膜組件生產廢水零排放處理工程實例

梁柱 曹斌 苗紅霞 石習成

（中核華緯工程設計研究有限公司，江蘇南京 210019）

1 引言

廢水零排放是指采用完善的處理技術將廢水進行回收處理，使回收率高達90%～95%的水處理過程［1］。廢水零排放為水處理提供了新的思路和方向，并具有明顯優勢，降低了廢水中污染物濃度，減少廢水排入環境的風險；經處理后的廢水達到回收利用標準，可有效緩解水資源短缺的現狀；提供新的供水來源，針對水資源匱乏的地區，有效緩解無排放受納水體問題。目前廢水零排放技術主要應用于火電廠的脫硫廢水、垃圾滲濾液、造紙廢水、市政污水提標改造等領域［2-3］。

2 項目概況

2.1 項目規模

本項目為江蘇某膜生產公司生產廢水零排放處理工程，項目地址位于江蘇省南京市。該企業主要從事膜組件及膜分離設備、水處理設備及相關產品的生產。項目年運行天數按300 d 考慮，水處理設計規模為150 m3/d。

2.2 進出水水質

本項目處理廢水為膜組件及膜分離設備、水處理設備及相關產品生產過程中產生的大量廢水，廢水中主要含有DMF，MPD 等難降解有機物。該類廢水具有COD 濃度高、總氮濃度高、處理難度較大等特點。進水和出水水質見表1。出水水質需滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》中的要求，處理后產水回用于生產用水系統。

表1 進出水水質 mg/L

3 廢水零排放工藝流程

結合進水水質特征，本項目采用EGSB+氨吹脫+水解酸化+O/A/O（外置MBR）+一級RO（反滲透）+NRO（濃水反滲透）+蒸發工藝，具體工藝流程見圖1。

圖1 廢水零排放工藝流程

生產廢水經管網收集后先進入廢水收集池內，使，來水水質和水量得到均質調節。廢水收集池出水進入EGSB 反應器，該反應器在厭氧環境下，通過生物降解作用將廢水中大分子物質降解成小分子物質，有效降低廢水的有機物濃度，并提升廢水可生化性，降低后續生化系統的負荷。廢水經EGSB 反應器處理后經pH 調節罐進入氨吹脫塔，通過吹脫作用降低廢水中的氨氮濃度。氨吹脫塔出水經重力作用自流進入水解酸化池，池內水解酸化作用可進一步降解廢水中的有機物濃度，提升廢水的可生化性。水解酸化池出水依次進入一級好氧池、一級兼氧池、二級好氧池，通過生物降解作用將廢水中有機物濃度降解為二氧化碳、水等，并達到脫氮的目的。二級好氧池出水進入一級RO 系統，一級RO 產水回用至生產系統，濃水則進入NRO 系統進一步濃縮。NRO 系統的產水回流至水解酸化池進行再處理，濃水則泵入蒸發系統。在蒸發系統內，絕大多數水分被蒸發分離，蒸發出來的水分冷凝后也回流至生化系統進行處理。鹽漿和污泥外運處置，沼氣輸送至廠區焚燒爐，氨氣經處理后達標排放。

4 構筑物及參數

4.1 EGSB 反應器

EGSB 又稱膨脹顆粒污泥床，是一種以UASB 為原型，改良設計后形成的第三代厭氧生物反應器［4］。與UASB 不同，EGSB 較適應于處理中低濃度的廢水，主要優勢為污泥在反應器內為顆粒狀，具有較高的活性，抗沖擊負荷能力較強［5］。本項目EGSB 反應器結構為地上鋼結構，數量1 座，設計參數為：直徑5.4 m，塔高18 m，有效容積350 m3。

4.2 水解酸化池

水解酸化是常用的一種廢水處理技術，經過水解酸化的作用，廢水中難于降解的物質能夠轉化成易于降解的物質，比如苯發生開環反應等，同時可以有效地提升廢水的可生化性［6-7］。一般情況下，水解酸化單元和生化單元組合使用，方能發揮良好的效果，有效地降低廢水中的有機物濃度。本項目水解酸化池結構為地下鋼砼結構，數量1 座，設計參數為：平面尺寸8.8 m×3.9 m，池深5.5 m，有效水深5.0 m，有效容積170 m3，水力停留時間29 h，配備潛水攪拌機、pH 計等。

