申请日2011.10.26
公开(公告)日2013.05.01
IPC分类号C02F9/08; C02F1/32; C02F1/44
摘要
一种低微生物污染废水的深度回用工艺，包括如下工艺步骤：(1)首先设置过滤单元对废水进行过滤，使废水浊度降到3NTU以下;(2)在过滤单元后设置紫外杀菌单元，通过紫外杀菌，出水细菌数小于100个/ml;(3)在紫外杀菌单元后设置超滤单元，通过超滤处理，去除废水中的悬浮物和浊度，达到反渗透进水要求;(4)经过超滤单元处理后的废水进入反渗透系统，去除废水中的盐分、有机物及色度。本发明通过紫外杀菌的杀菌率高达99.9%以上，另外由于超滤产水直接进入反渗透，细菌不会在中间环节滋生，因此RO进水细菌数可由3.25×104个/ml降至100个/ml以下，可以有效降低超滤和反渗透膜的微生物污染，减少杀菌剂和其他药剂的使用量，降低药剂成本。
权利要求书
1.一种低微生物污染废水的深度回用工艺，包括如下工艺步骤：
(1)首先废水进入过滤单元进行过滤，去除废水中的大颗粒悬 浮物;
(2)经过过滤单元处理后的废水进入紫外杀菌单元，通过紫外 杀菌去除废水中的细菌;
(3)经过步骤(2)处理的废水进入超滤单元，通过超滤的处理， 去除废水中的悬浮物、小颗粒和胶体，超滤出水大部分直接进入反渗 透单元，少部分进入超滤清洗水箱对超滤膜进行清洗;
(4)进入反渗透单元的废水，经过反渗透膜处理去除废水中的 绝大部分盐分、有机物及色度，反渗透产水进入产水箱，反渗透浓水 经反渗透浓水循环泵增压后部分返回反渗透组件进口处，部分与其他 废水混合排放或进一步处理。
2.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，步骤(1)中过滤单元为多介质过滤或碟片过滤， 过滤精度为10-50微米。
3.根据权利要求2所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，多介质过滤填料包括石英砂、无烟煤和活性炭中的 一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于过滤单元采用多介质过滤，过滤精度为10-50微米， 过滤选用的滤料为体积比为1∶1∶1的石英砂、无烟煤和活性炭。
5.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于经过过滤单元处理后废水的浊度降到3NTU以下。
6.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，步骤(2)中经过紫外杀菌后出水细菌数小于100 个/ml。
7.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，步骤(3)中超滤膜采用压力式中空纤维膜组件， 超滤膜每运行10-30min进行水力清洗20-120s，其中水力清洗采用超 滤产水;每4-8h采用化学加强分散洗对超滤膜进行清洗，所用溶液 为反渗透产水与一定浓度的酸或碱配制而成的清洗液，酸洗液pH为 2-3，碱洗液pH为11-12.5，其中所属的酸主要指盐酸、硫酸、草酸 和柠檬酸，所述的碱主要指氢氧化钠和次氯酸钠。超滤运行中跨膜压 差控制在0.02-0.15MPa，超滤产水中的5-20%进入超滤清洗水箱，其 余80-95%的超滤产水直接通过高压泵增压进入反渗透进行处理。
8.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，步骤(3)每运行20min清洗30s，每6h对超滤膜 进行化学加强分散洗;超滤膜运行跨膜压差为0.04-0.15MPa;超滤产 水中10%进入超滤清洗水箱，90%直接通过高压泵增压进入反渗透。
9.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，步骤(4)中反渗透单元采用芳香聚酰胺的卷式反 渗透BW30或BW365FR膜组件，反渗透膜的运行参数为：运行压力 0.6-2.0MPa，运行时间为每运行1-8h清洗1-4min;每3-5天采用非氧 化性杀菌剂对反渗透膜进行杀菌。
