微滤技术在工业废水处理中的应用及优化设计.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：陈育豪（1992），男，汉族，广东普宁人，大学本科学历，初级职称，研究方向为工业废水零排放。-107-微滤技术在工业废水处理中的应用及优化设计 陈育豪 深圳能源资源综合开发有限公司，广东 深圳 518000 摘要：摘要：随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，越来越多的行业进入到了发展的快车道。在这些行业中，有很多企业会产生大量工业废水，这些废水若不及时处理会对环境造成极大的污染。其中微滤技术可以对工业废水进行有效处理，提高水资源的利用率。因此，本文主要介绍了微滤技术的原理，同时分析了微滤技术在工业废水治理中的应用，并结合实际运行情况进行设计优化，以期为我国工业废水处理工作提供有效借鉴和帮助，推动我国水资源可持续利用和发展。关键词：关键词：微滤；工业废水；应用；优化 中图分类号：中图分类号：TU9 0 引言 近些年来，随着工业技术的不断发展，各种工业生产会产生大量工业废水，工业废水中含有大量污染物，这些废水若不能得到及时有效处理，会对环境造成极大的污染和破坏。其中的有毒有害物质不仅会造成环境污染，在被动植物的摄食和吸收后通过食物链到达人体内，对人体造成危害。通过对工业废水的深度处理和资源化利用既能避免环境污染，又可以缓解水资源短缺，但传统工业废水的处理工艺已难以满足日益复杂、多样化的处理要求1，通过膜技术可高效稳定地处理各类复杂的工业废水，其中微滤技术具有占地面积小、耐污堵、高通量、适应性强等独特优势，可以有效地去除工业废水中的悬浮固体和胶体颗粒，为后续深度处理系统提供保障。1 微滤技术 1.1 微滤技术原理 微滤技术是一种膜分离技术，利用微滤膜的筛分机2，以静压差作为推动力，利用“筛分”作用进行膜分离，微滤膜的孔径分布均匀，可截留悬浮物、细菌、部分病毒及大尺寸胶体等污染物，原料液在压差作用下，其中水溶液可透过膜上的微孔进入产水侧，大于膜孔的固体颗粒和胶体被截留在浓水侧，从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离。微滤膜具有孔径小、结构合理的特点，微滤技术在应用时先将废水接入到浓缩槽中，然后对废水进行过滤，达到一定浓度后将浓缩液排至污泥浓缩装置。在废水过滤过程中，在滤膜孔径大于滤料的情况下，可以将水中的杂质和胶体物质等全部截留在滤膜上，能够实现高质量的固液分离，这对工业废水的预处理具有很好的效果。1.2 微滤膜 微滤所用的膜为微孔膜，微滤膜是一种过滤膜，微滤膜孔径在 0.02-1m 之间，能够截留直径 0.05-10m 的微粒或分子量大于 100 万的高分子物质，操作压力一般为 0.2-0.4MPa。根据成膜材料，微滤膜可分为无机膜和有机高分子膜，无机膜又分为陶瓷膜和金属膜，有机高分子膜又分为天然高分子膜和合成高分子膜。根据膜的形式，微滤膜可分为平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤维膜。在工业废水应用的微滤膜主要是高分子有机中空纤维膜，以 PP、PVDF、PES、PVC 等材料为主。膜管强度高不易破损，经特殊工艺处理后亲水性好，一般采用大流量错流过滤的运行方式，耐污性强，不易堵塞，适用于各种工业废水的预处理。因此，微滤膜在工业废水处理过程中具有较高的应用价值。1.3 微滤系统的特点 微滤系统有许多特点，使其在水处理等领域得到广泛应用。主要包括：去除效率高，可以有效地从水中去除各种悬浮物和胶体，产水浊度小于 1NTU，可直接进入后端深度处理系统。设备紧凑，占地面积小，安装方便，可替代由高密度沉淀池+砂滤+中空纤维膜组成的软化预处理工序，大大降低设备成本。中国科技期刊数据库 工业 A-108-处理性能强，可直接过滤含固率 3-5%的废水。优异的抗污堵性能，正常运行时通过冲洗与反洗恢复通量，延长清洗周期，具备优异的耐化学性能，化学清洗可采用高浓度的酸碱药液或氧化剂，可最大程度的恢复原始通量。