DMF技術(shù)在工業(yè)廢水處理及回用領(lǐng)域的應(yīng)用
來源：美國Duraflow公司 閱讀：3412 更新時間：2009-07-31 10:46【摘要】美國Duraflow公司研制了一種微濾膜使用的是最有耐強(qiáng)性和耐化學(xué)腐蝕性的膜管。由于其接近于超濾過濾孔徑，使用這種類型的微濾膜可以高效的去除廢水中的污染物，同時由于其獨(dú)特的構(gòu)造，可以使含有污泥顆粒的廢水進(jìn)入膜系統(tǒng)進(jìn)行直接的固液分離，因此應(yīng)用于目前常見的回用工藝流程里，可以省去沉淀池、多介質(zhì)過濾，砂濾、碳濾及超濾等環(huán)節(jié)，在目前工業(yè)廢水處理的領(lǐng)域里被稱為“現(xiàn)時最有效的技術(shù)”。更進(jìn)一步的來說，這項技術(shù)與現(xiàn)有的反滲透系統(tǒng)或EDR系統(tǒng)（頻繁倒極電滲析）等其他深度除鹽技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用可以真正實(shí)現(xiàn)廢水回用的目的。在工業(yè)廢水處理的領(lǐng)域里，本產(chǎn)品能承受化工和機(jī)械不同的物化壓力來證明它的耐操和經(jīng)用，已經(jīng)有許多這樣的膜管運(yùn)用在粗劣的環(huán)境和條件下。應(yīng)用領(lǐng)域包括印刷電路板、電鍍、鋼鐵、電池、半導(dǎo)體、鋁型材等行業(yè)，目前在全球7個國家里推廣使用，在中國地區(qū)約有近30余套DMF系統(tǒng)在廢水處理及回用項目中投建運(yùn)行。
1前言
隨著中國經(jīng)濟(jì)在近20年來的大力發(fā)展，水環(huán)境污染問題也日益突出、嚴(yán)重。其中工業(yè)生產(chǎn)所帶來的廢水具有廢水水質(zhì)復(fù)雜，高污染指標(biāo)，甚至含有高含量的重金屬離子。由于重金屬在環(huán)境中不能夠被降解，易與環(huán)境中各種配體結(jié)合，使其遷移能力增強(qiáng)，這就促進(jìn)了植物吸收并產(chǎn)生生物放大作用，從而通過食物鏈危害人類的健康。因此，近年來，重金屬污染已經(jīng)成為了全球關(guān)注的環(huán)境問題，也被列為優(yōu)先監(jiān)控的環(huán)境污染物。重金屬廢水主要集中在電子、電鍍、機(jī)械、表面處理、有色金屬及化工等行業(yè)。
目前對這類重金屬的處理的研究及技術(shù)應(yīng)用，大部分還是采用傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀和離子交換等處理方法。但這兩種傳統(tǒng)方法有各自的應(yīng)用范疇及限制，化學(xué)沉淀處理方法占地面積較大，處理效果不夠穩(wěn)定，離子交換處理方法不適合大的處理量應(yīng)用，且再生程序麻煩，污染物總量不變。隨著國家對水環(huán)境要求的進(jìn)一步的要求及保護(hù)，對水質(zhì)的排放要求進(jìn)一步提高，因受制于以上的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的處理方法也難以較好的適應(yīng)這一要求及變化，新的處理方法也就應(yīng)運(yùn)而生。其中膜處理法，在處理技術(shù)這類含金屬廢水中占有極大的市場前景及技術(shù)優(yōu)勢。其中又以濃縮膜分離的概念為主，常見的分為兩種，一種是金屬離子處于液態(tài)下，與水實(shí)現(xiàn)液液分離，常見于某些貴重金屬的回收及利用，此類處理方法多見于反滲透及電滲析等膜法處理技術(shù)。另一種是輔助以化學(xué)沉淀后，再通過膜與水實(shí)現(xiàn)固液分離，常見于貴重金屬及一般重金屬的分離及回收利用，此類方法多見于管式微濾等膜法處理技術(shù)。本文所要介紹的屬于固液分離的管式微濾膜法處理技術(shù)，此產(chǎn)品由美國Duraflow公司研發(fā)制造，并與前段化學(xué)處理方法配合，實(shí)現(xiàn)廢水中的重金屬與水達(dá)到固液分離的目的。