10.根据权利要求1所述的一种低微生物污染废水的深度回用工 艺，其特征在于，步骤(4)中反渗透膜运行压力0.8-1.2MPa，每运 行4小时清洗2分钟。
说明书
一种低微生物污染废水的深度回用工艺
技术领域
本发明涉及一种低微生物污染废水的深度回用工艺，更具体地 说，涉及一种低微生物污染的废水深度回用膜处理工艺。
背景技术
近年来，水资源的紧缺已经成为困扰我国经济社会发展的突出问 题。特别在人口众多的城市，一方面是水资源的高度紧张，另一方面 是生产生活产生了大量的废水给生态环境造成严重威胁。将废水经达 标和处理后回用于生产系统或生活杂用被称为废水回用。废水回用既 可以节约和利用有限的淡水资源，又可以减少废水排放量，降低水环 境污染，还可缓解城市排水管道的超负荷运行现象，具有明显的社会 效益、环境效益和经济效益。
根据废水回用的用途及水质要求，废水回用工艺也有很大差别。 按照回用水质不同可分为适度回用和深度回用，膜技术是目前废水深 度回用最经济可行的技术。从本质上来说，膜技术也是一种过滤技术， 但与其他传统过滤技术相比，膜技术具有过滤通量高、过滤精度高的 优点。低压膜过滤过程包括微滤(MF)和超滤(UF)，截留颗粒物 的粒径范围为1-0.002μm。高压膜过滤过程包括反渗透和纳滤，可截 留1000分子量以下的小分子(包括无机盐)。由于膜技术是一种精密 过滤技术，为达到膜对进水水质的要求，一般会在膜工艺前增加预处 理单元，如生化、氧化、混凝、杀菌、过滤等，以保证膜分离单元的 稳定运行。
反渗透技术是当今最先进和最节能的膜分离技术。其原理是在高 于溶液渗透压的作用下，依据其它物质不能透过半透膜而将这些物质 和水进行分离。由于反渗透膜的孔径非常小(<1nm)，能够有效去除 水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97-99%)。 系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。
双膜技术是将超滤/微滤(UF/MF)技术和反渗透(RO)技术结 合在一起的工艺。由于反渗透膜对进水水质要求很高(通常要求污染 指数SDI≤5)，否则极易被污染堵塞而降低甚至丧失其高精度的过滤 功能，而超滤/微滤过滤系统的产水水质完全可以满足反渗透系统对 进水水质的要求。因此，在反渗透系统前设置超滤/微滤系统，可以 有效地防止反渗透膜的污染和堵塞，延长了反渗透膜的运行周期。目 前双膜法水处理技术已广泛应用于化工、电力、电子、制药、石化、 纺织、食品等领域的纯水和超纯水制备，以及海水淡化、苦咸水淡化 和特种分离过程，特别是废水资源化再生利用。双膜法可直利用企业 的生化出水作为原水，处理后可以达到锅炉补充水的水质要求，为企 业节约水资源。
但在废水回用中，膜应用过程中的最大问题是膜污染，污染后的 膜产水量下降，操作压力升高，极大影响膜系统的稳定运行。膜污染 的几大主要来源包括：
(1)有机污染
有机污染主要包括蛋白质、多糖、油脂及其聚合物在膜表面形成 的致密物，造成膜表面以及膜孔径的堵塞，这种污染多数表现为膜暂 时通量的下降。大多数此类污染是可通过适当的清洗工艺进行性能恢 复。
(2)无机污染
无机污染主要包括钙、镁、硅、磷等无机盐晶体结构造成膜表面 及膜孔径内部堵塞，这种污染主要表现为永久性通量下降，对膜系统 运行造成负面影响。
(3)微生物污染
微生物污染也是最常见的污染，经过大量的元件解剖及污染物分 析，大多数污染是由微生物的滋生引起的。微生物污染过程主要包括 以下阶段：第一阶段腐殖质、微生物代谢产物等大分子在膜面上的吸 附，形成微生物生存条件的生物膜;第二阶段进水微生物中黏附速度 快的细胞形成初期黏附过程(生物膜生长缓慢);第三阶段后续大量 菌种的黏附，特别是EPS(细胞聚合物，Extracelluar Polymers将黏附 在膜面上的细胞体包裹起来，形成黏度很大的凝胶层，进一步增强了 污垢和膜的结合力，加剧了微生物的繁殖和群聚;第四阶段生物污染 的最终形成阶段，生物膜的生长和脱除达到平衡，造成不可逆的堵塞、 过滤阻力上升、膜通量下降。