过滤效果稳定，微滤膜强度高，不易污堵，过滤效果稳定可靠，能够连续处理废水，对水质的适应性强。总体来说，微滤系统是一种高效、环保、节能的水处理设备，得到了广泛的应用。2 微滤技术在工业废水中的应用 微滤技术可以有效地去除工业废水中的悬浮固体和胶体颗粒，同时微滤膜具有良好的耐污堵、耐盐性、耐酸碱等特点，微滤技术已广泛应用于包括印染、化工、食品、制药、造纸、酿造、钢铁、冶金、电力、石油、煤炭、电子、纺织等多个行业的工业废水处理，其具体应用领域包括重金属废水达标处理及回用、煤化工废水零排放及资源化应用、垃圾渗滤液全量化处理、高盐废水软化处理、工业循环水处理以及各类废水的预处理等，总的来说，微滤技术在工业废水处理中具有广泛应用的前景。当前工业废水零排放处理及资源化利用工程一般采用“预处理+膜浓缩+蒸发结晶”工艺，工业废水的共同特点是含有较高的钙镁离子、氟离子、二氧化硅和重金属离子。传统的处理工艺是添加石灰和碳酸钠进行软化化学反应，形成碳酸钙和氢氧化物沉淀物，然后使用沉淀池进行重力分离，再经过多介质过滤器和超滤膜处理之后，送往反渗透进行脱盐处理，该工艺存在流程长、设备多、占地大等问题。且在重力分离过程中常需要添加大量的混凝剂和絮凝剂加强沉淀效果，过量的投加会造成反渗透系统的污堵。为了解决上述问题，微滤膜技术作为膜技术的一种，在工业废水处理中通过在浓缩槽内添加足量药剂，进行化学预处理3，形成悬浊液，无需投加絮凝剂，直接对悬浊液进行分离，并且产水的浊度、悬浮物浓度、残留钙镁浓度均优于沉淀池出水，可直接送往反渗透系统，微滤装置具有流程短、设备少、占地小的优势。这种技术就是利用微孔精密过滤措施4，工业废水在加药发生化学反应后，部分难沉降的固体颗粒和胶体悬浮在废水中，而采用微滤膜可将这些悬浊液进行良好的固液分离，具有明显的去污功效。特别是在对反渗透浓水的深度预处理上，针对高氟高硅、较低钙镁硬度的高盐废水，其加药后较难形成沉淀，利用微滤优异的固液分离效果，可高效地完成悬浮物及胶体的去除。同时，微滤系统在分离过程中，浓水不断回流，有利于药剂的循环利用，节约药剂的使用量，降低运行成本。与传统的处理污水技术不同，把沉淀反应技术和微滤膜技术结合应用，通过耐污染的滤膜将污染物去除，可获得良好的出水水质。总而言之，微滤技术作为一种高效且适应性极强的膜处理工艺，在各种工业废水处理和城市污水的处理中发挥的作用也将越来越大，为行业领域提供一种可靠的解决方案，推动工业自动化和智能化的发展。3 微滤技术在应用中的优化设计 微滤作为一种膜过程技术，虽然得到了广泛的应用，但在实际工程应用上也存在一些问题，针对存在的问题，采取必要的措施进行优化设计。3.1 提高过滤效率 微滤装置在过滤过程中容易出现孔隙阻塞和滤饼堆积等问题，导致过滤效率较低，需要经常停机清洗，影响生产效率。针对微滤膜装置在运行过程中易污堵，造成过滤效率降低情况，首先可以采用具有高渗透性的膜材料，以提高膜的过滤性能。同时，可以采用具有多孔结构的膜组件，以增加膜的通量。目前多选用含氟高分子微滤膜，其表面光滑不粘，不易附着滤饼，轻微反冲即可恢复初始过滤状态。另外可将循环泵优化设计成变频控制，将循环泵频率与产水流量进行连锁控制，在运行初期通量较高时将频率降低，到后期产水量逐渐下降时提高运行频率，在前期避免过高的通量加快膜孔污堵，后期增加冲刷流量可维持膜较高的运行通量，同时也能起到节能降耗的作用。3.2 冲洗措施的优化 常规微滤设计是在产水测设置反洗柱和压缩空气管道，在每个循环周期后，利用压缩空气将反洗柱内的存水通过产水侧压到浓水侧，将运行过程中膜面上积累的污染物冲刷回浓水侧和浓缩槽，再循环进入下一个制水过程。因反洗气压与水量不稳定，无法彻底冲洗干净，同时反洗只能将膜管内的污泥冲刷回到浓缩槽，无法对进水侧管道进行冲洗，存积的污泥在停运时间较长后启动时易堵塞循环通道，造成膜管污堵。为了使微滤反洗获得更好的效果，可将反洗方式中国科技期刊数据库 工业 A-109-由气反洗改为泵反洗，即设置反洗水泵，从产水池取水作为反洗水源，从而使反洗的流量更为稳定，以达到更好的反洗效果。