使用DMF產(chǎn)品及技術(shù)作為深度脫鹽的前處理工藝，不僅可以達(dá)到重金屬的回收利用的目的，還可以提高重金屬的去除率，同時并能延長后段膜法處理中的膜的使用壽命。
2DMF技術(shù)介紹及特點(diǎn)
2.1DF膜產(chǎn)品及性能特點(diǎn)
Duraflow公司研制的微濾膜顯示出以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1)它的流速是市場上其他微濾膜的流速的兩到三倍。
(2)它有濾除顆粒污染物質(zhì)的能力而不會發(fā)生透漏泥顆粒的現(xiàn)象。
(3)濾膜可以承受酸性，堿性，漂白和氧化藥劑的清洗。
(4)膜管有著耐久的質(zhì)地，與一般的過濾材質(zhì)相比它有較長的使用期。微濾功能是將直徑大于0.1微米的固體顆粒從水中濾除。這樣以分離來去除的工序是通過Duraflow的微濾膜來完成的。Duraflow的濾膜是一根一英寸直徑，六英尺長（1.83米）的圓型管芯。根據(jù)過濾的廢水的量來決定需要使用多少數(shù)量的這樣的管芯。將這樣的管芯按數(shù)量有次序地組合在一起并按照不同需求裝入不同直徑的圓管里面膜管就形成了。這樣的膜管能承受高速流量，排污和耐壓的運(yùn)作。使用這種類型的微濾膜可以高效的去除廢水中的污染物。膜管是圓形的又稱為膜殼，根據(jù)膜殼的直徑大小在膜殼內(nèi)可以組裝不同數(shù)量的膜芯。下面的型號說明了膜殼的大小和其膜芯的數(shù)量。
型號:
•DF-401=膜殼中只有一根1英寸直徑的膜芯
•DF-404=膜殼中含有四根1英寸直徑的膜芯
•DF-415=膜殼中裝有十根1英寸直徑的膜芯
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DMF技術(shù)是我公司在利用該產(chǎn)品良好的、獨(dú)特的過濾性能基礎(chǔ)上，根據(jù)多行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)大量的小型試驗，結(jié)合在7個國家多個工程的應(yīng)用運(yùn)行經(jīng)驗及信息參數(shù)，形成了一套成熟的廢水處理工藝流程。DMF的技術(shù)是將機(jī)械化的微濾過濾工序結(jié)合有效的化學(xué)藥劑處理，使水中的污染物沉淀分離來達(dá)到很好的廢水處理效果。DMF的系統(tǒng)還使用Duraflow自制的化學(xué)藥劑，在廢水處理過程中可以掌握重金屬去除率，提高通量，從而確保了過濾效率，并且對膜系統(tǒng)來說可以減少機(jī)械保養(yǎng)的次數(shù)。由于DMF在高流速，少清洗，出水好，耐用力強(qiáng)方面占了優(yōu)勢，使得DMF的出水完全無疑的可以用在反滲透的系統(tǒng)上而得到有效的去鹽，出純水（作回用水）的理想效果。
2.2DMF工藝流程示意圖及說明
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（1）DMF系統(tǒng)前處理
進(jìn)入DMF系統(tǒng)的廢水根據(jù)DMF系統(tǒng)所需進(jìn)行分流，分流后的廢水進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池。廢水進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池前可以用細(xì)格柵網(wǎng)攔截大的顆粒物質(zhì)和條帶類物質(zhì)以減少對泵的損壞以及對后段膜系統(tǒng)的影響。提升泵將廢水從均衡池里泵至pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一般很難通過一個反應(yīng)池來精確調(diào)整pH值，所以DMF系統(tǒng)中設(shè)有兩個反應(yīng)池。前一個pH調(diào)節(jié)池功能為pH的主要調(diào)節(jié)，后一個pH調(diào)節(jié)池的功能為pH的精確微調(diào)。在pH調(diào)節(jié)池2中，考慮加入混凝劑（如PAC）加強(qiáng)混凝效果，利于提高膜分離效果及出水水質(zhì)。若廢水含有有機(jī)螯合及難分解的重金屬，還可以考慮添加重金屬捕捉劑，幫助將廢水中的污染物分解出來。