值得注意的是，往往膜污染不是其中一种污染形式单独造成的， 很多时候是多种污染形式交互作用的结果。通过一些措施，可以控制 膜污染的产生和发展。
(1)对于有机污染，主要通过预处理中的生化或氧化工艺进一步 降低废水中的有机物含量。
(2)对于无机污染，主要通过除硬或混凝处理或在原水中添加阻 垢剂的方法降低无机污染物在膜面上的沉积。
(3)对于微生物污染，目前一般在进水中添加含氯杀菌剂或在超 滤反洗时添加含氯杀菌剂，由于反渗透膜抗氧化性能较差，在废水进 入反渗透前需使用还原剂还原以保护反渗透。
在几种膜污染类型中，微生物污染是最容易出现又最难控制的， 由于微生物在废水体系中容易滋生，即使通过加氯杀菌后仅残留少量 微生物，只要在适宜的条件下就会快速滋生。表1是某工业废水回用 装置细菌检测结果。由表1可见，UF对细菌的去除率很高，UF出水 细菌总数只有10个/ml，但由于UF和RO系统的中间环节过多，导 致UF产水的二次污染，因此RO进水中的细菌总数达到了3.25×104个/ml，如此高的细菌总数势必造成严重的膜污染。
表1某公司双膜系统各取样点细菌总数分析结果
发明内容
本发明所解决的技术问题：本发明提供了一种低微生物污染废水 的深度回用工艺，以解决现有双膜装置存在的反渗透膜微生物污染严 重、超滤/反渗透工艺流程复杂且需要添加大量药剂的问题。本发明 可以有效降低超滤和反渗透膜的微生物污染，减少杀菌剂和其他药剂 的使用量，降低药剂成本。
本发明所采取的技术方案：
一种低微生物污染废水的深度回用工艺，包括如下工艺步骤：
(1)首先设置过滤单元对废水进行过滤，使废水浊度降到3NTU 以下;
(2)在过滤单元后设置紫外杀菌单元，通过紫外杀菌，出水细 菌数小于100个/ml;
(3)在紫外杀菌单元后设置超滤单元，通过超滤的处理，去除 废水中绝大部分悬浮物、胶体进一步降低浊度，达到反渗透进水要求;
(4)经过超滤单元处理后的废水进入反渗透系统，去除废水中 的盐分、有机物及色度。
步骤(1)中，所述过滤单元可以选择多介质过滤或碟片过滤的 方式，废水中的较大颗粒物、悬浮物通过过滤单元去除。所述多介质 过滤使用的填料主要包括石英砂、无烟煤和活性炭中的一种或几种的 组合，其过滤精度为10-100微米，优选体积比为1∶1∶1的石英砂、无 烟煤和活性炭的滤料，其过滤精度为10-50微米。
步骤(2)中，所述杀菌单元，设置在超滤进口处，采用紫外杀 菌进行过流式杀菌，最优停留时间为20-30sec。
步骤(3)中，所述超滤单元，采用压力式超滤组件或浸没式超 滤组件。超滤膜采用压力式中空纤维膜组件，其中所述的中空纤维膜 主要包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、 聚砜(PSF)、聚氯乙烯(PVC)中空纤维超滤膜，优选聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚醚砜(PES)中空纤维超滤膜，超滤膜每运行10-30分 钟采用超滤产水进行水力清洗20-120秒;每4-8小时采用化学加强 分散洗对超滤膜进行清洗，化学加强分散洗所用溶液为反渗透产水与 一定浓度的酸或碱配制而成的清洗液，当所述药剂为酸时，配制清洗 液pH为2-3;当所述药剂为碱时，配制清洗液pH为11-12.5，其中 所述的酸主要指盐酸、硫酸、草酸和柠檬酸，所述的碱主要指氢氧化 钠和次氯酸钠。超滤运行中跨膜压差控制在0.02-0.15MPa，达到 0.15MPa后需进行化学加强清洗。超滤产水通过调节阀控制超滤产水 中的5-20%进入超滤清洗水箱，其余80-95%的超滤产水通过高压泵 增压后直接进入反渗透系统。其中，反洗时反洗水由产水端进入超滤 膜，由进水端排出并返回至原水池。
