連續浸沒式微濾技術(CMF-S)在工業廢水處理中的創新與應用

李虹

(河北鋼鐵集團邯鋼公司能源中心,河北邯鄲 056015)

連續浸沒式微濾技術(CMF-S)在工業廢水處理中的創新與應用

李虹

(河北鋼鐵集團邯鋼公司能源中心,河北邯鄲 056015)

以冶金工業廢水作為水源,采用連續浸沒式微濾(CMF-S)的工藝技術,運行跨膜壓差小,能耗低,膜元件使用運行壽命長。“多介質過濾器+微濾(CMF-S)”的工藝技術組合作為反滲透的預處理系統,模塊化設置,占地小,節省空間。而且微濾為多孔膜,且膜孔徑為0.1μm,相比超濾技術不易堵塞,反洗時效果好,運行周期長。

連續浸沒式微濾 反滲透 超濾

1 引言

隨著世界工業經濟的高速發展，環境污染問題越來越受到全世界的關注。淡水資源的緊缺及水資源的污染問題日益成為人們關注的重要問題。中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1/4，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。而與之相反的則是我國工業經濟的快速發展帶來的環境污染及水資源的大量消耗，多數工業行業企業普遍存在廢水排放量大，水資源的循環利用率低及污水資源化程度低等現象，為中國可持續發展戰略帶來了嚴重影響。

邯鋼充分意識到了污水資源再利用，資源化的重要性，在2004年就成功引進了“負壓浸沒式超濾 +反滲透”的水處理技術，利用冶金廢水再利用的中水制取生產所需的軟水及精脫水。該技術由于工藝需求，需鼓風曝氣、抽真空動能消耗高;且負壓式超濾的膜通量低，占地大，存在設備的一次性投資高等缺點。而管束式超濾由于膜材質限制，膜絲脆，不如浸沒式超濾膜絲韌性強，使用壽命長。

為了解決這些問題，我們通過對反滲透預處理工藝的研究和探討，在二軟水的建設中，選用了由西門子的CMF-S連續浸沒式微濾替代超濾的方案。根據多年的運行管理經驗，供水車間通過方案優化最后確定采用“多介質過濾器+CMF-S連續浸沒式微濾+反滲透”的組合工藝，來水水源為以冶金工業廢水回用處理后的中水進行深度處理再利用，生產出滿足生產需要的軟水、脫鹽水。

2 原有工藝技術組合

2.1“負壓浸沒式超濾+反滲透”的水處理工藝技術

2.1.1 工藝流程

以冶金工業廢水為水源，在邯鋼第六、第七軟水站采用負壓浸沒式超濾+反滲透的水處理工藝技術，工藝流程如圖1所示。

圖1 浸沒式超濾+反滲透組合

2.1.2 該系統的不足之處

(1)該工藝預處理系統采用負壓浸沒式超濾的膜通量較小，工藝設計要求膜使用量大，占地大，工藝設備的一次性投資較高。(2)負壓浸沒式超濾，由于工藝的需要，需對該超濾系統的膜絲進行不間斷的鼓風曝氣和抽真空，造成系統運行過程中能耗較高。(3)超濾系統反洗過程的鼓風曝氣為膜絲外曝氣，膜面污染物去除率低。(4)負壓式超濾采用的是膜箱組合，膜絲直接與進水接觸，容易斷裂，且斷絲測試必須請專業人士。(5)膜元件損壞時，無法確認破損膜束及無法進行完整性測試。

2.2 “管束式超濾+反滲透”的水處理工藝技術

2.2.1 工藝流程

以冶金工業廢水為水源，在邯鋼第三軟水站，采用管束式超濾+反滲透的水處理工藝技術，工藝流程如圖2所示。

圖2 管束式超濾+反滲透組合

2.2.2 該系統的不足之處

(1)該工藝預處理系統采用的加壓管束式超濾，工藝要求的跨膜壓差高，能耗高，同時膜的使用壽命短。(2)加壓管束式超濾，膜元件材質為PES聚醚砜材質，膜絲脆，韌性不強。(3)加壓管束式超濾，其膜孔小，易堵塞膜孔，運行周期短。(4)膜元件損壞時，無法進行完整性測試及單支膜束的確認。(5)超濾進水采用“澄清池+無閥濾池+多介質過濾器”的組合占地大。

