膜組件生產(chǎn)廢水零排放處理工程實例

梁柱 曹斌 苗紅霞 石習(xí)成

（中核華緯工程設(shè)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(shù)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(yōu)勢，降低了廢水中污染物濃度，減少廢水排入環(huán)境的風(fēng)險；經(jīng)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(xiàn)狀；提供新的供水來源，針對水資源匱乏的地區(qū)，有效緩解無排放受納水體問題。目前廢水零排放技術(shù)主要應(yīng)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(lǐng)域［2-3］。

2 項目概況

2.1 項目規(guī)模

本項目為江蘇某膜生產(chǎn)公司生產(chǎn)廢水零排放處理工程，項目地址位于江蘇省南京市。該企業(yè)主要從事膜組件及膜分離設(shè)備、水處理設(shè)備及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)。項目年運行天數(shù)按300 d 考慮，水處理設(shè)計規(guī)模為150 m3/d。

2.2 進出水水質(zhì)

本項目處理廢水為膜組件及膜分離設(shè)備、水處理設(shè)備及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(zhì)見表1。出水水質(zhì)需滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中的要求，處理后產(chǎn)水回用于生產(chǎn)用水系統(tǒng)。

表1 進出水水質(zhì) mg/L

3 廢水零排放工藝流程

結(jié)合進水水質(zhì)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(fā)工藝，具體工藝流程見圖1。

圖1 廢水零排放工藝流程

生產(chǎn)廢水經(jīng)管網(wǎng)收集后先進入廢水收集池內(nèi)，使，來水水質(zhì)和水量得到均質(zhì)調(diào)節(jié)。廢水收集池出水進入EGSB 反應(yīng)器，該反應(yīng)器在厭氧環(huán)境下，通過生物降解作用將廢水中大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，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(xù)生化系統(tǒng)的負荷。廢水經(jīng)EGSB 反應(yīng)器處理后經(jīng)pH 調(diào)節(jié)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(jīng)重力作用自流進入水解酸化池，池內(nèi)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(tǒng)，一級RO 產(chǎn)水回用至生產(chǎn)系統(tǒng)，濃水則進入NRO 系統(tǒng)進一步濃縮。NRO 系統(tǒng)的產(chǎn)水回流至水解酸化池進行再處理，濃水則泵入蒸發(fā)系統(tǒng)。在蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)，絕大多數(shù)水分被蒸發(fā)分離，蒸發(fā)出來的水分冷凝后也回流至生化系統(tǒng)進行處理。鹽漿和污泥外運處置，沼氣輸送至廠區(qū)焚燒爐，氨氣經(jīng)處理后達標排放。

4 構(gòu)筑物及參數(shù)

4.1 EGSB 反應(yīng)器

EGSB 又稱膨脹顆粒污泥床，是一種以UASB 為原型，改良設(shè)計后形成的第三代厭氧生物反應(yīng)器［4］。與UASB 不同，EGSB 較適應(yīng)于處理中低濃度的廢水，主要優(yōu)勢為污泥在反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)器結(jié)構(gòu)為地上鋼結(jié)構(gòu)，數(shù)量1 座，設(shè)計參數(shù)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(shù)，經(jīng)過水解酸化的作用，廢水中難于降解的物質(zhì)能夠轉(zhuǎn)化成易于降解的物質(zhì)，比如苯發(fā)生開環(huán)反應(yīng)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(fā)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(jié)構(gòu)為地下鋼砼結(jié)構(gòu)，數(shù)量1 座，設(shè)計參數(shù)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(zhì)去除［8］。兼氧池內(nèi)為反硝化菌提供了生長所需的缺氧環(huán)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(shè)置一內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，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(tài)氮的目的。本項目O/A/O 池為地下鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計流量5.34 m3/h，池數(shù)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(yīng)器

MBR 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理設(shè)備，其優(yōu)勢為占地面積小、操作較為簡單、出水水質(zhì)穩(wěn)定等［9］。本項目外置MBR 池設(shè)計參數(shù)為：過濾形式，錯流過濾，設(shè)計通量≤70 LMH。設(shè)備規(guī)格為：膜材質(zhì)，PVDF，設(shè)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(tǒng)

RO 是通過向高滲透壓側(cè)溶液提供壓力，使水分子通過反滲透膜向低滲透壓側(cè)滲透的技術(shù)，隨著水分子的轉(zhuǎn)移，高濃度側(cè)溶液濃度不斷提高。目前該技術(shù)成熟，在污水處理、海水淡化以及純水制備等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用［10-12］。理論上反滲透膜可以截留＞0.1 nm的物質(zhì)，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(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點。本項目配有RO 裝置1 套，每套設(shè)備的凈產(chǎn)水量≥6 m3/h，系統(tǒng)脫鹽率≥95%，系統(tǒng)總回收率≥60%，膜元件的使用壽命及使用性能≥3 a，RO 裝置設(shè)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(tǒng)

NRO 裝置1套，每套設(shè)備的凈產(chǎn)水量≥3.84 m3/h，系統(tǒng)脫鹽率≥95%，系統(tǒng)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(shè)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(fā)系統(tǒng)

本項目設(shè)有蒸發(fā)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(jīng)過3 個月的運行調(diào)試后，運行情況良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，工程化運行情況見表2。生產(chǎn)廢水經(jīng)過處理后，出水水質(zhì)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(yè)用水水質(zhì)》標準。

表2 項目工程化運行情況 mg/L

6 結(jié)論與討論

膜分離技術(shù)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(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用［13］。自2000 年起，RO、納濾、超濾、微濾、MBR、陶瓷膜等技術(shù)逐漸實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。近10 年膜工業(yè)總產(chǎn)值年均增長速度均保持在15%左右［14］，由此帶來的膜工業(yè)生產(chǎn)廢水處理問題需引起重視。

本項目廢水水質(zhì)與同類膜生產(chǎn)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(shù)，膜生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后達到回收利用標準，對今后同行業(yè)的廢水處理設(shè)計具有一定借鑒作用。