（2）DMF處理系統(tǒng)
DMF處理系統(tǒng)包括濃縮池、DMF膜處理裝置兩個組成部分。濃縮池的功能主要是接收經(jīng)過pH調(diào)節(jié)及混凝反應(yīng)后的廢水，同時接收從膜系統(tǒng)不斷回流的濃水。在濃縮池中投加活性炭以吸附部分有機(jī)物降低COD，同時在系統(tǒng)運(yùn)行時碳的顆粒物能起到擦洗膜內(nèi)表面的污垢及污泥，達(dá)到維持膜的產(chǎn)水通量的目的。污泥池內(nèi)的污泥經(jīng)過不斷濃縮處理后，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定污泥量（一般為50%左右），即可排放部分污泥以降低污泥濃度，再啟動DMF系統(tǒng)運(yùn)行。排放的污泥到污泥濃縮池進(jìn)行濃縮后進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行處理，或可直接用泵抽至壓濾機(jī)直接壓濾處理。
DMF膜處理裝置主要由循環(huán)泵、DF膜及膜架、清洗裝置、相關(guān)控制閥門及匹配管道組成。濃縮池里的廢水通過泵提升進(jìn)入DF膜系統(tǒng)。DF膜過濾是在壓力和速度的驅(qū)使下，通過多孔膜使懸浮固體物質(zhì)與液體分離，錯流過濾的過程。在每一個膜組列中，廢水經(jīng)泵抽送經(jīng)過膜管的流速很高，與膜表面平行湍流，產(chǎn)生一個剪切作用，將沉淀在膜上的固體量最小化。過濾之后的清水稱為濾液或滲透液通過排濾液管送入收集池。殘留的稱為濃縮液，包含懸浮固體物質(zhì)流回到濃縮池里。由此進(jìn)行不斷地循環(huán)。
DF膜一般不需要用干凈的產(chǎn)水或自來水進(jìn)行反沖，只需要定期采用硫酸和次氯酸鈉進(jìn)行化學(xué)清洗，從而達(dá)到恢復(fù)通量的目的。硫酸主要是用來解決金屬離子對膜的污染，常見硫酸的配置濃度為2-5%；而次氯酸鈉主要解決有機(jī)物對膜的污染問題，通過次氯酸鈉的強(qiáng)氧化性，可以比較徹底的解決有機(jī)物污染的問題，次氯酸鈉常見使用配比濃度為2%。根據(jù)膜污染的種類，還可以考慮其他獨(dú)特的化學(xué)清洗方式。
2.3DMF系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
DMF系統(tǒng)不同于其他過濾回用系統(tǒng)，它作為RO系統(tǒng)和EDR系統(tǒng)的前處理具有更高的技術(shù)選擇優(yōu)勢，因為它可以免去常用的回用工藝流程鏈上的幾套過濾設(shè)備，比如沉淀池、多介質(zhì)過濾，砂濾、炭濾和超濾等等。在回用工藝流程它的優(yōu)點(diǎn)在于：
①替代上述常用回用流程鏈上的幾套處理設(shè)施，使處理環(huán)節(jié)減少，并且節(jié)省體積空間。
②運(yùn)行維護(hù)方便、簡單，免去各項設(shè)備所需要的反沖洗工序，增加前處理系統(tǒng)處理的工作效率。
③擁有更加穩(wěn)定的處理效率，不會飽和，不需要更換如石英砂、活性炭等易飽和的填料。
④完全不用擔(dān)心金屬沉淀物和有機(jī)物對膜的污染，因為DF膜可以接受2～5%的酸和次氯酸鈉浸洗，可以采用多種方式對金屬沉淀物和有機(jī)物污染進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗后即可恢復(fù)最佳原始理想通量，而不會隨著運(yùn)行和多次清洗，減少產(chǎn)水通量。
⑤DF膜擁有PVDF的膜材質(zhì)，擁有較長的使用壽命。一般情況在3～7年，如果使用規(guī)范的話，使用期將更長。
