膜分離技術(shù)處理含酚廢水

1、膜分離技術(shù)處理含酚廢水由于酚類物質(zhì)對生物活體均能產(chǎn)生毒害， 它可通過皮膚及粘膜的接觸而吸入或經(jīng)口腔侵入體內(nèi)， 與細胞原漿中蛋白質(zhì)接觸后， 形成不溶性蛋白質(zhì)，使細胞失活。 一般低濃度酚可使蛋白質(zhì)變性，高濃度酚則使蛋白質(zhì)凝固，并繼續(xù)向體內(nèi)滲透，引起組織損傷、壞死乃至使生物體中毒。而含酚廢水排放到自然環(huán)境中又很難通過自然降解過程凈化，一直成為化工生產(chǎn)過程中形成的、較難治理的污染物流。因此，如何合理而有效的處理含酚廢水是環(huán)境保護及綜合利用的重要研究課題。1 傳統(tǒng)的處理方法通?？梢愿爬閮深悾狠腿》ê臀椒ā＝陙?，隨著技術(shù)進步和發(fā)展，有一些新的處理含酚廢水的方法在開發(fā)和使用。例如，化學藥劑法、紫外線氧

2、化法、生物處理法等。1.1萃取法萃取是利用不同溶劑對苯酚的不同溶解度、共沸點或液體比重，通過向含酚廢水中添加具有選擇能力的萃取劑，萃取出酚類，再通過蒸餾和沉降分離回收酚類， 減少向環(huán)境的排放。 此法的優(yōu)點是過程簡單，萃取劑可重復使用，適合于酚含量較高的廢水；缺點是能耗大，操作費用高，脫酚效果差，容易產(chǎn)生第三組分所帶來的二次污染。1.2吸附法其原理是利用含酚廢水通過固體吸附劑時酚類被吸附，以減少出水中的酚含量。 解吸后的吸附劑可以再生利用。此法的優(yōu)點是操作方便，能耗低，適合于酚含量較低的廢水；缺點是設備投資大，吸附劑效率低，同樣容易產(chǎn)生第三組分所帶來的二次污染。1.3化學藥劑法此法是向含酚廢水中

3、添加化學氧化劑，使酚氧化分解， 適合于酚含量較低的廢水。此法沒有二次污染，工藝簡單。但條件控制較嚴，氧化劑無法重復使用且價格昂貴，操作費用高。1.4紫外線氧化法此法是含酚廢水通過裝有紫外燈的反應器，通過向反應器中通臭氧或添加雙氧水，達到去除酚類的目的。此法的優(yōu)點是脫酚效率高。缺點是對高 COD值的含酚廢水處理效果差。1.5生物處理法此法是向含酚廢水中添加活性組分， 通過生物降解完成含酚廢水的凈化。此法的優(yōu)點是處理效率高，設備簡單。缺點是占地面積大，且只適用于低 COD值的含酚廢水處理。以上這些方法雖各有優(yōu)缺點，但從綜合治理含酚廢水的角度出發(fā)， 都難以達到穩(wěn)定、 可靠和安全的要求。2 膜分離技術(shù)

4、近年來，國內(nèi)外越來越廣泛地應用膜分離技術(shù)處理含酚廢水， 達到了很好的效果，與傳統(tǒng)的處理方法比較其優(yōu)勢非常明顯。但對高COD值且成分復雜的含酚廢水，一直未找到一個很好的處理方法。2.1新技術(shù)1997 年，美國 STEEDAENTERPRISES公司開發(fā)出一種新型膜分離過濾設備 V+SEP。此設備采用一種新的膜振動剪力增強處理技術(shù)，該技術(shù)的主要特點如下：高濾速流體經(jīng)過膜的平均流速是一般過濾工藝過濾流速的十多倍，且對膜產(chǎn)生的損耗非常小。不結(jié)垢由于采用振動剪力增強處理技術(shù)， 使膜的表面產(chǎn)生巨大的振動剪力，阻止了濾速降低，從而使膜表面保持干凈。高濃縮率膜表面產(chǎn)生的巨大振動剪力能保證其在不結(jié)垢的情況下產(chǎn)生