3 改進后的工藝技術

3.1 工藝技術流程

以冶金工業廢水回用水的中水做水源，在邯鋼第二軟水站采用“連續浸沒式微濾(CMF-S)+反滲透”的水處理工藝技術，減小占地，延長運行周期及膜使用壽命。工藝流程如圖3所示。

圖3 浸沒式超濾+反滲透組合

3.2 工藝特點

由于該系統的水源為冶金工業廢水經過初步處理后的產品水中水。冶金工業廢水經過初步處理后的產品水中水，其懸浮物、硬度、大分子顆粒及有機物經過一定的去除。但是，由于冶金工業廢水的特點，水質變化大，細菌、有機物含量高，cod含量及氯離子含量高，源水水質對設備的抗污染性要求高。管束式超濾存在膜元件韌性差、抗污染性差，同時由于運行壓力高，膜元件的使用壽命相對時間短等缺點，而負壓浸沒式超濾存在產水通量低、一次性投資高、能耗高、清洗污染物去除率低等缺點。我們通過方案優化，決定采用“連續浸沒式微濾(CMF-S)＋反滲透”的工藝組合。

根據中水水質的特性，總結多年我們對雙膜法運行積累的工作經驗，對反滲透系統的預處理系統進行了多次改進。經過反復論證，方案優化，最終結合目前三、六、七軟水站的工藝技術，確定了最終方案。將在三軟水設計中的絮凝劑、石灰乳、粉末活性炭的投加方式取消，并在七軟水的浸沒式超濾設計上增加了多介質過濾器，去除細小顆粒、膠體等雜質，避免堵塞微濾膜。

由于邯鋼第二污水處理廠設計中工藝已設計了絮凝、沉淀、過濾的工序，并投加了相關的藥劑，因此，二軟水在設計中去除了相關的設計，減少投資費用。而為了起到對微濾膜元件的保護，避免生產水中偶爾出現的大分子顆粒及雜質對膜絲堵塞及損壞，在微濾進水前設計了多介質過濾系統。

連續浸沒式微濾(CMF-S)由于采用的是微濾，因此運行跨膜壓差小，能耗低，同時由于膜元件在低壓狀態下運行，運行壽命長，一般CMF-S的膜元件使用壽命為7～10年。連續浸沒式微濾(CMF-S)的高密度填充，使之占地小，節省空間。由于采用的是微濾，為多孔膜，且膜孔徑為0.1μm(超濾為非對稱膜，膜孔徑小于微濾膜)，因此在運行中，微濾相比超濾不易堵塞，反洗時效果好，運行周期長。

4 使用效果

通過在2010年，在邯鋼二軟水站采用西門子的連續浸沒式微濾(CMF-S)作為反滲透系統的預處理工藝技術，目前崗位已運行將近4年，從運行數據分析，微濾安全經濟運行，設備運行平穩。微濾技術可去除顆粒大于0.1μm的固體顆粒，去除水中的膠體、細菌，滿足反滲透進水水質，進水SDI≤3，濁度小于0.2NTU。反滲透系統運行周期平穩，段間壓差增長速度曲線平穩，污堵情況同其他軟水站情況相同。

5 結語

邯鋼引進西門子的連續浸沒式微濾(CMF-S)，由于此工藝技術占地小，高密度填充，適合應用于大型水處理水站，這為邯鋼今后建設提供了管理的經驗及技術支持。二軟水是邯鋼東區初次使用微濾技術作為反滲透的預處理系統，為雙膜法崗位的工藝技術優化與改進提供了方向及借鑒。

[1] 任建新.膜分離技術及其應用.北京.化學工業出版社,2002.

[2] 鄭領英.我國反滲透、超濾、微濾膜技術的現狀.水處理技術,1995.

[3] [英]西蒙·賈德,[英]布魯斯·杰斐遜.膜技術與工業廢水回用.化學工業出版社.2006.

[4] 西門子微濾產品與技術手冊.2010.

In the metallurgical industry wastewater as a source of water, with the continuous immersed microfiltration (CMF-S) technology, when the backwash effect and long running period,membrane element with long service life.“Multi media filter technology + The microfiltration technology(CMF-S)”, this technology combination as the pretreatment of reverse osmosis, In a modular set,so covers an area of small and space saving. The microfiltration technology for porous membrane, and the membrane pore size of 0.1μm, compared with ultrafiltration technology is not easy to be blocked, when the backwash effect is good,and long operation cycle

Continuous immersed microfiltration; Reverse osmosis technology (RO); The ultrafiltration technology (UF)