杜娟

（山鋼股份有限公司濟南分公司，濟南　250101）

施工、設備與材料

內壓式超濾膜與外壓式超濾膜的工程應用分析比較

杜娟

（山鋼股份有限公司濟南分公司，濟南250101）

根據內壓式超濾膜和外壓式超濾膜組件在冶金污水回用處理工程中的實際應用，從運行參數、出水水質、清洗周期等方面對兩者進行了綜合分析比較，同時分析了超濾膜污染的成因、工藝優(yōu)化采取的措施。結果表明，外壓式超濾膜跨膜壓差的穩(wěn)定性和產水透過率優(yōu)于內壓式超濾膜，2種膜的產水水質接近，外壓式超濾膜的化學清洗周期是內壓式超濾膜的3倍，外壓式超濾膜更適用于大流量冶金污水反滲透脫鹽的預處理。

內壓式；外壓式；冶金污水；超濾；反滲透

在冶金污水處理中，當污水凈化水含鹽量無法滿足企業(yè)供水系統(tǒng)或用水單元要求時，需進行脫鹽處理。超濾膜因具有能耗低、單級分離效率高、過程簡單、出水水質高等優(yōu)點，廣泛應用于反滲透脫鹽的預處理［1-2］。

濟鋼綜合污水處理回用工程采用超濾和反滲透脫鹽處理冶金污水，回用于生產系統(tǒng)作為循環(huán)水系統(tǒng)補充水，在系統(tǒng)中以內壓式超濾設備作為反滲透的預處理工藝［3］。在實際運行中，七孔內壓式超濾膜的處理效果達不到設計要求，超濾膜平均跨膜壓差高、污堵速度快、產水率降低、化學清洗周期短，影響了反滲透設備的正常運行和系統(tǒng)穩(wěn)定。為了解決上述工藝處理中存在的問題，在該系統(tǒng)中增設了2套外壓式超濾裝置。本文對內壓式超濾膜與外壓式超濾膜的出水水質、清洗周期、跨膜壓差、產水透過率等參數進行分析比較，為超濾工藝在冶金行業(yè)綜合污水處理回用中的應用提供參考。

1　污水回用處理工藝流程

1.1預處理工藝

濟鋼綜合污水處理回用工程于2007年底投產運行，設計處理污水量為3.34萬t/d。污水主要來源于各濁環(huán)水系統(tǒng)的排污水，主要污染物為硬度、油、重金屬、有機物等。預處理系統(tǒng)采用高密池混凝沉淀和V型濾池過濾方法，通過混凝沉淀和過濾等物化處理去除污水中懸浮物、硬度、重金屬、腐殖酸、油類及部分不溶性CODCr等物質，使預處理后水質達到雙膜法處理進水水質要求。中水進入超濾的水質監(jiān)測數據如表1所示。

表1　超濾進水水質Tab.1　Inf1uent water qua1ity of u1trafitration

1.2超濾處理工藝

預處理后中水送入除鹽水站，除鹽水系統(tǒng)有6套內壓式超濾裝置，每套52支膜組件，單套超濾最大凈產水量為164 m3/h，2013年增加2套外壓式超濾裝置，每套70支膜組件，單套超濾最大凈產水量為200 m3/h。工藝流程如圖1所示。

圖1　超濾工藝流程Fig.1　U1trafi1tration f1ow

1.3內壓式超濾膜與外壓式超濾膜組件

內壓式、外壓式超濾膜組件的主要設計參數如表2所示。

表2　內壓式超濾膜與外壓式超濾膜性能參數Tab.2　Performance parameters of interna1 pressure and externa1 pressure u1trafi1tration membrane

2　內壓式超濾膜與外壓式超濾膜組件應用比較

通過實際運行，對內壓式超濾膜與外壓式超濾膜組件的性能、產水水質進行評價，主要性能包括跨膜壓差、產水量及產水透過率、清洗周期，產水水質包括出水濁度、SDI值、CODCr去除率。

2.1運行參數對比

選取內壓式超濾與外壓式超濾裝置在穩(wěn)定運行期的參數進行比較。2組膜組件運行方式均采用錯流過濾，控制產水率為90%左右。常規(guī)反洗基本相同，為每運行30min進行30 s下排反洗和上排反洗，化學加強反洗為每10個周期進行1次鹽酸加強反洗，鹽酸質量分數為30%，投加量為400～500mg/L，每10個周期進行1次氫氧化鈉加強反洗，氫氧化鈉質量分數為30%，投加量為50～100mg/L。2組膜組件運行差別在于外壓式超濾裝置在每個運行周期后增加了1次30 s的氣洗。內壓式與外壓式超濾裝置運行結果如表3所示。

