膜工藝在工業(yè)廢水回用中的應用

1、膜工藝在工業(yè)廢水回用中的應用褚紅（杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心，杭州310012 ）摘要：本文主要介紹了膜集成技術(shù)在工業(yè)廢水再生回用的情況，通過對已開發(fā)成功的典型 項目介紹中分析運行特點和優(yōu)勢，膜技術(shù)用于工業(yè)廢水再生回用中，在實現(xiàn)水資源回用的同 時，還有望回收有用物質(zhì)，從而減少和避免廢水的排放。體現(xiàn)了經(jīng)濟效益相當可觀，總結(jié)并 展望先進的膜集成工藝的發(fā)展方向，膜分離技術(shù)等新興技術(shù)的開發(fā)應用，使得清潔化生產(chǎn)和 工業(yè)廢水處理回用成為企業(yè)提高生產(chǎn)技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的有力武器。 關(guān)鍵詞：膜集成技術(shù)，工業(yè)廢水，再生回用1、刖言工業(yè)廢水中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程

2、 中產(chǎn)生的污染物。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量迅猛增加，對水體的 污染也日趨廣泛和嚴重，威脅人類的健康和安全。目前，工業(yè)廢水回用的技術(shù)水平總體較低，以傳統(tǒng)的三級處理（混凝沉降 +砂過濾+活性炭過濾）為主，膜分離技術(shù)尚處于推廣階段；絕大部分的回用水 因水質(zhì)問題只作為循環(huán)冷卻水使用，少量深度處理的水作為工業(yè)用水（如軟化水） 回用于生產(chǎn)線上，這部分主要采用了膜處理工藝；以特大企業(yè)為主的行業(yè)（如鋼 鐵、石化、造紙、發(fā)電等）回用率高，小企業(yè)相對集中的行業(yè)（如電鍍、印染等） 回用率較低。隨著我國城市化進程的加快和21世紀可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，工 業(yè)廢水的循環(huán)利用已是大勢所趨。2、膜分離技術(shù)在工業(yè)廢

3、水再生回用中的應用工業(yè)廢水雜質(zhì)成分復雜：有機物、無機物；毒性物質(zhì)；有用物質(zhì)。處理方 法：物理的、化學的、生物的、物化的、生化的；膜分離技術(shù)特點：高效凈化、 回收有用物質(zhì)、低能耗；是最具潛力的工業(yè)廢水處理回用技術(shù)。目前已應用的領(lǐng) 域有：RO/NF用于電鍍廢水處理回用，回收竦、銅等貴金屬；UF用于電泳漆的回收，滲透液回用漂洗；UF/NF/RO用于印染工業(yè)廢水回用、PVA的回收、染料的回收；UF/RO用于紡織工業(yè)羊毛洗滌廢水處理；UF/RO用于造紙工業(yè)回收木質(zhì)素、糖類及廢水回用；UF/MF用于石化行業(yè)含油廢水處理；UF/NF/ RO/ED用于食品行業(yè)果汁澄清、糖液過濾、發(fā)酵液澄清、大豆蛋 白生產(chǎn)、大

4、豆深加工廢水處理回用并回收低聚糖等等；NF用于精細化工廢水回用并回收染料；UF/NF/RO/ED用于醫(yī)藥行業(yè)醫(yī)藥中間體的回收和水的回用；海帶浸泡水中回收甘露醇及廢水的回收；UF/NF/RO/ED用于更多的領(lǐng)域工業(yè)廢水的傳統(tǒng)處理法水較難循環(huán)利用，不僅交納大量的排污費，大量的水 被排放，造成水資源的極大浪費，產(chǎn)品成本高，影響競爭力。膜分離技術(shù)在近幾 年的研究開發(fā)中，已應用于電鍍、化工、造紙及食品等工業(yè)領(lǐng)域，取得了重大突 破，顯示了膜集成工藝在工業(yè)廢水回用中的優(yōu)勢地位。3、膜分離在電鍍廢水處理中的應用在工業(yè)生產(chǎn)電鍍廢水中含有大量重金屬離子、少量有機物等雜質(zhì)。這些廢 水若直接排放，將嚴重污染環(huán)境。目前

