DMF技術在工業廢水處理及回用領域的應用
來源：美國Duraflow公司 閱讀：3375 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性和耐化學腐蝕性的膜管。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，同時由于其獨特的構造，可以使含有污泥顆粒的廢水進入膜系統進行直接的固液分離，因此應用于目前常見的回用工藝流程里，可以省去沉淀池、多介質過濾，砂濾、碳濾及超濾等環節，在目前工業廢水處理的領域里被稱為“現時最有效的技術”。更進一步的來說，這項技術與現有的反滲透系統或EDR系統（頻繁倒極電滲析）等其他深度除鹽技術聯合運用可以真正實現廢水回用的目的。在工業廢水處理的領域里，本產品能承受化工和機械不同的物化壓力來證明它的耐操和經用，已經有許多這樣的膜管運用在粗劣的環境和條件下。應用領域包括印刷電路板、電鍍、鋼鐵、電池、半導體、鋁型材等行業，目前在全球7個國家里推廣使用，在中國地區約有近30余套DMF系統在廢水處理及回用項目中投建運行。
1前言
隨著中國經濟在近20年來的大力發展，水環境污染問題也日益突出、嚴重。其中工業生產所帶來的廢水具有廢水水質復雜，高污染指標，甚至含有高含量的重金屬離子。由于重金屬在環境中不能夠被降解，易與環境中各種配體結合，使其遷移能力增強，這就促進了植物吸收并產生生物放大作用，從而通過食物鏈危害人類的健康。因此，近年來，重金屬污染已經成為了全球關注的環境問題，也被列為優先監控的環境污染物。重金屬廢水主要集中在電子、電鍍、機械、表面處理、有色金屬及化工等行業。
目前對這類重金屬的處理的研究及技術應用，大部分還是采用傳統的化學沉淀和離子交換等處理方法。但這兩種傳統方法有各自的應用范疇及限制，化學沉淀處理方法占地面積較大，處理效果不夠穩定，離子交換處理方法不適合大的處理量應用，且再生程序麻煩，污染物總量不變。隨著國家對水環境要求的進一步的要求及保護，對水質的排放要求進一步提高，因受制于以上的缺點，傳統的處理方法也難以較好的適應這一要求及變化，新的處理方法也就應運而生。其中膜處理法，在處理技術這類含金屬廢水中占有極大的市場前景及技術優勢。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下，與水實現液液分離，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。另一種是輔助以化學沉淀后，再通過膜與水實現固液分離，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。本文所要介紹的屬于固液分離的管式微濾膜法處理技術，此產品由美國Duraflow公司研發制造，并與前段化學處理方法配合，實現廢水中的重金屬與水達到固液分離的目的。
使用DMF產品及技術作為深度脫鹽的前處理工藝，不僅可以達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技術介紹及特點
2.1DF膜產品及性能特點
Duraflow公司研制的微濾膜顯示出以下的優點：
(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的能力而不會發生透漏泥顆粒的現象。
(3)濾膜可以承受酸性，堿性，漂白和氧化藥劑的清洗。
(4)膜管有著耐久的質地，與一般的過濾材質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。根據過濾的廢水的量來決定需要使用多少數量的這樣的管芯。將這樣的管芯按數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，根據膜殼的直徑大小在膜殼內可以組裝不同數量的膜芯。下面的型號說明了膜殼的大小和其膜芯的數量。
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技術是我公司在利用該產品良好的、獨特的過濾性能基礎上，根據多行業領域內大量的小型試驗，結合在7個國家多個工程的應用運行經驗及信息參數，形成了一套成熟的廢水處理工藝流程。DMF的技術是將機械化的微濾過濾工序結合有效的化學藥劑處理，使水中的污染物沉淀分離來達到很好的廢水處理效果。DMF的系統還使用Duraflow自制的化學藥劑，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，并且對膜系統來說可以減少機械保養的次數。由于DMF在高流速，少清洗，出水好，耐用力強方面占了優勢，使得DMF的出水完全無疑的可以用在反滲透的系統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系統前處理
進入DMF系統的廢水根據DMF系統所需進行分流，分流后的廢水進入廢水調節池。廢水進入廢水調節池前可以用細格柵網攔截大的顆粒物質和條帶類物質以減少對泵的損壞以及對后段膜系統的影響。提升泵將廢水從均衡池里泵至pH調節系統。一般很難通過一個反應池來精確調整pH值，所以DMF系統中設有兩個反應池。前一個pH調節池功能為pH的主要調節，后一個pH調節池的功能為pH的精確微調。在pH調節池2中，考慮加入混凝劑（如PAC）加強混凝效果，利于提高膜分離效果及出水水質。若廢水含有有機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
