CMF連續(xù)微濾中水回用裝置中試研究(北京北小河污水處理廠)

1、CMFW2連續(xù)微濾中水回用裝置中試研究更新時間：09-11-4 10:58 作者: 胡新立，陶濤 摘要：采用CMFW2連續(xù)微濾中水回用裝置對城市污水廠二級出水進(jìn)行深度處理中試試驗(yàn)，運(yùn)行結(jié)果表明該裝置在技術(shù)上是可行的，其出水水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中的城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。并對該裝置對膜污染的控制和清洗做了簡要的分析。關(guān)鍵詞：CMFW2連續(xù)微濾 膜污染 膜清洗 污水回用隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市缺水問題尤為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國669個城市中，400個城市常年供水不足，其中110個城市嚴(yán)重缺水，北方尤重于南方1。為此，在2001年初通過的“國民經(jīng)濟(jì)和社

2、會發(fā)展第十個五年計(jì)劃綱要”中特別強(qiáng)調(diào)了搞好污水處理回用的重要性，因?yàn)閷?shí)施城市污水資源化，可開辟新的淡水資源，對保障城市安全供水具有重要的戰(zhàn)略意義。膜處理技術(shù)作為高科技領(lǐng)域中一種新興的技術(shù)，在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用正日趨廣泛。膜處理技術(shù)具有無相變、能耗低、設(shè)備簡單、占地少、便于連續(xù)操作、易自控等優(yōu)點(diǎn)，但由于膜材料價格高、膜污染和膜清洗這些問題得不到很好地解決，從而限制了膜處理技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用。本研究采用CMFW2連續(xù)微濾裝置對城市污水處理廠二級出水進(jìn)行中水回用中試試驗(yàn)，以期達(dá)到污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中的城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。該裝置采用國產(chǎn)膜組件，使膜材料價格大大降低

3、，并與傳統(tǒng)的混凝、沉淀和粗濾技術(shù)相結(jié)合，以適應(yīng)較大的水質(zhì)變化，延緩膜污染周期，保證裝置的正常運(yùn)行。研究中對該裝置的處理效率進(jìn)行了考慮，對膜污染的控制與清洗進(jìn)行了分析。1.   試驗(yàn)裝置與方法1 1工藝流程本研究為現(xiàn)場中試，試驗(yàn)工藝流程如圖1。試驗(yàn)用水取自北京北小河污水處理廠二沉池，北小河污水處理廠二沉池出水經(jīng)加藥后進(jìn)入CMFW2連續(xù)微濾裝置進(jìn)行處理，處理水進(jìn)入清水池，清水池出水供給試驗(yàn)小區(qū)回用。1 2試驗(yàn)裝置CMFW2連續(xù)微濾裝置是武漢市思藍(lán)凈水技術(shù)有限公司研發(fā)的CMFW系列連續(xù)微濾設(shè)備。CMFW2連續(xù)微濾裝置是由混凝沉淀罐、粗濾罐、微濾膜組件、壓縮空氣系統(tǒng)、組合式反沖洗系

4、統(tǒng)、CIP化學(xué)清洗系統(tǒng)和PLC自控系統(tǒng)等所組成。二沉池出水投加混凝劑，經(jīng)由管式混合器混合后進(jìn)入混凝沉淀罐，混凝沉淀罐出水通過粗濾罐過濾，粗濾罐出水由離心泵壓入微濾膜組件過濾，從而得到達(dá)標(biāo)出水。由于離心泵的壓力作用在微濾膜的內(nèi)外側(cè)造成壓差，將待處理水中大于過濾精度的全部物質(zhì)和小于過濾精度的部分物質(zhì)分離出來，從而使待處理水得以凈化達(dá)標(biāo)。微濾膜組件采用武漢市思藍(lán)凈水技術(shù)有限公司研發(fā)的CMFW系列國產(chǎn)管式膜組件，其具有耐污染、高機(jī)械強(qiáng)度、高抗氧化能力的特點(diǎn)，是一種特別適用于污水回用的膜組件。1 3試驗(yàn)方法CMFW2連續(xù)微濾試驗(yàn)裝置設(shè)在北京北小河污水處理廠內(nèi)。試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)：運(yùn)行壓力為0.100.15M