5、高的濃縮率，因而能夠使物料的分離達到最佳極限。由于該技術(shù)擁有眾多優(yōu)點，使其在分離過濾領域處于領先地位。而采用該技術(shù)的V+SEP設備應用到高 COD值的含酚廢水處理上， 效果非常明顯。2.2V+SEP設備該設備使用以聚丙烯為材質(zhì)的分子膜， 以泵為動力，將液體中的水和其它烴類化合物過濾分離。 整個分離過程是不使用任何添加劑和催化劑的物理過程，不產(chǎn)生二次污染。另外其先進的控制系統(tǒng)，使整個分離過程達到穩(wěn)定、可靠和安全。分子膜的使用壽命約為3 年。3 膜分離技術(shù)處理含酚廢水1998 年初，美國 STEEDAENTERPRISES公司與天津開發(fā)區(qū)金?？乒べQ(mào)有限公司合作， 對北京燕化化工二廠苯酚丙酮裝置含酚

6、廢水的數(shù)據(jù)進行了分析研究，確定用 V+SEP設備處理含酚廢水。通過實驗，效果非常明顯，一次處理即可將被處理廢水的 COD值降低 85%。1998 年底，我院根據(jù)實驗報告完成設計。3.1工藝流程3.1.1規(guī)模及水質(zhì)水量： 5.0m3/h水質(zhì)： COD1500mg/1PH=4左右水溫： 7O成分：苯酚、丙酮、異丙苯及無機鹽類工藝流程簡述裝置排出的含酚廢水先進入調(diào)節(jié)罐進行調(diào)節(jié)，然后經(jīng)進水泵加壓 1.7MPa(G)送入 V+SEP中進行分離過濾。為了去除廢水中大的懸浮顆粒，減少其對 V+SEP設備中濾膜表面的磨損， 在進水泵前的管路上設置了管道過濾器。廢水經(jīng) V+SEP的分離過濾產(chǎn)生出過濾物和濾清液，

7、 濾清液被排入濾清液罐 0.1MPa(G)，然后用排水泵將濾清液送往污水凈化廠進一步處理。分離過濾產(chǎn)生的過濾物 1.5MPa(G)送去焚燒或裝桶外運銷售，進一步綜合利用或作燃料。 V+SEP設備投入運行時，過濾物排放自控閥關閉，通過濾膜過濾廢水中的有機質(zhì)和懸浮顆粒被截留到V+SEP設備中。當被截留物達到一定濃度時， 過濾物排放自控閥開啟，過濾物被排入過濾物罐。 這是個循環(huán)過程， 可保證廢水被連續(xù)不斷地處理。出水水質(zhì)濾清液：流量 4.68m3/hCOD225Omg/1過濾物：流量 0.32m3/hCOD199219mg/1控制水平V+SEP設備的控制系統(tǒng)完全由邏輯程序控制器(PLC)提供，它可自

8、動測試并選擇合適的參數(shù)來保證設備正常地運行。此外，它還包括自動清洗、自動關閉、自動報警、數(shù)字檢測顯示器、遙控檢測及監(jiān)聽等一系列措施，保證整個系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運行。3.2技術(shù)經(jīng)濟主要設備1) 進料平衡罐 ( 玻璃鋼 ) ：1 臺2) 進料泵 (耐酸泵 ) ：2 臺3)V+SEP設備 ( 進口 ) ：1 臺( 底座尺寸 1.2 ×1.2m，總高 4.6m)4) 出料濾清液罐 ( 玻璃鋼 ) ：1 臺5) 出料過濾物罐 ( 玻璃鋼 ) ：1 臺6) 排水泵 (耐酸泵 ) ：2 臺7) 玻璃鋼管道8) 管道過濾器： 1 臺技術(shù)經(jīng)濟分析1) 設備投資： 500 萬元人民幣2) 向酚丙酮裝

9、置收排污費 (6.8 元/ 噸) ：391 萬元 / 年3) 給污水凈化廠交排污費 (6.8 元/ 噸) ：55 萬元 / 年4) 操作運行費：電費 ( 用電量 2O.5KW/h)12 萬元 / 年其它 10萬元/ 年預計總投資回收年限為兩年。4 結(jié)論4.1V+SEP設備處理一噸水僅耗電4KW，是一種節(jié)能設備且占地面積非常小。4.2 如兩臺 V+SEP設備串聯(lián)使用， COD的去除率達 98%，可極大地緩解污水凈化廠的壓力。膜生物反應器（ MBR）污水再生工程的運行與優(yōu)化水資源與環(huán)境問題日益受到人類社會的重視。 政治、道德及科學技術(shù)都在力圖控制與全面解決水問題的嚴重惡化問題。 我國在近幾年投入將