5、老電鍍廠家主要采用原傳統(tǒng)工藝加藥沉降 法，重金屬回收困難、處理成本高；治理不徹底、二次污染；受排污總量限制， 難以擴大再生產(chǎn)，紛紛用已成熟應用的膜工藝改造廢水處理系統(tǒng)，杭州水處理中 心已在長沙力元、南孚電池、寧波科寧達、寧波光華電池、江南電鍍中心及無錫 恒立等項目中采用膜集成技術(shù)回收廢水中的竦、銅等重金屬，并將透過水回用于 電鍍工藝中。3.1南孚電池工程基本情況企業(yè)對電鍍竦廢水進行回收利用，采用膜分離回收竦。不但可以減少污染物 排放，還可以回收竦產(chǎn)生效益，變廢為寶，每年回收竦值112萬元左右。污染物鍍鎳漂洗水酸堿漂洗水PH污染物鍍鎳漂洗水酸堿漂洗水PH5689Ni2+350mg/L8 mg/L

6、有機物少量少量規(guī)模72m3/d144m3/d廢水主要污染物濃度:指標鍍鎳漂洗水酸堿漂洗水鎳截留率398%398%水回收率395390%回用電導W10p s/cmW10p s/cmNi2+320g/l膜處理系統(tǒng)技術(shù)指標:3.2工藝流程簡圖:鍍鎳漂洗廢水鍍鎳漂洗廢水Ni2+ 350mg/l回用至電鍍槽回用至電鍍生產(chǎn)繆（Ni2+l20g/l ）（電導率W10p s/cm）酸堿漂洗廢水900酸堿漂洗廢水900p s/cm（電導率W10p s/cm）本方案的特點：鍍竦漂洗廢水不但對水資源進行回收，而且回收竦資源。對 鍍竦漂洗水和酸堿漂洗廢水分質(zhì)分流進行處理，避免對竦回用的影響。對酸堿漂 洗廢水，由于水中

7、雜質(zhì)多會影響回用工藝，只考慮水的回用。鍍竦漂洗工藝中為利用反滲透膜脫鹽率高的特點，設(shè)計兩級反滲透工藝達到 回用水要求，而濃縮液在高濃度的含鹽量下，為降低運行壓力，提高濃縮倍率， 我們選用了低壓的納濾膜，部分循環(huán)后濃度高的透過液不直接進二級反滲透膜， 可直接去化學法處理，回用竦的質(zhì)量由于選用了納濾膜而提高了純度。為達到高 濃縮倍數(shù)下膜運行的穩(wěn)定性，設(shè)計內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)相結(jié)合，連續(xù)運行和間斷運行 相結(jié)合，工藝靈活先進，設(shè)備維護簡單，自動化程度高，能較理想的實現(xiàn)電鍍竦 漂洗廢水的資源化。3.3經(jīng)濟分析南孚電池膜分離項目運行費用和收益一覽表運行費用回收收益設(shè)備投資100萬元水回用率90%電費（運行功率4

8、8KW）0.7元/度硫酸竦價值3萬元/噸膜元件平均使用壽命2年回收水量65340m3/年勞動力（三班運行制）12000元/年.人回收硫酸竦量37.62噸/年年電費支出21.88萬元水回收收益32.67萬元年人工費（按4人計）4.8萬元竦回收收益112.86萬元年膜更換費11.5萬元收益合計145.53萬元年設(shè)備折舊（10年等額）10.0萬元年凈收益83.15萬元運行費用62.38萬元項目投資回收期1.20 年通過經(jīng)濟分析，在電鍍行業(yè)應用膜處理回用有價物只需一年多就收回投資。該膜集成工藝已在許多電鍍廠應用，運行效益顯著。4、膜法廢水回用技術(shù)在化工行業(yè)中應用在化工行業(yè)中往往產(chǎn)生一些具有強酸、強堿或

9、強腐蝕性的廢水，而這些酸堿 不能直接排放，傳統(tǒng)的中和法，只會消耗更多的酸堿，因此我們在回用廢堿的工 藝中應用了海水膜工藝技術(shù)，使堿達到有效回用濃度。4.1工程情況介紹：在萬通:擬薄水鋁石生產(chǎn)中會產(chǎn)生濃液和稀液兩種廢堿液,，這 兩種廢液若作為廢水進行環(huán)保處理，需要耗用大量的酸液，同時大量的堿資源被 作為廢物處理，造成極大的浪費。設(shè)計料液處理量：280ms/d，堿度約為40g/l左 右（以Na2O計）;洗液共146m3/d，堿度約為6.5g/l左右（以Na2O計）；要求堿度達 到 80g/l，4.2工藝流程示意圖濃縮堿液3#膜脫鹽系280m3/d*2#RO膜濃縮系統(tǒng)一透過水高壓泵30m3/d2#