5、Pa，出水流量為120m3/d，反沖洗周期為20min，反沖洗歷時1min。試驗(yàn)用水采用二沉池出水，二沉池出水水質(zhì)如表1。試驗(yàn)出水水質(zhì)指標(biāo)采用污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中的城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表2。北京市奧運(yùn)中水辦定時采集水樣并分析其CODCr、總氮、總磷、濁度、氯化物、TDS等指標(biāo)，水質(zhì)分析采用標(biāo)準(zhǔn)分析方法，由此可得如下試驗(yàn)結(jié)果。2.   試驗(yàn)結(jié)果與分析2 1CODCr的去除試驗(yàn)裝置對CODCr有較好的去除效果。試驗(yàn)裝置進(jìn)、出水CODCr濃度及其去除率如圖2所示，由圖可見進(jìn)水CODCr濃度為63.2mg/L186.0mg/L，出水COD

6、Cr濃度為33.1mg/L43.6mg/L，去除率為3178%，平均去除率為54%。出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，出水CODCr濃度一直穩(wěn)定在45mg/L以下，出水CODCr濃度均值為39.7mg/L，小于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)50mg/L的規(guī)定。這表明對于處理對象以生活污水為主的污水處理廠來說，二沉池出水中的CODCr主要呈懸浮或溶解狀態(tài)，且以懸浮狀態(tài)的顆粒有機(jī)物質(zhì)和溶解性的大分子有機(jī)物質(zhì)為主，而微孔濾膜對這些有機(jī)物質(zhì)有較好的截留去除作用。懸浮狀態(tài)的有機(jī)物的去除主要依靠膜孔的篩濾作用，而溶解性的有機(jī)物質(zhì)的截留去除則主要是通過膜表面沉積層的篩濾和吸附作用完成，部分

7、是由膜面和膜孔吸附作用完成。2 2總氮的去除試驗(yàn)裝置對總氮去除效果不明顯。試驗(yàn)裝置進(jìn)、出水總氮濃度及其去除率如圖3所示，由圖可見進(jìn)水總氮濃度為29.5mg/L42.2mg/L，出水總氮濃度為26.2mg/L32.7mg/L，出水總氮濃度均值為29.8mg/L，平均去除率為9%。但總氮的去除率波動較大，這是因?yàn)檫B續(xù)微濾裝置不存在氨氮的硝化、硝氮的反硝化及化學(xué)去除作用，對總氮的去除僅以膜表面沉積層的吸附作用為主，而膜表面的沉積層是極不穩(wěn)定的，它隨著過濾和氣、水反沖的交替進(jìn)行產(chǎn)生和消失，并與進(jìn)水水質(zhì)有著密切的關(guān)系。2 3總磷的去除試驗(yàn)裝置對總磷有一定的去除效果。試驗(yàn)裝置進(jìn)、出水總磷濃度及其去除率如圖

8、4所示，由圖可見進(jìn)水總磷濃度為3.57mg/L7.42mg/L，出水總磷濃度為2.90mg/L5.22mg/L，出水總磷濃度均值為4.16mg/L，去除率為746%，平均去除率為25%。污水中磷有三種形態(tài)：有機(jī)磷酸鹽、聚磷酸鹽和正磷酸鹽，由于在北小河污水處理廠常規(guī)好氧生物處理過程中，大多數(shù)有機(jī)磷和聚合磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，因此二沉池出水中所含有的磷大多數(shù)是溶解性的1。而在二沉池出水里加藥，通過混凝，化學(xué)藥劑與磷反應(yīng)生成不溶性磷酸鹽，然后通過沉淀、粗濾和微孔濾膜的截留與吸附作用使磷得以部分去除。2 4濁度的去除試驗(yàn)裝置能夠高效地進(jìn)行固液分離，出水濁度較為穩(wěn)定，幾乎不受進(jìn)水水質(zhì)的影響。試驗(yàn)裝置進(jìn)、出水

