运行，目前用反渗透法进行水处理工艺遍及美国，日本，法国，意大利等国家，我国于70年代末开始引进反渗透装置用于发电厂的水处理。90年代反渗透膜的开发研制成为热点。至今反渗透技术已有大范围的应用[3].

反渗透技术应用十分广泛，最早应用于脱盐方面，通过不断的研究开发与技术创新，使反渗透水处理成为当代先进的水处理脱盐技术。80年代，在美国RO是最普遍的除盐方法，成为海水和苦咸水淡化以及纯水制备的最节能，最简便的技术[4-8].

2工艺方案设计

2.1预处理

根据本工程的进出水水质要求，深度处理采用微滤―反渗透工艺。双膜系统进水水质指标见表1.

为保证整套膜系统的可靠运行，应该在系统正式运行前对相关水质进行详尽的全水质分析，包括各种容易造成污堵的离子指标，胶体等，使反渗透系统达到最好的设计及运行状态。深度处理所有设计均基于以上进水水质指标。实际的进水中应限制芳香类有机物（如苯酚等），非离子表面活性剂，阳离子表面活性剂等物质进入。故采用本工艺时，必须对进水进行预处理。

2.1.1必要性

双膜法水处理工艺中，反渗透技术由于其技术较为简单成熟，膜原件已标准化，因而在预处理很好的情况下，运行风险较小，但由于反渗透的进水要求很高，国内外已有的经验教训足以证明，反渗透预处理的水平将直接影响反渗透的运行成本及安全性。

实际运行经验表明，反渗透系统不能正常运行及膜使用寿命降低的原因，大部分是由于反渗透进水水质不合格造成反渗透膜元件污染和劣化而引起的。

反渗透膜的污染和劣化主要有以下原因：（1）悬浮物，胶体颗粒对膜的污堵，特别是固体颗粒物对膜表面的划伤。（2）微溶解性盐的溶度积超过饱和值而产生结垢。（3）膜的微生物污染。（4）氧化反应。（5）有机物污堵，如油，脂，酮类等有机溶剂和大分子阳离子型聚合物[8-9].因而，风险最大的部分是反渗透预处理部分，必须对反渗透进水进行有效的预处理。

2.1.2原则和目的

预处理的原则：（1）预处理必须考虑全系统的稳定安全运行；（2）预处理必须考虑原水的种类，当地的环境条件以及实用技术；（3）尽量不给反渗透系统增加除盐以外的负担[1].

预处理的目的通常为：（1）去除悬浮固体和胶体，降低浊度；（2）抑制和控制微溶盐的沉淀；（3）调节和控制进水的温度，pH；（4）杀死，去除或抑制微生物的生长；（5）尽量去除各种有机物；（6）防止铁，锰等金属氧化物和二氧化硅等的沉淀[10].

2.1.3方法选择

目前反渗透预处理方法主要有常规预处理和膜法预处理2种。常规预处理为混凝，沉淀，过滤或活性炭吸附，一般采用多介质过滤器和砂过滤二级过滤并加氯消毒来去除水中微生物。膜法预处理主要为超/微滤工艺。

但是，采用常规工艺作为反渗透预处理存在着以下问题：（1）工艺流程复杂，运行维护困难。工艺的运行可靠性差，处理后的出水水质不够稳定，容易影响反渗透系统的正常运行。（2）出水中尚存有相当含量的微生物，容易引起反渗透膜的微生物污染。如加氯消毒，则出水需要增加脱氯措施以减少余氯对反渗透膜的不利影响。（3）处理中投加化学药剂，处理后的出水和沉淀污泥中存在残留物。

如不处理直接排放，会对环境产生二次污染；如采取措施处理排放，会直接增加工程的投资和运行成本[9].

采用超/微滤膜技术作为反渗透的预处理系统，可大大减少设备占地面积，产水水质好并且水质稳定，可以延长反渗透系统的使用寿命；系统自动化控制程度高，可以降低劳动强度及运行成本，是新一代的高效预处理系统。目前双膜法工艺“超/微滤―反渗透”已经广泛用于工业废水和市政污水的深度处理回用以及海水淡化。

在发达国家，无论是作为饮用水处理还是作为反渗透预处理，由于微滤出水水质与超滤没有明显区别并更稳定，运行费用更低，微滤的应用更为广泛，膜系统的累计规模更大。由于材料和结构的不同，超滤的膜强度与寿命远小于微滤。由于超滤的单皮层或双皮层结构，其寿命难以超过5a或其在运行中极易破损。除了病毒的去除率稍高以外，完好的超滤膜与微滤膜出水水质难以检测出差别，但实际应用中，病毒永远不是孤立存在的，总是附着在颗粒及微生物等物体上。但超滤膜由于材质，膜结构等多种原因在实际应用中很容易发生破损，病毒或细菌很容易从破损处旁通。因而其病毒的去除率取决于超滤膜的完整性。

综上所述，作为污水回用的反渗透预处理，微滤比其他预处理具有更多的优越性，具有更强的抗冲击能力。因此，反渗透的预处理采用微滤技术。

2.2反渗透系统设计对于污水回用工程，除盐问题是非常必要的。在当前的除盐技术中，反渗透技术无论是其除盐效果还是其成本，都有其独特之处[11].

2.2.1设计原则反渗透系统的设计原则是针对所需的产水量，使所设计的系统尽可能降低操作压力和膜元件的成本，同时尽可能提高产水量和回收率，保持系统长期稳定运行，降低系统的清洗维护费用。

2.2.2工艺的可行性反渗透（RO）膜与常规离子交换工艺相比，具有以下优点：（1）稳定，连续运行，不会因再生而停机，产水水质稳定；（2）安全，无需用酸碱再生；（3）环保，无再生污水，不需污水处理设施；（4）省水，节省了反冲和清洗用水；（5）高效，以高产率生产高纯水；（6）省地，减少车间建筑面积；（7）省钱，降低运行及维修成本；（8）省工，安装运行简单，不需技术很高的操作工。因此，本系统中采用反渗透膜。

3工艺流程

二级处理后的来水用高压泵提升进入微滤系统进行预处理，微滤产水池的水加药后再用高压泵提升进入反渗透系统。反渗透系统是本流程中最主要的脱盐装置，微滤产水经高压泵进入反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其他离子透过反渗透膜，水中的大部分盐分和胶体，有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管排出。在反渗透装置停运时，自动冲洗3~5min，以去除沉积在膜表面的污垢，使装置和反渗透膜得到有效保养。微滤系统和反渗透系统产生的浓水直接排放或送高炉冲渣。

4结论和建议

某化工（集团）有限责任公司污水处理及回用工程的深度处理采用双膜法即微滤―反渗透工艺理论可行。在设计要求的进水水量，水质条件下，经污水处理厂处理后可以满足有关排放和回用标准的要求。该工程是开发利用中水，节约水资源，治理污染，保护环境的综合项目，对辽河流域治理和区域经济发展具有深远的意义，将促进企业的环境与经济，社会协调发展。

目前工程正在全面调试期，没有正式运行。在该工程的整个工艺中，双膜工艺是系统正常，高效运行的关键。因此归纳以下建议：（1）该化工废水中污染杂质较多，有机物和微生物含量较多，对反渗透系统产生微生物污染的危害很大，合理和有效的预处理是预防微生物污染的关键；（2）系统正式运行前对相关水质进行详尽的全水质分析；（3）若系统实际运行时需要通过添加絮凝剂来提高后续膜系统的进水水质，应选择有助于系统运行的絮凝剂。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。