DMF處理系統包括濃縮池、DMF膜處理裝置兩個組成部分。濃縮池的功能主要是接收經過pH調節及混凝反應后的廢水，同時接收從膜系統不斷回流的濃水。在濃縮池中投加活性炭以吸附部分有機物降低COD，同時在系統運行時碳的顆粒物能起到擦洗膜內表面的污垢及污泥，達到維持膜的產水通量的目的。污泥池內的污泥經過不斷濃縮處理后，當到達一定污泥量（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系統運行。排放的污泥到污泥濃縮池進行濃縮后進入壓濾機進行處理，或可直接用泵抽至壓濾機直接壓濾處理。
DMF膜處理裝置主要由循環泵、DF膜及膜架、清洗裝置、相關控制閥門及匹配管道組成。濃縮池里的廢水通過泵提升進入DF膜系統。DF膜過濾是在壓力和速度的驅使下，通過多孔膜使懸浮固體物質與液體分離，錯流過濾的過程。在每一個膜組列中，廢水經泵抽送經過膜管的流速很高，與膜表面平行湍流，產生一個剪切作用，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，包含懸浮固體物質流回到濃縮池里。由此進行不斷地循環。
DF膜一般不需要用干凈的產水或自來水進行反沖，只需要定期采用硫酸和次氯酸鈉進行化學清洗，從而達到恢復通量的目的。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物對膜的污染問題，通過次氯酸鈉的強氧化性，可以比較徹底的解決有機物污染的問題，次氯酸鈉常見使用配比濃度為2%。根據膜污染的種類，還可以考慮其他獨特的化學清洗方式。
2.3DMF系統的技術特點
DMF系統不同于其他過濾回用系統，它作為RO系統和EDR系統的前處理具有更高的技術選擇優勢，因為它可以免去常用的回用工藝流程鏈上的幾套過濾設備，比如沉淀池、多介質過濾，砂濾、炭濾和超濾等等。在回用工藝流程它的優點在于：
①替代上述常用回用流程鏈上的幾套處理設施，使處理環節減少，并且節省體積空間。
②運行維護方便、簡單，免去各項設備所需要的反沖洗工序，增加前處理系統處理的工作效率。
③擁有更加穩定的處理效率，不會飽和，不需要更換如石英砂、活性炭等易飽和的填料。
④完全不用擔心金屬沉淀物和有機物對膜的污染，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物污染進行化學清洗，清洗后即可恢復最佳原始理想通量，而不會隨著運行和多次清洗，減少產水通量。
⑤DF膜擁有PVDF的膜材質，擁有較長的使用壽命。一般情況在3～7年，如果使用規范的話，使用期將更長。
⑥DF膜擁有0.1um的膜孔徑，100%截留SS等污染物質，經過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入RO系統和EDR系統的先決條件，可以更加有效的延長RO膜和EDR系統的使用壽命。
2.4DF膜使用的領域及進出水水質要求
DF膜目前使用成熟的領域主要在電鍍、印刷電路板、鋼鐵酸洗水、電池電源行業、金屬表面處理及鋁型材等行業。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系統進出水水質要求及效果見表1。
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3、DMF系統在五金電鍍廢水處理中作為EDR系統回用的前處理（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。在采用回用技術之前，該廠的廢水都是進行混合化學處理之后排放到外部接納水體，雖然基本做到達標排放，但水中仍然有部分的污染物超標，尤其是鐵、鋅等污染物超標，對自然水環境帶來很大的污染危害。為了減少對自然水環境的污染，同時使部分廢水達到回用目的，該廠對600噸/天的酸洗水進行單獨收集，采用了“DMF+EDR”聯合工藝作為廢水處理和回用技術，實現了50%的回用率。同時DMF系統對鐵、鋅等金屬的去除率比原有的系統大幅提高，保證了EDR系統的有效回用。該系統自2007年底運行至今，運行非常穩定，其中DMF系統產水中鐵和鋅的排放指標基本做到0.1mg/l以下，因為有了DMF系統的前段作為保障，后段的EDR回用系統運行非常穩定，可以做到1-2個月進行化學清洗一次，其回用水量達到每天300噸/天，實現了環境效益和經濟效益的雙重回報。由于一期工程給該廠帶來了環境及經濟雙重效益，該廠二期工程（36噸/小時），也采用了DMF技術作為廢水處理的核心技術，與EDR技術再次結合使用達到回用目的，目前正處于調試運行階段。
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3.3工藝流程說明
（1）DMF系統前處理
進入DMF系統的廢水根據DMF系統所需進行分流，將含油廢水分流進入另外的廢水生化處理系統進行處理排放，其他以酸洗廢水為主的廢水進入均衡收集池，主要污染物包括鐵、鋅、磷、酸、COD等。廢水進入廢水收集池前一細由格柵網攔截大的顆粒物質和條帶類物質。在池中加堿進行初步的pH的調節，調節pH到5～6，同時在池內加以曝氣攪拌均勻，使二價鐵氧化為三價鐵。然后由提升泵泵至pH調節系統，
DMF系統前處理中調節pH一般分為兩次pH調節，一級pH調節池主要起pH值的主調控制作用，二級pH調節池起精確微調pH的作用，同時可以滿足金屬離子充分的反應條件和反應時間，使其反應效果更好，利于后段的固液分離，提高出水水質。兩級pH調節時間各為15-20min左右，最終調節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，可與磷酸根結合形成磷酸鐵沉淀得以去除磷。