10、循環(huán)泵160m3/d【濃液箱】二增壓泵一保安過濾器一2#高壓泵150ms/d 濃縮水回用本方案的特點：根據(jù)實驗結(jié)果，在截流率、比重、灰份等指標都達到要求的前提下，采用較為致密的反滲透膜使系統(tǒng)不僅容易達到濃縮所需要的倍數(shù)，而 且運行穩(wěn)定性好。高壓泵可以采用變頻器控制運行，在滿足膜系統(tǒng)本身的要求， 減輕濃差極化的同時減低能耗。系統(tǒng)采用循環(huán)濃縮，使每支膜元件的負荷更均勻， 膜濃縮系統(tǒng)的效率更高，同時保證運行參數(shù)最優(yōu)化。應用海水淡化膜技術(shù)，使堿 濃縮倍數(shù)達到工藝要求，選擇循環(huán)水泵來節(jié)省電耗。由于系統(tǒng)運行水量小，應用 海水淡化的能量回收，還不足以達到每支通的通量要求，為此循環(huán)泵更適合回收 率高、膜面積大

11、的系統(tǒng)。循環(huán)泵保證了膜的有效產(chǎn)水通量，膜的數(shù)量變化較靈活 通過增加膜來降低運行壓力，從而保證濃縮倍數(shù)。在運行中注意膜的清洗工藝，避免直接加酸產(chǎn)生廢堿液中大量鋁離子的 結(jié)垢，在運行中需嚴格調(diào)節(jié)PH值，讓膜保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。4.3經(jīng)濟分析廢堿液膜分離項目運行費用和收益一覽表運行費用回收收益設(shè)備投資199萬元水回用率64%電費（運行功率150KW）0.7元/度回收工藝水價值2元/噸膜元件平均使用壽命2年水回收收益18.2萬元年電費支出69.3萬元堿回收收益376.2萬元年人工費（按8人計）9.60萬元收益合計394.4萬元年膜更換費80萬元年凈收益199.1萬元運行費用合計195.3萬元項目投資回

12、收期1年該工藝路線適合于更多有價物的回用中，目前正廣泛應用于各類型的濃縮 回用工藝中，對含鹽量很高的水，耐壓高的碟管式膜，可以做到20MPa的高壓， 進一步提高了回收率，因此，該工藝在高鹽量的濃縮中非常有優(yōu)勢。5、膜技術(shù)在食品工業(yè)廢水處理中的應用目前，國內(nèi)大豆分離蛋白生產(chǎn)廠每年排放36萬噸廢液。在大豆分離蛋白后 排放的高濃度乳清有機廢液中除含有1%左右的低聚糖外，還含有大量的蛋白， 其COD達1500022000mg/l，這種廢液不經(jīng)處理直接排放，會嚴重污染環(huán)境， 一些離城市較近的廠家，已被環(huán)境部門下令停產(chǎn)關(guān)閉。采用膜集成技術(shù)處理大豆 分離蛋白廢水后，既從廢水中提取了低聚糖，又將廢水中含有的蛋

13、白回收，同時 凈化過的廢水95%可作為回用水。杭州水中心在金鑼集團成功應用，將1%低聚 糖濃 縮至8%以上并提取出來，已投產(chǎn)兩年。工藝流程簡圖如下：電滲析除鹽一離子交換除鹽及脫色一超濾凈化一反滲透濃縮工藝特點：經(jīng)電滲析器處理后廢液中大部分離子已被脫除，但蛋白、低聚 糖等有機物沒有損失。離子交換能去除廢液中有機物及鹽分；超濾能分離大分 子量的物質(zhì)并凈化水質(zhì)；經(jīng)兩道膜處理后的廢液再進入超濾裝置，利用超濾分 離大分子的原理將分子量較大的蛋白與廢液中所含的低聚糖分離出來，并將含 有低聚糖的廢液進行進一步的凈化，為廢液能進入反滲透裝置創(chuàng)造條件。反滲 透能脫除90%以上的水分，對低聚糖進行濃縮，透過液進行