9、濁度及其去除率如圖5所示，由圖可見進(jìn)水濁度為7.4641.6NTU，出水濁度為0.160.65NTU，出水濁度均值為0.44 NTU，去除率為9299%，平均去除率為97%。出水濁度均在1NTU以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)5NTU的規(guī)定。二沉池出水中的濁度主要是由水中的呈懸浮狀態(tài)的顆粒和膠體物質(zhì)所造成的，通過在二沉池出水中加藥，使水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)絮凝、聚沉，再經(jīng)由粗濾和微孔膜濾，將水中大于膜過濾精度的全部物質(zhì)和小于過濾精度的部分物質(zhì)除去，從而得到了好的出水濁度。2. 5其它污染物的去除試驗(yàn)裝置對氯化物和TDS沒有去除效果。由于對二沉池出

10、水加藥，反而向水中引入了新的溶解物，使水中的氯化物和TDS濃度有所升高。試驗(yàn)裝置進(jìn)水氯化物濃度均值為94.2mg/L，TDS濃度均值為466mg/L；出水氯化物濃度均值為100.4mg/L， TDS濃度均值為467.7mg/L，均遠(yuǎn)低于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)氯化物濃度300mg/L 和TDS濃度1000mg/L的規(guī)定。上述結(jié)果表明，CMFW2連續(xù)微濾裝置的出水水質(zhì)優(yōu)于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中的城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)消毒后可用來沖廁、道路清掃、消防、園林綠化、洗車和建筑施工等。3.   膜污染的控制與清洗膜污染是

11、指在膜過濾過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象2。本試驗(yàn)裝置自從2003年4月21日開機(jī)以來連續(xù)運(yùn)行了兩個多月至今，在進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生較大變化的情況下一直正常運(yùn)行，出水水質(zhì)穩(wěn)定，均達(dá)到并優(yōu)于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中的城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這進(jìn)一步表明，CMFW-2連續(xù)微濾裝置能夠有效地控制膜污染，并能高效進(jìn)行膜清洗，其主要采取如下措施。3.1膜污染的控制3.1.1抗污染膜材CMFW2連續(xù)微濾裝置管式微孔濾膜采用的復(fù)合膜材料為聚乙烯醇（PVA

12、）,其具有高度的親水性和耐污染性，具有很好的耐多種有機(jī)溶劑的特性，易于成膜，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定。3.1.2膜孔徑膜孔徑較大，初始通量較大,但通量衰減較快，易受到膜污染。因此膜孔徑應(yīng)比要求截留的微粒粒徑要小，這樣才能獲得較好的處理效果，還可減少溶質(zhì)在膜孔上的吸附和堵塞所造成的污染。但孔徑越小，流體阻力則越大，通量也就越小3。綜合考慮兩者關(guān)系，通過試驗(yàn)對比膜孔徑取為0.2-0.45µm，在這個范圍內(nèi)，CMFW2連續(xù)微濾裝置管式微孔濾膜處理效果最好，運(yùn)行最為穩(wěn)定。3.1.3膜結(jié)構(gòu)對稱結(jié)構(gòu)微濾膜，其彎曲孔的表面開口有時比內(nèi)部孔徑還要大，這樣進(jìn)入膜表面孔的粒子往往會被截留在膜中，導(dǎo)致膜堵塞，通

13、量衰減快；而不對稱結(jié)構(gòu)微濾膜，粒子大都被截留在膜表面，不易造成膜堵塞，易被橫切流帶走，即使在膜表面孔上產(chǎn)生聚集、堵塞，用反洗也很容易沖走2。CMFW2連續(xù)微濾裝置管式微孔濾膜采用的是不對稱結(jié)構(gòu)。3.1.4抗污染膜組件CMFW2連續(xù)微濾裝置采用的是管式膜組件。管式膜組件對水中懸浮物有一定的承受能力,能有效地控制濃差極化,大范圍地調(diào)節(jié)待處理水的流速,膜生成污垢容易清洗且無需拆開設(shè)備4。3.1.5錯流過濾傳統(tǒng)的微濾為盲端過濾形式，盲端過濾的阻塞機(jī)率較高，且阻塞后必須停機(jī)反沖再生，不宜于連續(xù)運(yùn)作，而錯流過濾可以實(shí)現(xiàn)微濾裝置的連續(xù)運(yùn)作以適應(yīng)處理大流量的規(guī)模要求。錯流過濾，水流動平行于過濾表面，在過濾表面