⑥D(zhuǎn)F膜擁有0.1um的膜孔徑，100%截留SS等污染物質(zhì)，經(jīng)過DF膜過濾的出水SDI值將小于2，重金屬及鐵等金屬離子可以除到一個極限低的值，對選擇性廢水的COD的處理也可以完全符合進(jìn)入RO系統(tǒng)和EDR系統(tǒng)的先決條件，可以更加有效的延長RO膜和EDR系統(tǒng)的使用壽命。
2.4DF膜使用的領(lǐng)域及進(jìn)出水水質(zhì)要求
DF膜目前使用成熟的領(lǐng)域主要在電鍍、印刷電路板、鋼鐵酸洗水、電池電源行業(yè)、金屬表面處理及鋁型材等行業(yè)。處理對象是以重金屬為主的廢水，主要適用于重金屬的回收利用及水回用兩大方面。DMF系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)要求及效果見表1。
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3、DMF系統(tǒng)在五金電鍍廢水處理中作為EDR系統(tǒng)回用的前處理（浙江某五金電鍍廠）
3.1項目概況
浙江嘉善某五金電鍍一期工程，每天酸洗廢水產(chǎn)水量約為600噸/天，主要污染物包括鐵、鋅、磷、酸、COD等。在采用回用技術(shù)之前，該廠的廢水都是進(jìn)行混合化學(xué)處理之后排放到外部接納水體，雖然基本做到達(dá)標(biāo)排放，但水中仍然有部分的污染物超標(biāo)，尤其是鐵、鋅等污染物超標(biāo)，對自然水環(huán)境帶來很大的污染危害。為了減少對自然水環(huán)境的污染，同時使部分廢水達(dá)到回用目的，該廠對600噸/天的酸洗水進(jìn)行單獨(dú)收集，采用了“DMF+EDR”聯(lián)合工藝作為廢水處理和回用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了50%的回用率。同時DMF系統(tǒng)對鐵、鋅等金屬的去除率比原有的系統(tǒng)大幅提高，保證了EDR系統(tǒng)的有效回用。該系統(tǒng)自2007年底運(yùn)行至今，運(yùn)行非常穩(wěn)定，其中DMF系統(tǒng)產(chǎn)水中鐵和鋅的排放指標(biāo)基本做到0.1mg/l以下，因為有了DMF系統(tǒng)的前段作為保障，后段的EDR回用系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，可以做到1-2個月進(jìn)行化學(xué)清洗一次，其回用水量達(dá)到每天300噸/天，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重回報。由于一期工程給該廠帶來了環(huán)境及經(jīng)濟(jì)雙重效益，該廠二期工程（36噸/小時），也采用了DMF技術(shù)作為廢水處理的核心技術(shù)，與EDR技術(shù)再次結(jié)合使用達(dá)到回用目的，目前正處于調(diào)試運(yùn)行階段。
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3.3工藝流程說明
（1）DMF系統(tǒng)前處理
進(jìn)入DMF系統(tǒng)的廢水根據(jù)DMF系統(tǒng)所需進(jìn)行分流，將含油廢水分流進(jìn)入另外的廢水生化處理系統(tǒng)進(jìn)行處理排放，其他以酸洗廢水為主的廢水進(jìn)入均衡收集池，主要污染物包括鐵、鋅、磷、酸、COD等。廢水進(jìn)入廢水收集池前一細(xì)由格柵網(wǎng)攔截大的顆粒物質(zhì)和條帶類物質(zhì)。在池中加堿進(jìn)行初步的pH的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)pH到5～6，同時在池內(nèi)加以曝氣攪拌均勻，使二價鐵氧化為三價鐵。然后由提升泵泵至pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)，
