浸没式超滤在工业废水回用预处理中的应用

刘碧武 山西转型综改示范区合成生物产业投资开发有限公司

工业废水是指生产过程中产生的废水和废液，包括生产废水、生产污水及冷却水等。随着我国工业化的进程不断加深，工业废水产生量逐年增加，因此工业发展也会面临着废水的排放问题。随着国家对工业废水等污染物排放越来越严格的要求，尤其是工信部等六部委明确提出 “到2025 年力争规模以上工业用水重复利用率达到94%左右”，“基本形成主要用水行业废水高效循环利用新格局”等目标后，各企业对工业废水回用越来越重视，也推动着以水回用为目标的水处理技术的发展和成熟。然而工业废水成分复杂、处理难度较高，目前工业废水处理和回用主要采用“预处理+反渗透”工艺。其中，反渗透是工业废水回用的核心技术，但反渗透膜对进水水质要求较高，进水水质达不到要求时，反渗透膜会发生膜污染，影响整体水处理效果。为避免这些问题，需要对反渗透进水进行预处理，超滤是目前应用最广的预处理工艺。

1 预处理中超滤的选择

超滤过滤是以膜两侧压差为驱动力，以位阻效应和筛分原理为基础的一种溶液分离过程，使用压力通常为0.01～0.3 MPa，筛分孔径为0.002～0.1 μm，截留分子量为1 万～100 万道尔顿，因此，可去除悬浮颗粒物和部分大分子有机物。超滤膜为多孔性不对称结构。超滤膜分为浸没式和压力式，压力式又分为内压式和外压式，现在工业废水处理中应用较多的是浸没式和外压式超滤。

外压式超滤所用的一般为柱状膜组件，即膜丝封闭在一段膜壳之内，通过进水侧加压来提供所需驱动力；浸没式超滤一般是将膜丝直接放在敞口水池中，通过在产水侧抽吸负压来提供所需驱动力。因为两种超滤的形式不同，对进水水质及应用条件等也不尽相同，两者对比结果如表1。由表1 可知，浸没式超滤对水质浊度要求低，而外压式的超滤对进水水质浊度要求相对较高，所以一般外压式的超滤前端需要有砂滤和自清洗过滤器，以此来保证超滤的进水水质。浸没式和外压式超滤性能对比见表2，由表2 可知，浸没式超滤相比于外压式超滤，出水水质好；运行操作简单，能耗低，寿命更长；浸没式超滤对进水水质要求低，抗冲击性强。因此对于水质较为复杂的工业废水，浸没式超滤是更优的选择。

表1 压力式和浸没式超滤进水水质要求对比

表2 压力式和浸没式超滤性能对比

2 工程实例

山西省原平某铝厂的水回用来水为污水处理厂的合格出水（不低于《城市污水再生利用- 工业用水水质》(GB/T 19923)的要求），回用水处理系统主要包含浸没式超滤、活性炭吸附和RO 反渗透三个工序。浸没式超滤设计参数见表3。该系统设计施工于2010 年，超滤工序连线稳定运行10 年以上未更换膜元件，到目前为止还能稳定运行，产水水质达到设计要求（以2019 年某日为例，见图1）。由图可知，浸没式超滤可减少浊度达95%以上，可为后续活性炭吸附和RO 反渗透工序减少反洗和清洗次数。运行10 年以上还能稳定出水说明浸没式超滤膜组件使用寿命较长，可在更换膜组件方面减少运行成本。

图1 2019年某日山西省原平某铝厂的水回用系统浸没式超滤工序运行情况

表3 山西省原平某铝厂的水回用系统浸没式超滤工序设计参数

山西省阳曲县某工业园区内的污水处理厂，对高盐废水以零排放为目的进行深度处理。在二级处理后采用高密沉淀池+GE型浸没式超滤+臭氧氧化+软化床作为反渗透的预处理,浸没式超滤设计参数如表4，运行情况如图2。由表4 和图2 可知，GE 浸没式超滤可在高盐条件（TDS＞10 g/L）下，去除浊度达95%以上，达到设计要求，并对后续处理工序有效提高臭氧氧化效率，降低软化床的堵塞现象和减少膜污染的作用。浸没式超滤设备结构简单，设计和安装均较为容易。本案例说明了浸没式超滤可应用于高盐废水零排放的预处理，拓宽了浸没式超滤应用的范围。

图2 山西省原平某铝厂的水回用系统浸没式超滤工序运行情况

表4 山西省阳曲县工业园区内的污水处理厂的GE型浸没式超滤工序设计参数

3 结语

根据比较和案例分析浸没式超滤具有如下作用和特点：

可高效去除水中浊度，浊度去除率往往可达95%以上，有效保证后续处理工艺正常运行。

水质适应范围广，对进水浊度无限制，且无论是市政污水处理厂出水和工业园区高盐废水经二级处理后的出水，均可有效去除水中浊度。

膜组件使用寿命长（往往大于7a），可在更换膜组件方面减少运行成本。

设备结构简单，设计和安装均较为容易。

综上所述，浸没式超滤可以作为以回用为目标的工业废水处理预处理的最优选择。