10、高達上千億的資金來達到環(huán)保目標，在 2010 年水處理率不低于60%。污水再生回用成為解決水問題的關鍵 1 。北京的污水回用率要達到 50%，最近我國部份城市水價調(diào)整，鼓勵使用中水，為污水再生回用提供了良好的市場發(fā)展空間。 但傳統(tǒng)污水再生處理技術(shù)存在著出水質(zhì)量不高，占地大，穩(wěn)定性差，另外大型處理廠存在設備與運行的資金短缺問題， 二級處理廠達到回用標準要增加設備成本， 如輸送回用水的泵房、管線要增加新設備、空間等。所以在短期這些技術(shù)都不能完全滿足我國對環(huán)境治理的要求 2 。膜技術(shù)的快速發(fā)展，特別是MBR技術(shù)在近 3 年內(nèi)得到了突破性的應用發(fā)展，為污水再生回用的實現(xiàn)帶來了光明的前景 3 。出水質(zhì)量

11、高，能夠直接由一級污水直接達到回用水標準，其后與反滲透（RO）可以達到更高的工藝用水與飲用水要求 4 。占地小或不占地，自動程度高，方便舊廠升級改造，也靈活的滿足中小處理需求。2000 年 MBR處理污水最大規(guī)模僅在幾千噸/ 天，而 2003 年達到幾萬噸 / 天。應用主要集中在生化性好、有回用經(jīng)濟效益的城市生活污水 5 ；工藝以運行成本相對要低得多的一體式（也叫沉浸式或淹沒式）膜生物反應器有氧活性污泥法為主；使用的膜代表品種之中，中空纖維聚偏氟乙烯（ PVDF）有出水量大，抗污染性能強，化學穩(wěn)定性好的特點。在我國僅局限于實驗室階段，且大多局限于生物方面。 而搞膜材料的研究相對很少， 膜技術(shù)與

12、 MBR技術(shù)相對成熟能產(chǎn)業(yè)化的就更少了。 在工業(yè)應用方面， 使用國產(chǎn)膜的工程規(guī)模最大僅為幾百噸 / 天，國外膜雖然價格高， 為國產(chǎn)膜的 23 倍，但是工藝成熟穩(wěn)定， 主要掌握 MBR技術(shù)的國外大公司即將全面占領國內(nèi)市場。 6 所以本文以國產(chǎn)中空纖維膜沉浸式膜生物反應器處理生活污水為研究對象， 來全面闡述膜生物反應器在處理污水再生回用中的工程實現(xiàn)與優(yōu)化。 實現(xiàn)在中國現(xiàn)有國情條件下， 最大可能性的解決水資源與環(huán)境問題， 為國家建設提供強有力的技術(shù)支持。 本項目的示范作用為國產(chǎn) MBR技術(shù)的成熟與推廣有重要意義。1、工程概況：本文以中直苗圃 MBR項目為例。北京中直苗圃是一個旅游療養(yǎng)地， 接待能力為

13、 1000 個床位，季節(jié)性波動性較大。最少時冬季為 100 噸/天，在夏季則受人口及雨水影響，水量最高高在 500800 噸/ 天。另外，院內(nèi)有 200 畝的綠化地。在處理前采用地下水及集水池補水，用量大，且生活污水沒有利用。經(jīng)論證采取了MBR污水再生技術(shù)，使水達到回用于景觀綠化的目的。天津工業(yè)大學充分發(fā)揮在中空纖維膜技術(shù)的優(yōu)勢， 在經(jīng)過小試及國內(nèi)數(shù)十個 MBR項目的應用實踐基礎上， 全部采用國產(chǎn)化設備技術(shù)， 獨立設計建承。2、工藝過程2.1 工藝流程污水再生系統(tǒng)包括以下幾個部份1）、電器自控系統(tǒng)： PLC，變頻器、電控閥門、液位記。2）、生化處理系統(tǒng)：調(diào)節(jié)池，水解酸化池、曝氣池、產(chǎn)水池。3）

14、、膜系統(tǒng)：膜架，簾式膜、在線氣水洗、曝氣系統(tǒng)、在線化洗、離線清洗部份。2.2 主要構(gòu)筑件、設備及工藝參數(shù)31）、調(diào)節(jié)池：長寬高為 9×9×4m,有效體積 300m，停留時間為 15h.3水解池：長寬高為8×4×4m,有效體積 100m，停留時間為 5h.3曝氣池：長寬高為 9×2.5 ×2.4m, 有效體積 42m，3 個并聯(lián)，停留時間為 6h3產(chǎn)水池：長寬高為7×8×2m,有效體積 100m，停留時間為 5h3清洗池：長寬高為1.6 ×1.2 ×2m,有效體積 3m總占用面積： 260 平方米