（2）DMF處理系統
該DMF系統包括濃縮池和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，收集經過pH調節之后的廢水。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系統中，2-4小時投加1kg活性炭）。
DMF膜處理裝置主要由循環泵、DF膜及膜架、清洗裝置、相關控制閥門及匹配管道組成。通過循環泵，將濃縮池里的含污泥顆粒廢水送進DMF系統進行過濾處理。在循環泵壓力和速度的驅使下，污泥和水在DMF系統得到徹底的分離，產水側進入后段的中和池。管內循環濃縮液重新回到濃縮池。當濃縮池里的污泥體積濃度達到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。
系統采用36支DF415膜，每支膜的理論產水通量為1.14噸，則每小時的處理流量約為41噸。但膜在運行初期其產水通量每支會達到1.5～1.6噸/小時，隨著運行的時間的增加，其產水通量會緩慢下降，一般下降到每支0.8噸左右時開始進行化學清洗。該DMF系統，從剛開始的最佳運行產水通量1.5～1.8噸/小時下降到0.8噸/小時，歷時7～10天。
當通量下降到設定的清洗值時，就需要清洗DMF系統。采用硫酸或次氯酸鈉對DF膜進行清洗，可以到達清除重金屬沉淀物或有機物污染目的，從而恢復到原始過濾通量。
該廠選擇DMF系統是因為DMF系統具有流程少、無反洗、化學清洗周期較長、膜壽命長、占用空間小、延長后段處理系統的使用壽命等優點。
（3）EDR深度脫鹽處理系統
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清水通過重力流到下一級中和調節池進行pH調節。然后通過泵送至頻繁倒極電滲析（EDR系統）進行除鹽深度處理，達到凈水回用的目的。EDR的預處理要求沒有RO那么嚴格，同時其脫鹽率范圍廣。該廠選擇EDR系統作為深度除鹽工藝，是在充分考慮了該廠進水廢水水質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小試系統測試，對COD的去除不太穩定，分析主要原因是僅靠0.1um的孔徑對混凝之后的廢水過濾，不能穩定的做到滿足進入RO系統的先決要求，同時該廢水中電導率比較高，最高時甚至可達到6000～8000us/cm，所以設計公司和該廠最終考慮選擇對COD和進水電導率適應范圍更加廣泛的EDR系統。
3.4一期工程運行情況
該廠自2007年12月投入運行以來，整套系統（包括后段EDR系統）運行非常穩定，EDR系統回收率穩定在50-60%之間，可以做到較長時間進行化學清洗一次，提高整套系統的工作效率。其中系統運行參數信息見表2和表3：
表2DMF系統運行信息
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說明：
1）、目前該廠排放標準按照《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）執行（COD指標除外），EDR濃水排放進入管網進入該區污水廠進行深度處理，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）、以前化學處理排放標準為《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的一級排放標準。以上數據根據該廠所管轄的環境檢測站提供的數據整編。
3.5技術經濟分析（見表4）
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說明：
1）、由于廢水水質變動較大，故每天運行成本稍微有所偏差，每天的噸水運行成本也有所偏差，因此在計算噸水運行成本時，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。自來水費按照2.5元/噸計。
比較上述運行成本，該廠回用后的整體成本比回用前低700元/天，每年按照300天運行計算，則年共計節約210000元。同時還減少了排污總量，尤其是DMF系統擁有比傳統化學處理法擁有更好的出水水質，保障了后段處理濃水的排放。同時，提高了車間用水的水質，不僅使產品的質量更加卓越，也不需要再花費投資建造純水回用系統，節約了部分廠地空間，獲得了環境和經濟效益共贏的良好結果。
上述運行費用分析僅針對該廠的DMF系統的運行費用，針對其他的不同的行業、不同的設計工藝流程和不同的運營管理方式，DMF運行費用有所不同。
4結束語
根據上述工程運行情況及出水水質等參數可知，DMF技術在此五金電鍍廢水回用處理中擁有其他產品和技術難以比擬的技術優勢。同時此技術在國內電鍍、印刷電路板、電池、金屬表面處理、鋁型材等其他行業廢水回用處理中得到了應用，尤其是在印刷電路板行業廢水處理及回用項目中，DMF系統的建造數量最多，系統使用最長的時間已經達到四年，不僅DF膜沒有更換過，就連后段的RO膜也沒有更換過，證明此產品和技術的成熟性和穩定性。因此，在廢水處理及回用領域，尤其是針對在含有重金屬離子等行業的廢水領域，使用DMF做為RO或EDR系統回用前處理具有獨特的優勢，使用DMF已經成為回用工藝中的一種新的選擇。