优选的超滤膜运行参数为：每运行20分钟清洗30秒，每6小时 对超滤膜进行化学加强分散洗;超滤膜运行跨膜压差为 0.04-0.15MPa;超滤产水中10%进入超滤清洗水箱，90%通过高压泵 增压直接进入反渗透膜单元。
另外，本发明中超滤进水不再添加含氯杀菌剂，仅在反洗液中投 加含氯杀菌剂，投加后再进行还原处理。
步骤(4)中，所述反渗透单元，反渗透膜组件前端与高压泵连 接。高压泵进口前设置加药口。产水端与产水箱连接，浓水端与循环 管路泵连接。反渗透浓水部分排放，部分通过循环泵增压后返回到反 渗透膜入口处。反渗透装置具备在线清洗功能。
反渗透膜采用芳香聚酰胺卷式膜可选择抗污染芳香聚酰胺反渗 透膜。反渗透膜的运行参数为：运行压力0.6-2.0MPa，运行时间为每 运行1-8小时清洗1-4分钟;每3-5天采用非氧化性杀菌剂，其中所 述的非氧化性杀菌剂主要包括：XDD-WKB(主要活性成分为异噻唑 啉酮、戊二醛)、Trsea388(主要活性成分为异噻唑啉酮、季铵盐)、 SS531(主要活性成分为季铵盐、戊二醛)、Flocon380(主要活性成 分为异噻唑啉酮、季铵盐)、异噻唑啉酮、戊二醛、DBNPA(主要活 性成分为二溴氮氚)中的任一种，优选的非氧化性杀菌剂为Trsea388、 Flocon380和DBNPA中的任意一种，对反渗透进行冲击性杀菌，当 控制非氧化性杀菌剂的添加浓度为10-50mg/L，非氧化性杀菌剂在反 渗透系统内的停留时间为15-60min的条件下，杀菌率可达到99.5% 以上。优选的膜运行参数为压力0.8-1.2MPa，每运行4小时清洗2分 钟。
超滤和反渗透都分为4套独立系统进行运行。每套系统共有4组 超滤膜，每套系统共使用8040反渗透膜100支。
经过多介质过滤处理后，可去除绝大部分大颗粒悬浮物(>99%)， COD为可以降低5～10%。
通过紫外杀菌以及间歇性的加药加强反洗，能有效抑制超滤膜的 微生物污染。
通过超滤处理，去除了废水中绝大部分悬浮物和浊度，达到反渗 透进水要求。超滤产水通过调节阀控制，少部分进入超滤清洗水箱， 大部分直接通过高压泵增压进入反渗透系统。由于超滤产水直接进入 反渗透，减少了微生物在进入反渗透前滋生的可能性，同时由于采用 非氧化性杀菌剂对反渗透进行冲击性杀菌，能有效降低微生物在反渗 透单元的累积。
另外，本发明中对于一级或二级排放标准的废水体系，废水中的 COD对于膜系统来说仍然较高，为了维持膜系统的长期稳定运行， 在不增加生物深度处理的情况下，强化了自动在线清洗功能。通过对 超滤和反渗透进行在线自动清洗以延长化学清洗周期，同时对超滤和 反渗透均采用分组在线自动清洗的方法，清洗不会影响整个系统的正 常运行。
本发明中，在多介质过滤单元去除大颗粒悬浮物，以达到紫外杀 菌进水要求并有利于膜系统的稳定运行，防止大颗粒悬浮物对膜丝的 损伤。通过紫外杀菌去除废水中的绝大部分细菌，通过超滤去除小颗 粒悬浮物和胶体，通过反渗透去除溶解性有机物和盐分。经过本发明 处理，超滤出水达到工业循环水补水指标如表3，其主要水质包括： CODcr<60mg/L、BOD5<5mg/L、浊度<5NTU、油<0.2mg/L、 Fe<0.3mg/L、Mn<0.2mg/L、TP<1mg/L等。反渗透系统出水可达 到锅炉补给水水质要求如表4，其主要水质包括：浊度<1NTU、 CODMn≤2mg/L、Fe≤0.03mg/L、Cu≤0.005mg/L、油≤0.3mg/L、 SiO2≤0.02mg/L、电导率≤100us/cm、细菌含量≤100个/ml等。
本发明的有益效果是：来水经初滤，降低浊度，满足紫外杀菌对 透光率的要求，杀菌率可高达99.9%以上。使用紫外杀菌后则无需连 续使用含氯杀菌剂，在反渗透入水处也无需连续使用还原剂。由于超 滤产水大部分直接进入反渗透，没有中间停留环节，降低了细菌在中 间环节滋生的可能性，因此反渗透进水细菌数很低，即RO进水中的 细菌含量由3.25×104个/ml降至100个/ml以下。通过对超滤的加药 化学反洗，能有效去除膜面富集的微生物及其分泌物，使得超滤系统 产水量恢复至初始状态。通过对反渗透冲击性投加非氧化性杀菌剂， 能对反渗透进行有效杀菌并抑制细菌生长。