表3　內壓式、外壓式超濾裝置運行參數Tab.3　Operating parameters of interna1 pressure and externa1 pressure u1trafi1tration devices

從運行情況看，在基本相同的運行模式下，內壓式超濾的運行跨膜壓差自0.04 MPa上升到0.10 MPa的時間為12～15 d，相應外壓式超濾膜為40～45 d，外壓式超濾膜跨膜壓差上升速度慢；內壓式超濾膜的在線化學清洗頻率幾乎是外壓式超濾膜的3倍。這表明外壓膜的抗污染性能較好，常規(guī)的反洗能較好地保證膜受污染程度處在較低的狀態(tài)［4］。

產水透過率為膜通量與跨膜壓差的比值，是衡量超濾膜組件產水經濟性的一個重要指標。45 d的內壓式超濾膜組件與外壓式超濾膜組件產水透過率計算數據對比如圖2所示。

圖2　內壓、外壓超濾膜產水透過率Fig.2　Produced water permeabi1ity of interna1 pressure and externa1 pressure u1trafi1tration membrane

從圖2可以看出，外壓式超濾膜組件的產水透過率較內壓式的穩(wěn)定，外壓式超濾膜產水透過率平均為1 195 L/（m2·h·MPa），內壓式超濾膜產水透過率為831 L/（m2·h·MPa），外壓式超濾膜產水透過率高于內壓式超濾膜44%。內壓式超濾膜相比外壓式超濾膜污染嚴重，需要頻繁地化學清洗才能穩(wěn)定運行，而苛刻和頻繁的化學清洗損傷膜，運行和操作費用增加［5］。膜污染與污染物在膜表面及膜孔徑內的附著情況有關，在常規(guī)在線反洗和加強反洗相同的條件下，外壓式超濾膜在反洗時膜表面及膜孔內所吸附的污染物更易脫離濾膜，同時外壓式超濾裝置增加的壓縮空氣氣洗有助于此過程的進行，從而使膜通量在較長時間內穩(wěn)定。

2.2產水水質對比

2.2.1產水濁度

污水中含有懸浮物、無機物、微生物和膠體等物質，因此，濁度是反映產水水質的重要指標，內壓式、外壓式超濾膜出水濁度如圖3所示。

圖3　內壓式、外壓式超濾膜出水濁度Fig.3　Eff1uent water turbidity of interna1 pressure and externa1 pressure u1trafi1tration membrane

從圖3可以看出，超濾進水濁度為3.9～6.5 NTU，平均濁度為5.02 NTU，內壓式超濾膜出水濁度為0.6～3.2 NTU，平均濁度為1.56 NTU，外壓式超濾膜出水濁度為1.2～3.4 NTU，平均濁度為1.95 NTU，內壓式超濾膜和外壓式超濾膜對濁度的平均去除率分別為69%和61%。

2.2.2出水SDI值

反滲透污染指數（SDI）是衡量反滲透進水水質的一個重要指標，內壓式、外壓式超濾膜產水SDI值如圖4所示。

圖4　內壓式、外壓式超濾膜產水SDI值Fig.4　Produced water SDI va1ue of interna1 pressure and externa1 pressure u1trafi1tration membrane

從圖4可以看出，內壓式超濾膜產水SDI平均值為2.46，波動范圍為1.6～3.8，外壓式超濾膜產水SDI平均值為2.63，波動范圍為1.7～3.6。受冶金污水預處理水質波動的影響，內壓式、外壓式超濾膜出水SDI值的波動都較為明顯。內壓式、外壓式超濾膜產水水質比較接近，SDI值均小于4，按照反滲透系統(tǒng)進水SDI值小于3的標準，產水合格率都在70%左右。從反滲透系統(tǒng)運行情況看，反滲透保安過濾器濾芯的更換周期為2個月左右，反滲透系統(tǒng)每3個月左右進行1次化學清洗，2種超濾產水基本滿足反滲透進水SDI值的要求。