还可以根据运行工况，进行反洗时间的调整，使反洗具有更大的灵活性。同时在循环泵出口处增加正冲管道和阀门，在停机时进行完反洗后，增加反洗步序，使整个装置内污泥均能回流到浓缩槽。3.3 清洗装置的优化 当膜在运行过程中积累了一定的污染物，通过正常反洗无法恢复通量时，需要进行化学清洗，根据水质情况和系统运行情况，化学清洗频率在一周到一个月不等，在化学清洗时需要消耗大量的药剂和冲洗水，同时也需要耗费大量的时间。微滤膜主要的污染物为去除金属及硬度离子的无机污染、硅及有机物的有机污染，通常使用酸性清洗剂去除无机污染，碱洗清洗剂和氧化剂去除有机污染5。而微滤膜可难受高浓度的化学清洗剂，可快速去除污染物，配置的清洗剂浓度高，清洗时消耗小，因此可以多次循环利用，以节约药剂。故通过单独设置酸碱清洗箱，酸碱清洗液在清洗后回流至各自清洗箱内，可实现清洗药剂的回收及循环利用。根据不同的污染情况，可利用清洗箱液位计控制药剂的加药浓度，并进行适当的加热，采用较高水温对微滤装置进行清洗，也可有效地降低清洗时间。结合冲洗水的优化，可使用微滤产水作为清洗前后的冲洗水，将残余污泥和药剂冲洗干净，可避免清水的引入，增加系统的处理量。3.4 微滤装置的智能化设计 微滤装置作为一种周期性运行设备，平均运行周期为 2030 分钟，便需通过反洗恢复运行通量，反洗过程操作复杂，泵的启停较为频繁；因处理水质含有大量悬浮物及污染物质，微滤装置的清洗也较为频繁，清洗过程繁琐复杂；因此通过引入智能化设计，可有效的提高微滤装置的效率，并减少人为操作，降低误操作风险。智能化的微滤装置可以实现自动化控制、智能化运行，具有提高过滤效率、降低人工成本、减少能源消耗等功能。为了能够实现自动化控制与无人值班的控制要求，具体的智能化改造包括以下几个方面：增加智能控制系统，通过传感器、控制器、执行器等设备实现自动化控制。可以实现对微滤装置的液位、压力、流量等参数进行实时监测，设定连锁条件，通过变频控制、调节阀门等手段及时进行调整。例如连锁产水流量计自动调节循环泵频率等，保证运行过程的稳定性和可靠性。增加各步序的操作程序，将系统的启动、停止、反洗、冲洗、清洗等均设置自控程序，各程序根据预设参数，满足条件下自动运行。例如，浓缩槽液位达到高位自动启动运行程序，运行达到一定时间污泥浓度达到设定值自动启动排泥程序等。特别是繁琐复杂的化学清洗，可以通过设定清洗时间自动完成冲洗、配药、清洗、循环等完整的操作流程，通过自动化的程序操作，可使整个操作过程连续、完整、紧凑，避免人员误操作。增加远程监控系统，可以在手机、电脑等设备上实时查看微滤装置的运行状态和数据，及时发现故障并进行处理，提高了管理效率。预设各个参数的报警值、停机值，及时对异常工况做出判断和预警，保障系统的安全运行。建立完成的运行数据库，将历史运行数据输出为表格或曲线形式，可协助进行设备运行工况、使用效益的分析，并及时进行运行调整，使整个设备的运行效率得到进一步的提升。通过以上改进措施，可以在很大程度上解决微滤装置存在的问题，提高过滤效率和使用寿命，同时降低使用成本和维护难度。4 结束语 随着国家环保政策日益严格，要求企业产生的工业废水必须经过严格处理，各类钢铁、印染、化工、电力等高耗水企业开始对废水进行深度处理后回用，在对高盐、高硬、高硅的工业废水处理过程中，高效率、寿命长、耐污染的微滤技术可广泛适用于各种工业废水，因此得到了越来越广泛的应用。随着微滤技术在应用过程的不断优化，可进一步提高系统的运行效率，系统运行也将更为稳定，微滤技术在工业废水处理中发挥的作用也将越来越大。参考文献 中国科技期刊数据库 工业 A-110-1扈阳.林亚凯.反应沉淀微滤耦合工艺在水处理中的应用研究进展J.膜科学与技术,2020,40(04):126-131.2许振良.马炳荣.微滤技术与应用J.化学工业出版社,2005(1).3高云霄.膜处理工艺在高盐工业废水零排放中的应用J.区域治理,2019(44):131-133.4沈婧.陆俊.膜技术在工业废水处理中的应用J.科技创新导报,2013(33):62.5张博丰.马世虎.超微滤膜的膜污染与膜清洗研究J.供水技术,2009,3(06):13-16.