15、2）、二氧化氯發(fā)生器： H99-300 山東華特三葉羅茨風機： SSR125 P=7.5KW 3臺,山東章晃潛水泵：調(diào)節(jié)池出水泵： SSP-51.580；水解池出水泵： SSP-50.460;3 臺；清洗池出水泵： SSP-50.460；應急泵： SSP-51.580; 產(chǎn)水池出水泵： SSP-51.580 ，GSD公司污水泵：曝氣池出水泵： WB70/090 3 臺; 清洗泵： WB70/075 ; 廣東陽江新粵華加上照明、加藥與吊車等總裝機容量為43KW膜： FR，膜內(nèi) / 外徑為 35/25mm，絲根數(shù)：總面積：產(chǎn)水量清水：截留分子量為 20 萬，最大孔徑： 0.2 m 產(chǎn)地 天津工業(yè)大

16、學膜天膜公司 .膜架：長寬高為 1020×700×1300mm,8個簾式膜容量， 含清洗曝氣系統(tǒng)，產(chǎn)地：天津工業(yè)大學膜天膜公司 .3）、臨界通量為 1040L/M2. .H 根據(jù)體水質(zhì)情況而定，設計通量在10L/M2。在臨界通量進行恒流量控制;氣水比為 15：120：1 ；酸化池DO值為小于 1mg/l,曝氣池 DO值 58mg/l ；連續(xù)進水，間歇出水，抽吸泵開 13 分鐘停 1 分鐘；總污泥含量大于 8000mg/l ，要向酸化池中排泥。當壓力表在最低液面時，清水泵口真空表真空度大于 30Kpa，進行在線物理水氣清洗。 物理水氣清洗的周期間隔小于 2 周時，進行在線化學

17、清洗；當在線化學清洗周期小于 1 個月時，采用離線清洗。2.3 設計特點1) 、電氣系統(tǒng)、生化系統(tǒng)、膜系統(tǒng)三部分相互之間有關聯(lián)，但是加工安裝有獨立性，方便于模塊化成套性工業(yè)推廣，施工調(diào)試期短。其應用可以采用階段性開車， 由于膜架成為最小的處理單元， 所以不涉及工程的放大問題，并且有助于在初步的試運行階段通過較少的膜作為試車風險，來獲得更加可靠穩(wěn)定的運行參數(shù)。2) 、采用造價較低的傳統(tǒng)的水解酸化 - 有氧活性污泥法，但在參數(shù)的設計中體現(xiàn)了 MBR的特殊性。為了增加水解酸化的效果及減少給水波動性的影響，加大了水解池體積。3) 、PLC電路高度自控，無人值守。變頻器可以節(jié)約曝氣能耗?？梢愿鶕?jù)不同的進

18、水水質(zhì)與產(chǎn)水的不同需求在不增加設備的情況下， 軟件化調(diào)節(jié)。4）、經(jīng)濟有效的清洗系統(tǒng)保證了膜的長時間節(jié)能運行 1 。在線氣水洗有高效與環(huán)保上的意義， 新型射流技術(shù)的應用， 增加了清洗效果并使用水量與時間都減少，使占有一體膜生物反應器運行能耗近 90%的曝氣能耗得以下降。另外， 在線化洗減少操作強度，解決了強度不高的 PVDF膜的斷絲問題。對于長期所發(fā)生的較為嚴重的污染，進行離線清洗，膜架堆設計方便了膜的取放，提高了膜的清洗效率。5）、整個工程為地下室，上面為景觀假山綠地，體現(xiàn)了美學意義。清洗用水都來自于膜產(chǎn)水。 在線化學清洗用量少， 給環(huán)境帶來的污染小，離線化學清洗用藥量少，是重復使用，最終廢液

19、中和后，間歇的排入到調(diào)節(jié)池，并通過生化得以處理。膜生物反應器的高濃度污泥，使排泥量少，曝氣池量的污泥可以排到水解酸化池中， 增加了水解酸化效果。最終，生成的無機物污泥， 一年或更長的時間由排污車排除，作為肥料供給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 使污水處理廠自身也清潔生產(chǎn)， 實現(xiàn) O排放。3 處理效果工程經(jīng)過 1 個月的調(diào)試和污泥的培養(yǎng)， 投入正常運行 6 個月。運行比較穩(wěn)定。雖然受到雨水的影響，但是污泥中一直有較好的生物相，以出水中的氨氮、總磷、 COD、SS以及膜出水泵的真空度作MBR系統(tǒng)的監(jiān)控指標。出水在不同時期多次抽測分析，所有指標都優(yōu)于城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)（GB/T18920-2002）。除總磷