2.3化學清洗次數對比

冶金行業(yè)的濁環(huán)水系統(tǒng)的排污水水質復雜，波動性大，超濾膜通量下降主要是由于膜污染造成的。通過對超濾設備的清洗記錄進行統(tǒng)計，單臺內壓式超濾膜平均化學清洗次數為28次/a，外壓式超濾膜平均化學清洗次數為10次/a。外壓式超濾膜的化學清洗周期是內壓式超濾膜的3倍，其抗污染性能優(yōu)于內壓式超濾膜。通過對超濾膜污堵物取樣分析，2種超濾膜截留的污染物成分基本相同，其中有機物的質量分數為20.33%，鈣的質量分數為27.2%，鐵類物質也較多，證明主要是膠體、細菌、微生物以及無機鹽類結垢造成膜的污堵。針對污堵物，采取了酸洗、堿洗、氧化劑清洗的化學清洗方案，酸洗去除污堵無機物尤其是鐵膠體的效果比較明顯，堿洗和氧化劑清洗去除截留在超濾膜膜孔內的有機物，并殺死細菌［6］。

3　反滲透裝置運行結果

濟鋼綜合污水處理回用工程采用的反滲透膜為美國陶氏化學公司BW30-365FR的抗污染反滲透膜組件。由于超濾單元增加外壓式超濾裝置，工藝優(yōu)化后出水水質控制較好（SDI值≤4，濁度≤2 NTU），反滲透裝置運行穩(wěn)定，進水壓力為1.0～1.2 MPa，一段壓差為0.5～0.8 MPa，二段壓差為1.0～1.5 MPa，產水電導率≤60 μS/cm，脫鹽率可達到96%以上。

4　結論

通過對冶金污水深度處理中內壓式超濾膜和外壓式超濾膜的工程應用比較可知，由于2種膜的結構、材質和運行方式不同，外壓式超濾膜平均跨膜壓差上升速度明顯低于內壓式超濾膜，平均產水透過率較內壓式超濾膜高44%。外壓式超濾膜的化學清洗周期是內壓式超濾膜的3倍，外壓式超濾膜的抗污染性能更好。內壓式超濾膜和外壓式超濾膜的產水平均SDI值分別為2.46和2.63，對于大流量的冶金污水處理及回用，2種超濾膜基本符合反滲透進水要求。綜合以上比較，在冶金污水深度處理中外壓式超濾膜的出水效果優(yōu)于內壓式超濾膜。

［1］張壘，薛改鳳，鮑俊芳.膜技術在鋼鐵廢水處理及回用中的應用［J］.工業(yè)用水與廢水，2010，41（1）：19-21.

［2］曾堅賢，葉紅齊.超濾分離技術在廢水處理中的應用［J］.工業(yè)用水與廢水，2009，40（2）：1-5.

［3］陸善忠，楊樹雄.雙膜法在鋼鐵企業(yè)廢水回收利用中的應用［J］.給水排水，2008，34（4）：61-64.

［4］錢勤，金潔，汪沛豐.兩種內壓式超濾膜組件在反滲透預處理中的應用［J］.工業(yè)用水與廢水，2008，39（3）：91-94.

［5］左瀅，沈菊李，呂曉龍，等.超濾膜組件結構與性能研究［J］.水處理技術，2014，40（9）：101-104.

［6］黃翔峰，李光，徐竟成.鋼鐵企業(yè)廢水污染物形態(tài)分析及混凝深度處理試驗研究［J］.四川環(huán)境，2007，26（4）：1-4.

Analysis and comparison between internal pressure and external pressure ultrafiltration membrane applied in engineering project

DU Juan
（Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Group Company Limited.，Jinan 250101，China）

According to the practica1 app1ication of interna1 pressure and externa1 pressure u1trafi1tration membrane modu1es in meta11urgy wastewater treatment project，the differences between the said two kinds of membrane modu1es were ana1yzed and compared from aspects of operation parameters，eff1uent water qua1ity，c1eaning period and some other factors；meanwhi1e，the causes of u1trafi1tration membrane fou1ing and measures adopted for process optimization were a1so ana1yzed.The resu1ts showed that，the stabi1ity and produced water permeabi1ity of externa1 u1trafi1tration membrane was superior to that of the interna1 pressure membrane，the produced water qua1ity of the said two kinds of membranes was simi1ar.The chemica1 c1eaning period of the externa1 pressure u1trafi1tration membrane was 3 times the period of the interna1 pressure u1trafi1tration membrane.Therefore，externa1 pressure u1trafi1tration membrane is more suitab1e for reverse osmosis desa1ination pretreatment of 1arge f1ow meta11urgy wastewater.

interna1 pressure；externa1 pressure；meta11urgy wastewater；u1trafi1tration；reverse osmosis

X703.1；X756.031

A

1009-2455（2016）03-0045-04

杜娟（1979-），女，山東濟南人，工程師，碩士研究生，主要從事鋼鐵行業(yè)工業(yè)水處理工作，（電子信箱）154114730@qq.com。

2016-04-07（修回稿）