DMF系統(tǒng)前處理中調(diào)節(jié)pH一般分為兩次pH調(diào)節(jié)，一級pH調(diào)節(jié)池主要起pH值的主調(diào)控制作用，二級pH調(diào)節(jié)池起精確微調(diào)pH的作用，同時可以滿足金屬離子充分的反應(yīng)條件和反應(yīng)時間，使其反應(yīng)效果更好，利于后段的固液分離，提高出水水質(zhì)。兩級pH調(diào)節(jié)時間各為15-20min左右，最終調(diào)節(jié)pH在9左右，使鐵、鋅離子可以在兩者最佳pH值沉淀，同時由于鐵離子存在，可與磷酸根結(jié)合形成磷酸鐵沉淀得以去除磷。
（2）DMF處理系統(tǒng)
該DMF系統(tǒng)包括濃縮池和DMF膜處理裝置兩大部分組成。
濃縮池為10m3的玻璃鋼罐，使廢水在此池中有15-20分鐘的停留時間，收集經(jīng)過pH調(diào)節(jié)之后的廢水。在濃縮池中定時定量投加活性炭。由于該廠生產(chǎn)廢水中含有一定量的表面活性劑及較高的COD，活性炭的投加量比在電子廠DMF系統(tǒng)中投加的活性炭量多，大約為1kg/小時（一般常見為在PCB廠40噸/小時的DMF系統(tǒng)中，2-4小時投加1kg活性炭）。
DMF膜處理裝置主要由循環(huán)泵、DF膜及膜架、清洗裝置、相關(guān)控制閥門及匹配管道組成。通過循環(huán)泵，將濃縮池里的含污泥顆粒廢水送進(jìn)DMF系統(tǒng)進(jìn)行過濾處理。在循環(huán)泵壓力和速度的驅(qū)使下，污泥和水在DMF系統(tǒng)得到徹底的分離，產(chǎn)水側(cè)進(jìn)入后段的中和池。管內(nèi)循環(huán)濃縮液重新回到濃縮池。當(dāng)濃縮池里的污泥體積濃度達(dá)到50%時就會在一定程度上影響膜的通量，這時便開始排掉一部分泥然后再重新啟動系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用36支DF415膜，每支膜的理論產(chǎn)水通量為1.14噸，則每小時的處理流量約為41噸。但膜在運(yùn)行初期其產(chǎn)水通量每支會達(dá)到1.5～1.6噸/小時，隨著運(yùn)行的時間的增加，其產(chǎn)水通量會緩慢下降，一般下降到每支0.8噸左右時開始進(jìn)行化學(xué)清洗。該DMF系統(tǒng)，從剛開始的最佳運(yùn)行產(chǎn)水通量1.5～1.8噸/小時下降到0.8噸/小時，歷時7～10天。
當(dāng)通量下降到設(shè)定的清洗值時，就需要清洗DMF系統(tǒng)。采用硫酸或次氯酸鈉對DF膜進(jìn)行清洗，可以到達(dá)清除重金屬沉淀物或有機(jī)物污染目的，從而恢復(fù)到原始過濾通量。
該廠選擇DMF系統(tǒng)是因為DMF系統(tǒng)具有流程少、無反洗、化學(xué)清洗周期較長、膜壽命長、占用空間小、延長后段處理系統(tǒng)的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。
（3）EDR深度脫鹽處理系統(tǒng)
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清水通過重力流到下一級中和調(diào)節(jié)池進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。然后通過泵送至頻繁倒極電滲析（EDR系統(tǒng)）進(jìn)行除鹽深度處理，達(dá)到凈水回用的目的。EDR的預(yù)處理要求沒有RO那么嚴(yán)格，同時其脫鹽率范圍廣。該廠選擇EDR系統(tǒng)作為深度除鹽工藝，是在充分考慮了該廠進(jìn)水廢水水質(zhì)及回用情況來決定的。因為該廠的酸洗廢水中的COD值大部分為可溶解性的COD，通過初期的DMF小試系統(tǒng)測試，對COD的去除不太穩(wěn)定，分析主要原因是僅靠0.1um的孔徑對混凝之后的廢水過濾，不能穩(wěn)定的做到滿足進(jìn)入RO系統(tǒng)的先決要求，同時該廢水中電導(dǎo)率比較高，最高時甚至可達(dá)到6000～8000us/cm，所以設(shè)計公司和該廠最終考慮選擇對COD和進(jìn)水電導(dǎo)率適應(yīng)范圍更加廣泛的EDR系統(tǒng)。