20、外，出水水質(zhì)可完全滿足城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)（ 18920-2002）. 此期間沒有進行化學清洗，沒有明顯污染衰減。沒有進行排泥。4、主要經(jīng)濟技術(shù)指標及經(jīng)濟效益分析及優(yōu)化4.1 水成本的分析為了全面分析 MBR工程系統(tǒng)的各種運行參數(shù)及設計條件對工程處理效果的影響情況，本文以單位水處理成本V 元/m3 作為工程評價的目標參數(shù)，并以本系統(tǒng)試運行參數(shù)為依據(jù)，對事故停車率、在線水洗時間、空曝氣清洗時間、膜壽命、氣水比、膜價格、膜產(chǎn)水通量進行了全面的分析優(yōu)化。計算過程利用數(shù)學軟件7 進行了運算。計算程序參考相關文獻， 8 ，6 。水電費人工等參數(shù)以北京地區(qū)為準，通過在設定其它參數(shù)不變的基礎上，

21、對單一因素作分析計算， 得到各數(shù)據(jù)進作圖數(shù)據(jù)分析，得到的直線回歸方程即得到了V=KX+BV，V 為產(chǎn)水成本，單位為元 /m3;X 代表各影響因子。如下表1 中所示。表 1 各種技術(shù)經(jīng)濟條件對MBR水成本的影響回歸方程參數(shù)表V=KX+BXXKBR2X0X 最大V(X0）注 單位值示0.95空yair1.6532.0180.070.012.133716曝不出水的時間比率事故等停車0.992.15823ybad0.4472.1560.0050.01的55時間比率0.65膜 L/M2.QPS -0.1724.47610.00 30.002.7564設 h定的產(chǎn)水通量膜使0.65Nmem -0.1372

22、.5252.00 10.00 用 a2.2514年限在線清洗yclea所2.154680.2442.15210.0112.00n占4用的時間比率氣GPW0.031.512121.50 30.00水2.157比膜每平CPSme 0.00617150.0450.0方1.2281￥/m22.1544m600米價格元4.2 敏感性分析為了研究對各因素X 對水成本 V 的影響情況，本文采取了投資項目評價中的敏感性分析。 對各種不同單位的影響因素的變化都會引起水成本的一定變化， 但是其影響程度卻各不相同。有些因素可能僅發(fā)生了較小的變化就能引起水成本指標發(fā)生大的變動，而另外一些因素即使發(fā)生了很大的變動， 水

23、成本影響也不是很大。 前一類因素稱為敏感因素。跟據(jù)上面的參數(shù)，設定不確定因素變化率xi 分± 30%，± 20%，±10%間變化，將得到的Xit代入各自的回歸方程得到值Vxjt與Vxj ，然后對其作圖， 如下圖1，xi 與Vxj的斜率slope(Xj,Vxj)就是敏感系數(shù) 。它反映了變量因素敏感程度的一個指標。最大者為最關鍵因素。圖 1 水成本的單因素敏感性相對分析圖圖 2 水成本的單因素敏感絕對分析圖在上述理想條件分析中， 不考慮各種條件之間的相關影響， 即清洗及曝氣等對膜壽命的影響均未考慮， 另外由于水成本中泵能耗的比例較小，所以也忽略了膜污染對泵能耗增加所產(chǎn)

24、生的影響。 另外其它運行情況僅以本系統(tǒng)為例， 其它水電費等參數(shù)以北京地區(qū)為準。 認為此工藝條件下，膜生物反應器的各種影響產(chǎn)水成本的因素中， 相對大小為：停車率 <在線水洗 <空曝氣清洗 <氣水比 <膜壽命 <膜價格 <膜產(chǎn)水通量。膜是關鍵因素 , 膜的產(chǎn)水能量是最為關鍵因素，直接決定著 MBR制水成本的大小 。這與相關報道 6 一致，但是更為深入而細致。達到了優(yōu)化工藝的目的。5、討論與改進1）、膜的出水量及價格及壽命成為控制成為的主要因素。膜產(chǎn)水通量是最主要的影響因子。 又要同時兼顧膜的使用壽命。 與其這些有關的各種因素都會可能成為降低成本的有益控制手段。相反則要避免，即使在短期可以降低在成本。 要以最終的工程壽命期水成本為控制參數(shù)，實現(xiàn)膜的長期有效使用，才有可使工程最經(jīng)濟有效。在壽命 2 年以上的價格小于 200 元的國產(chǎn)膜會在水成本上有優(yōu)