14、回用；廢液經(jīng)過反 滲透裝置的處理后，透過液已成為很干凈的純水，可回用于前面生產(chǎn)大豆分離 蛋白的工序中，濃縮液中含有8%以上的低聚糖，透過液低聚糖0.1%，再經(jīng) 后處理后即可出產(chǎn)品。采用膜集成技術(shù)處理大豆分離蛋白廢水，使廢水處理后回用，并從中提取高 附加值的低聚糖，是一項環(huán)保、節(jié)能的廢水處理及資源化技術(shù)。由于從廢水中提 取了高附加值的低聚糖，同時處理過的廢水水質(zhì)遠遠優(yōu)于中水回用的標準，回用 到前面的生產(chǎn)工序中，節(jié)約了大量寶貴的水資源，減少了絕大部分的COD排放。 金鑼集團年產(chǎn)大豆低聚糖已達5000噸，是全國最大的大豆低聚糖生產(chǎn)企業(yè)。該集成技術(shù)已述已廣泛應用于氨基酸、發(fā)酵液等的回用中，使膜技術(shù)的應

15、用 有了經(jīng)濟可行性，并且在清潔生產(chǎn)中發(fā)揮了膜技術(shù)的優(yōu)點。6 .膜技術(shù)在電子工業(yè)廢水處理的應用彩管業(yè)廢水含聚乙烯醇、清洗劑、CaF2等有機、無機雜質(zhì)，技術(shù)難度大，在樂 金飛利浦曙光電子有限公司的3200噸/天的項目實施中，我們采用特殊優(yōu)化的反滲 透裝置設(shè)計，確定適當?shù)倪\行工藝和運行參數(shù)。通過清洗試驗優(yōu)化選擇適宜的經(jīng) 濟、有效的清洗劑配方來恢復反滲透裝置的產(chǎn)水通量，保持了反滲透裝置長期穩(wěn) 定的運行，是膜技術(shù)在該領(lǐng)域應用的重大創(chuàng)新。年回收100萬噸彩管業(yè)廢水的廢 水資源化項目于2004年投入生產(chǎn)，已成功穩(wěn)定運行兩年。該項目回收廢水的同時回收了廢水中的余熱，治理了廢水，又節(jié)約了能源， 投資回收期約1.

16、5年，取得了十分顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。目前，用超濾作為預處理結(jié)合反滲透或納濾來回用工業(yè)微污染水的膜工藝， 已應用在許多工業(yè)處理中，如紡織業(yè)的羊毛洗滌液的回用，印染和造紙業(yè)廢水的回 用，鋼鐵和冶金工業(yè)廢水的回用等等，該膜技術(shù)將會全面推廣應用。7、工業(yè)廢水再生回用的趨勢隨著社會的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴重，人類活動帶來的環(huán)境影 響已超過了環(huán)境所能承受的水平，在新世紀里，保護人類的生存環(huán)境，實施可持 續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)成為國際社會“和平與發(fā)展”永恒主題的主要內(nèi)容之一！中國 21世紀初可持續(xù)發(fā)展行動綱要明確提出“推行清潔生產(chǎn)，進一步減少污染物排 放量；實行流域污染物排放總量控制，提高污水處理率，

17、在一些行業(yè)推行污水零 排放;”“發(fā)展環(huán)保高技術(shù)，加快研發(fā)和推廣適合國情的重污染行業(yè)污染治理技術(shù) 工藝，提升我國整體產(chǎn)業(yè)水平和水污染治理水平。”近年來，國內(nèi)外相繼有上規(guī) 模的膜分離工程上馬并投入使用。進一步提高工業(yè)廢水再生回用量；實行清潔化 生產(chǎn)大幅度降低耗水量；提高工業(yè)廢水再生回用的技術(shù)水平，得到深度處理回用 水，使水資源得到充分的利用；充足而穩(wěn)定的水源將為國民經(jīng)濟進一步發(fā)展作可 靠的保證。膜分離技術(shù)等新興技術(shù)的開發(fā)應用，使得清潔化生產(chǎn)和工業(yè)廢水處理 回用成為企業(yè)提高生產(chǎn)技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的有力武器。在廢水處理方面，在環(huán)保行業(yè)，采用膜技術(shù)進行廢水處理及資源化剛起步， 前景十分廣闊，主要的制約因素在廢水的性質(zhì)和處理的成本上，有針對性的進行 膜技術(shù)在某些廢水處理中的應用研究，開發(fā)出適用于廢水處理的膜集成技術(shù)，對 膜分離技術(shù)在環(huán)保行業(yè)的運用，將起到極大的推動作用?？偨Y(jié)膜法廢水再生回用技術(shù)可