4.3 O/A/O 池

O/A/O 由第一級好氧池、兼氧池、第二級好氧池組成。其中，第一級好氧池起到初級曝氣的作用，將廢水中抑制微生物生長的有害物質去除［8］。兼氧池內為反硝化菌提供了生長所需的缺氧環境。反硝化菌利用廢水中的有機物作為碳源和電子受體，將回流液中的硝酸根離子和亞硝酸根離子還原成氮氣與一氧化氮排出廢水，從而使總氮和COD 得到去除。兼氧池的出水自流進入好氧池，在這里殘留的有機物被氧化，氮和含氮化合物被硝化。好氧池和兼氧池之間設置一內循環系統，硝化液回流旨在為反硝化提供電子受體，以達到最終去除硝態氮的目的。本項目O/A/O 池為地下鋼砼結構，設計參數為：設計流量5.34 m3/h，池數1 座（分為3 格），其中一級好氧池平面尺寸8.8 m×3.5 m，池深5.5 m，有效水深5.0 m，有效容積154 m3，兼氧池平面尺寸8.8 m×7.8 m，池深5.5 m，有效水深5.0 m，有效容積340 m3，二級好氧池平面尺寸8.8 m×3.5 m，池深5.5 m，有效水深5.0 m，有效容積154 m3，回流比為400%。

4.4 外置MBR 反應器

MBR 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理設備，其優勢為占地面積小、操作較為簡單、出水水質穩定等［9］。本項目外置MBR 池設計參數為：過濾形式，錯流過濾，設計通量≤70 LMH。設備規格為：膜材質，PVDF，設備出力5 m3/h（單套），共2 套，最大運行透膜壓差0.4 MPa，最大進水壓力0.45 MPa，最高進水溫度60 ℃，pH 范圍0～14，工作形式為壓力式，過濾周期30 min，反洗總歷時120 s，清洗藥劑濃度5%（NaClO），清洗周期5～15 d。

4.5 一級RO 系統

RO 是通過向高滲透壓側溶液提供壓力，使水分子通過反滲透膜向低滲透壓側滲透的技術，隨著水分子的轉移，高濃度側溶液濃度不斷提高。目前該技術成熟，在污水處理、海水淡化以及純水制備等領域被廣泛應用［10-12］。理論上反滲透膜可以截留＞0.1 nm的物質，能有效截留水中的無機鹽、膠體和相對分子量＞100 的有機物，除鹽率高達95%～97%，具有安全可靠、出水水質穩定等優點。本項目配有RO 裝置1 套，每套設備的凈產水量≥6 m3/h，系統脫鹽率≥95%，系統總回收率≥60%，膜元件的使用壽命及使用性能≥3 a，RO 裝置設置1 個系列，每個系列組裝1 個組合架，RO 膜通量≤21 L/（m2·h）。

4.6 NRO 系統

NRO 裝置1套，每套設備的凈產水量≥3.84 m3/h，系統脫鹽率≥95%，系統總回收率≥95%，膜元件的使用壽命及使用性能≥3 a。本項目NRO 裝置設置1個系列，每個系列組裝1 個組合架。NRO 膜通量≤15 L/（m2·h），其他要求同RO 裝置。

4.7 蒸發系統

本項目設有蒸發裝置1 套，處理量≤0.5 m3/h，功率30 kW，溫度20～30 ℃，進水TDS 濃度30 000～50 000mg/L，出料流量≤0.1 t/h，濃度≥25 wt%（固液比50%）。

5 處理效果

該項目經過3 個月的運行調試后，運行情況良好，出水水質穩定達標，工程化運行情況見表2。生產廢水經過處理后，出水水質COD 濃度為12.5 mg/L，TDS 濃度為51 mg/L，TN 濃度為0.96 mg/L，滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》標準。

表2 項目工程化運行情況 mg/L

6 結論與討論

膜分離技術憑借能耗低、效率高、自動化程度高、維護方便等特點在污水處理領域得到大規模應用［13］。自2000 年起，RO、納濾、超濾、微濾、MBR、陶瓷膜等技術逐漸實現產業化。近10 年膜工業總產值年均增長速度均保持在15%左右［14］，由此帶來的膜工業生產廢水處理問題需引起重視。

本項目廢水水質與同類膜生產廢水一樣，含有大量DMF，MPD 等難降解污染物，具有COD 和總氮濃度高、處理難度大的特征［15］。本項目通過采用全套完整的零排放處理技術，膜生產廢水經處理后達到回收利用標準，對今后同行業的廢水處理設計具有一定借鑒作用。