【固液分离膜处理酸洗废水时膜污染的形成与清洗方案研究】 猪粪 固液分离后废水

　　摘要：固液分离膜技术是取代传统混凝沉淀和过滤的一种新型高效固液分离处理技术，具有出水水质好，占地面积小和运行成本低等优点。通过对固液分离膜应用的简单介绍，简述了固液分离膜污染的原因，并提出了相应的清洗方案。另外，根据实际运行情况，增加了固液分离膜的清洗方式，完善固液分离膜的清洗方案
　　 关键词： 钢铁行业； 酸洗废水； 固液分离膜； 膜污染、膜清洗
　　Abstract: The solid-liquid separation membrane technology is a new solid-liquid separation technology replacing the traditional coagulation precipitate and filtering, which has the advantages of fine water quality, small floor area and low operating cost. Based on a brief introduction to the application of solid-liquid separation membrane, the paper explains the causes for its pollution and proposes the corresponding cleaning solution. In addition, according to the actual operation, the paper introduces alternative cleaning means, perfecting the cleaning solutions.
　　Key words: steel and iron industry; pickling wastewater; solid-liquid separation membrane; membrane pollution; membrane cleaning
　　
　　中图分类号：S141.8    文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
　　
　　1.引言
　　 为提高钢材表面质量，在加工之前用盐酸进行酸洗，除去钢材表面上的氧化物及毛刺等。酸洗后用清水冲洗以清除表面附着的少量酸洗液，随之产生大量酸洗废水。该废水主要污染物为 pH、Fe2+、TP等和少量CODcr。国内外针对酸洗废水的处理技术一般为中和、沉淀、过滤等传统工艺，不同之处只是加碱方式的差异和沉淀池级数的不同。传统处理工艺耐冲击负荷差，尤其当废水中铁离子浓度过高时，废水加碱后形成的固体含量大，造成沉淀工艺无法进行，最终导致出水水质不达标。另外，传统酸洗废水处理工艺还存在工艺流程冗长、占地面积大、污泥脱水困难、并且必须投加助凝剂和投碱量过大的缺点。
　　 膜分离技术是20世纪60年代后迅速崛起的新型废水处理技术。尤其在近十年，因其兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤、易于控制等特点。目前已广泛应用于各种废水处理工艺。固液分离膜是以聚四氟乙烯为原料经过特殊的膨化工艺处理以后制成的膨体聚四氟乙烯薄膜。固液膜分离器具有抗冲击能力强、去除效率高，动力消耗少和化学清洗简便优点。针对于传统酸洗废水处理工艺存在的不足，采用固液膜分离技术处理酸洗废水，依靠固液分离膜处理技术的高效的分离能力和稳定的去除效率，不但可以解决传统酸洗废水处理工艺的不足，同时经固液分离膜处理后的废水可直接回用于生产。
　　2.项目简介
　　 天津某金属制品企业，年产高档金属制品35万吨，产生的废水主要为金属制品酸洗预处理后，经漂洗金属制品所产生的含酸漂洗废水，废水中主要污染物为pH、Fe2+、TP和少量的铁渣。本项目于2010年5月开行运行，项目具体情况如下：
　　2.1设计规模与进出水水质
　　 ⑴工程规模
　　 根据该公司提供的资料，通过用水量计算，确定工程含酸废水水量为300m3/h。
　　 ⑵工程进出水水质
　　 废水处理出水达到《天津市地方废水综合排放标准》（DB12/356—2008）中的二级排放标准。本工程的进出水水质如表1：
　　 表1进出水水质参数表
　　
　　
　　2.2工艺流程及说明
　　 酸洗废水处理流程如图1所示：
　　
　　
　　图1酸洗废水处理工艺流程图
　　 厂区酸洗废水首先进入集水井，由耐酸泵对废水进行一次提升，进入预中和滤池。依靠石灰石中有效成分CaCO3的弱碱性质，使废水经过石灰石后的pH值稳定在4~5之间。而后，酸洗废水依靠重力流入隔油调节池。酸洗废水经水质和水量的调节后，通过耐腐蚀化工泵提升进入序批式中和反应池。在序批式中和反应池内向废水中投加石灰乳，将废水pH值调至8.5～9.0之间，使废水中的Fe2+和Fe3+与OH-反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀物。池底均布穿孔曝气管，加入的空气中的氧气将废水中生成的Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3。经反应后的废水靠自流流入中间水池，由潜污泵提升进入膜固液分离器中进行处理。废水中的固体颗粒被滤膜截留，水经过膜组件后进入下级处理单元。
　　2.3固液分离膜主要技术参数
　　 本项目固液分离膜系统采用五组过滤器，每组过滤器配套膜组件250跟，单组过滤器实际处理能力为90m3/h。固液分离膜组建主要技术参数如表2所示。
　　表2 膜组件技术参数表
　　
　　
　　3.膜污染的形成
　　 膜组件一旦投入运行，只要存在的截留和分离，膜的污染在所难免。并且随着污染的不断发生，污染物在膜表面和膜孔内产生不可逆的积累，导致膜通量的不断下降。当膜通量下降到一定程度，膜组件产水量不能达到设计要求，必须更换膜组件。膜在使用时, 不可避免地会受到膜污染, 导致其通量逐渐降低。造成膜污染主要有2 个原因: ⑴膜表面吸附溶质( 尤其是大分子) 形成的膜污染;⑵浓差化的影响。[1]
　　 膜污染是指被处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的膜表面或膜孔内吸附、堵塞使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象[2]。料液中的组分在膜表面沉积形成的污染层将增加膜过程的阻力，该阻力可能远大于膜本身的阻力；组分在膜孔中沉积将造成膜孔的减小乃至堵塞。对膜污染而言，往往具有不可逆性。
　　 浓差极化则是膜表面局部浓度增加引起边界层流体阻力增加，导致传质推动力下降的现象。这种影响具有可逆性，可通过降低料液浓度或改善膜面附近料液侧的流体力学条件如提高流速、采用湍流促进器和设计合理的流道结构等方法来减小浓差极化的影响。这两者虽然概念不同，但密切相关，常常同时发生，许多场合下正是浓差极化导致了膜污染。
　　 固液分离膜再使用过程中采用的是死端过滤，即在过滤的过程中，浓缩液不排出，而是一直留存在过滤器内，并且部分被截留的污染物会由于压力的作用被压在膜组件表面，当跨膜压差达到一定程度时，系统自动负压反洗，去除压在膜组件表面的污染物。如前所述，固液分离膜截留的污染物主要成分为废水中Fe2+经调碱氧化后生成的Fe(OH)3，其次为废水中未参与反应的Ca(OH) 2、CaCO3和少量碱性药剂所含的杂质。这些污染物小部分由于压差的存在，进入膜孔内形成膜污染；大部分污染物被截留在膜表面形成滤饼层，导致膜通量的下降，形成浓差极化。