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超滤在中水回用中的应用
更新时间:2017-02-07 来源:《中国环保产业》 作者:王彦,陈为民,王连俊

摘要:本文介绍了北京二七机车厂中水回用工程中,对超滤技术的应用。 

 一、北京二七机车厂中水回用工程概况 

北京二七机车厂主要从事铁路内燃机车台车制造和大修理,生产耗水量较大。1999年以来,厂年生产用水量为160万m ,年工业废水排放量约110万m 。工厂生产用水水费已达到3.2元/m ,工厂年水费支出达500万元。节约用水、提高水的重复利用率,不仅能降低企业生产新鲜用水耗量,缓解缺水矛盾,减少环境污染,还能为企业创造显著的经济效益和社会效益。 

中水回用工程于2002年年初开始施工,工程建成后,工厂总口污水排放量从目前3000m /d减少至1500m /d,年减少污水排放量近50万m ,减少污染物排放量SS 25t,COD 25t,石油类5t。工厂年自来水用量下降到约100万ITl ,内燃机车台车制造用水量低于1万m ,在北京水资源紧缺的情况下,具有重要的社会和环境效益。 

本工程中水处理规模大,技术水平高,其成功运营将对我国工业废水资源化采用先进的水处理技术起到示范带头作用,同时对工厂环保产业的发展创造美好的前景。 

二、相关水质指标的确定 

北京二七机车厂的废水来自全厂的机械杂质清洗水、冷却水、含油废水、润滑切削液、冲洗扫除水和厂区的办公、食堂等单位的生活污水。总口综合污水水质为:pH值6.5~8.5;悬浮物SS 200~300mg/L;化学耗氧量CODcrl50~200rag/L;石油类20~30mg/L。水质特点属于含油生产废水。 为节约新鲜用水,工厂计划在厂区绿化、景观、车间扫除、车辆冲洗、办公楼厕所冲洗、动力锅炉房除尘和冲炉渣、堆煤场洒水等生产生活中采用达到CJ25.1~89《生活杂用水质标准》的中水(以下简称“杂用中水”),主 要水质指标为:pH值6.5~9;悬浮物SS≤5mg/L;BODs≤lOmg/L;CODcr~50mg/L;石油类≤5mg/L;总溶解固体TDS≤1000mg/L;总大肠菌群≤3个/L。工厂动力锅炉房锅炉补水量较大,锅炉补水水质标准要求较高,目前锅炉补水以自来水为原水,在锅炉房内再经相应的“脱氧和离子交换软化”等处理工序达到锅炉补水水质要求。按照GB1576~1996《低压锅炉水质标准》的要求,当以中水代替自来水作为锅炉补水原水,继续保留“脱氧和离子交换软化”处理工艺的前提下,中水水质可设计为以下数值(以下简称“锅炉用中水”):pH值7~10;悬浮物SS≤1mg/L;COD≤20mg/L;石油类≤2mg/L;细菌总数≤100个/ml。中水处理工艺的选择要根据中水水量和水质,采用成熟可靠的先进工艺;并密切结合工厂实际选择节能降耗、运营成本低的工艺。本工程中水处理的关键是确保石油类污染物达到处理要求。 

三、工艺设计 

1.超滤技术用于水处理的膜有以下几种: 反渗透膜RO(0.0001 ~0.O01 ),纳米膜NF(O.001 ~0.O1 ),超滤膜UF(0.O1 ~0.1 ),微滤膜MF(0.1 ~1.0 )。超滤所分离的组分直径为0.005~lObtm,一般相对分子质量大于500的大分子和胶体,这种液体的渗透压~F4d,,可以忽略, 因而采用的操作压力较小, 一般为0.1~0.5MPa。所用膜常为非对称膜,膜的水透过率为0.5~5.0m /(ITI ·d)。超滤在dqL径范围与反渗透相重叠,在大孔径范围内与微滤相重叠,因此它可以分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等。 