3.4一期工程運(yùn)行情況
該廠自2007年12月投入運(yùn)行以來，整套系統(tǒng)（包括后段EDR系統(tǒng)）運(yùn)行非常穩(wěn)定，EDR系統(tǒng)回收率穩(wěn)定在50-60%之間，可以做到較長時間進(jìn)行化學(xué)清洗一次，提高整套系統(tǒng)的工作效率。其中系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)信息見表2和表3：
表2DMF系統(tǒng)運(yùn)行信息
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說明：
1）、目前該廠排放標(biāo)準(zhǔn)按照《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900-2008）執(zhí)行（COD指標(biāo)除外），EDR濃水排放進(jìn)入管網(wǎng)進(jìn)入該區(qū)污水廠進(jìn)行深度處理，對金屬離子等有限制要求，而對COD的要求是小于500mg/l，因此EDR濃水剛好能滿足其排入要求。
2）、以前化學(xué)處理排放標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。以上數(shù)據(jù)根據(jù)該廠所管轄的環(huán)境檢測站提供的數(shù)據(jù)整編。
3.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（見表4）
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說明：
1）、由于廢水水質(zhì)變動較大，故每天運(yùn)行成本稍微有所偏差，每天的噸水運(yùn)行成本也有所偏差，因此在計算噸水運(yùn)行成本時，考慮選取中間值。
2）、以前用自來水制造回用水，回用率按照75%計。自來水費(fèi)按照2.5元/噸計。
比較上述運(yùn)行成本，該廠回用后的整體成本比回用前低700元/天，每年按照300天運(yùn)行計算，則年共計節(jié)約210000元。同時還減少了排污總量，尤其是DMF系統(tǒng)擁有比傳統(tǒng)化學(xué)處理法擁有更好的出水水質(zhì)，保障了后段處理濃水的排放。同時，提高了車間用水的水質(zhì)，不僅使產(chǎn)品的質(zhì)量更加卓越，也不需要再花費(fèi)投資建造純水回用系統(tǒng)，節(jié)約了部分廠地空間，獲得了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益共贏的良好結(jié)果。
上述運(yùn)行費(fèi)用分析僅針對該廠的DMF系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，針對其他的不同的行業(yè)、不同的設(shè)計工藝流程和不同的運(yùn)營管理方式，DMF運(yùn)行費(fèi)用有所不同。
4結(jié)束語
根據(jù)上述工程運(yùn)行情況及出水水質(zhì)等參數(shù)可知，DMF技術(shù)在此五金電鍍廢水回用處理中擁有其他產(chǎn)品和技術(shù)難以比擬的技術(shù)優(yōu)勢。同時此技術(shù)在國內(nèi)電鍍、印刷電路板、電池、金屬表面處理、鋁型材等其他行業(yè)廢水回用處理中得到了應(yīng)用，尤其是在印刷電路板行業(yè)廢水處理及回用項目中，DMF系統(tǒng)的建造數(shù)量最多，系統(tǒng)使用最長的時間已經(jīng)達(dá)到四年，不僅DF膜沒有更換過，就連后段的RO膜也沒有更換過，證明此產(chǎn)品和技術(shù)的成熟性和穩(wěn)定性。因此，在廢水處理及回用領(lǐng)域，尤其是針對在含有重金屬離子等行業(yè)的廢水領(lǐng)域，使用DMF做為RO或EDR系統(tǒng)回用前處理具有獨(dú)特的優(yōu)勢，使用DMF已經(jīng)成為回用工藝中的一種新的選擇。