14、可形成較大的剪切力，造成膜污染阻塞物質(zhì)始終處于懸浮狀態(tài)，消除濃差極化帶來的影響，減少微粒和溶質(zhì)在膜面的沉積，減輕膜污染5。3.1.6膜前預(yù)處理CMFW2連續(xù)微濾裝置采用常規(guī)的混凝、沉淀和粗濾做微孔膜濾的預(yù)處理，通過加藥對二沉池出水進(jìn)行絮凝、沉淀和過濾，以去除水中一些較大的懸浮粒子、膠體和部分溶解性物質(zhì)，從而減輕微濾膜過程的負(fù)荷和污染。通過對二沉池出水加消毒劑殺菌以免微生物、細(xì)菌和有機(jī)物對微濾膜造成污染和侵蝕。3.2 膜清洗CMFW2連續(xù)微濾裝置采取了控制膜污染的各種有效措施，但在長期運(yùn)行過程中，膜的透水通量隨運(yùn)行時間增長而下降，即膜污染問題必然發(fā)生，因此必須采取一定的清洗方法，使膜面或膜孔內(nèi)污

15、染物去除，達(dá)到透水量恢復(fù)，延長膜壽命的目的。3.2.1氣、水反沖微濾裝置氣、水反沖的周期是20min。首先通過壓縮空氣對微濾膜進(jìn)行氣反沖，氣反沖持續(xù)時間5s，壓力大，瞬間將膜污染層沖開，使膜表面及膜孔內(nèi)的所截留和吸附的污染物脫離濾膜，然后通過高壓水對微濾膜進(jìn)行快速水反沖1min，沖去變松的污染層，從而使膜通量得以恢復(fù)。3.2.2CIP化學(xué)清洗由于物理作用、化學(xué)吸附等多種原因，實(shí)際上每次反沖洗后，微濾膜的過濾能力總不能完全恢復(fù)到初始水平，而是隨著每一個（過濾一反洗）周期的重復(fù)膜的過濾阻力逐漸增大，為了補(bǔ)償阻力增大而造成的流量下降，自控系統(tǒng)自動增大壓力。這樣，正常運(yùn)行經(jīng)過一段相當(dāng)長的時間后運(yùn)行壓力

16、達(dá)到上限，當(dāng)膜通量不能保持時，就需要化學(xué)清洗。清洗劑有酸液和堿液兩種，化學(xué)清洗流程為先酸洗，再水洗，再堿洗，再水洗，持續(xù)時間為24小時。化學(xué)清洗使膜污染物松動、乳化和分散，水洗使膜污染物得以去除。化學(xué)清洗后，膜通量可恢復(fù)到初始水平。4.   結(jié)論(1) CMFW2連續(xù)微濾裝置對城市污水廠二級出水進(jìn)行中水回用處理的效果非常明顯，對懸浮固體、膠體等污染物具有顯著的過濾去除作用。二沉池出水經(jīng)連續(xù)微濾設(shè)備處理后出水CODCr均值為39.7mg/L，濁度均值為0.44 NTU，均明顯優(yōu)于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）（2001年）中城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定。(2) 連續(xù)微濾設(shè)備對二沉池出水中的CODCr、濁度有較高地去除率，平均去除率分別為54%和97%；對總磷有一定的去除作用，平均去除率為25%；對總氮去除不明顯；對氯化物和TDS沒有去除作用。(3) CMFW-2連續(xù)微濾裝置把傳統(tǒng)的混凝、沉淀和粗濾技術(shù)與先進(jìn)的微孔膜濾技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，具有處理效率高、耐沖擊負(fù)荷、占地少、工藝先進(jìn)、自動控制和運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)。(4) 由于CM