本工程处理的是含油废水,油在水中存在的状态有三种:浮油、分散油和乳化油。浮油和分散油在前期处理中已基本去除,而乳化油以微米级大小的粒子存在于水中,重力分离和粗粒化法都比较困难。超滤膜的孔径是几纳米,它可以使油分浓缩,使水和低分子有机物透过SCD NTIFIC ANDTECHNOLOGICAL DEVELOPMENT 科技纵膜,从而实现油水分离。用超滤膜处理含油废水,其优点很多:纯粹的物理分离,不需要加入沉淀剂;只需要压力循环废水,设备费用和运行费用低等,但是污水需要进行预处理。 

本工程采用的是聚砜超滤膜(PS膜)。聚砜是继CA膜之后发展的一种超滤膜材料,聚砜分子中的砜基团使聚合物膜具有优良的抗氧化性和稳定性,醚键改善了聚 砜的韧性,苯环提高了聚合物的机械强度,分子中所有键都不易水解,使聚合物可耐酸、碱水溶液的腐蚀。

表1是不同材质膜的性质的比较。

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2.前期水处理 

工厂于1994年建成了日处理量为4000m 的生产废水总口处理站,主要处理工艺流程为隔油沉淀—— 两级溶气气浮——砂滤池过滤——消毒。经过两级气浮处理后,出水水质指标已经稳定达到北京市环境保护局1985年颁布的《排入地表水及其汇水范围的水污染物排放标准(三级)》要求,水质指标为:pH值6.5~8.5;悬浮物SS≤50rag/L;化学耗氧量CODcr~<70;石油类≤10mg/L。经过氯气消毒处理后,出水可达到“杂用中水”水质要求,主要污染物处理效率为(与气浮达标排放水质比较):出水SS≤5mg/L,去除率90% ; 出水CODcr≤50mg/L,去除率40% ;出水石油类≤5mg/L,去除率50% ;出水总大肠菌群≤3个/L。此时“杂用中水”中的石油类污染物基本为乳化油,通过凝聚气浮或机械过滤 已很难去除,因此要采用超滤技术来解决这一问题。 

3.超滤工艺 

本工程超滤工艺系统由滤前进水泵、5 m保安过滤器、超滤器、膜清洗系统、消毒设备、纯中水贮存池和其他监测控制系统组成。通过以压力差为推动力,超滤器可截留污水中的胶体、一般相对分子质量大于500的大分子、乳化油和细菌病毒等物质。“杂用中水”经本系统处理后,出水水质能确保达到“锅炉用中水”水质要求(见表2)。

表2 处理水质对照表

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超滤系统工艺流程见下图。

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主要设备及参数: 

(1)5txm保安过滤器:GJM一80型qbl000-k2500滤罐2套,单罐产水量30~50m3/h,进出水压差0.05~0.2MPa。 

(2)超滤器:内压式中空纤维膜组件超滤器2套,超滤膜平均切割分子量为30000,操作压力0.2~0.3MPa,系统回收率为67% 。单套超滤器由60个 90-k 1000中空纤维膜组件组成,设计进水量35m /h,滤出水量23m /h,浓水为12m /h。 

(3)膜清洗系统:为保持一定的膜透过通量,超滤膜必须定期清洗。根据膜特性和主要分离石油类污染物的特点,设置化学清洗和空气、超滤后水反洗装置,清洗周期1~6个月,膜预期使用寿命18~24个月。工程估算总额225.20万元(包括既有污水处理站的改造)。工程正式运营后,按年回用中水45万m 计.吨中 水处理平均成本(含设备折旧和维修费)约1.4元,年处理总费用约63万元;而工厂每年可减少自来水费支出144万元(按每吨3.2元计),年减少排污费支出20.0万元。年节约支出达100多万元,运营后投资回收期约2.3年。

四、结论与建议 

超滤工艺由于其能够耐冲击负荷、操作简单方便,处理效率高、出水水质稳定达到回用要求,随着超滤膜生产技术的成熟,成本的下降,超滤膜的广泛应用已势在必行。为此,建议加快与污水回用配套的法律、法规建设,利用必要的行政手段和经济杠杆作用,鼓励使用再生水,鼓励投资建设中水回用工程,使水处理的新技术能够在中水回用工程中更加广泛地应用。

版权、出处:《中国环保产业》

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