CN102580540A

CN102580540A - 一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法

Info

Publication number: CN102580540A
Application number: CN2012100567323A
Authority: CN
Inventors: 任洪强; 许柯; 耿金菊; 丁丽丽; 张婷婷; 陈琳
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN102580540B

Abstract

本发明公开了一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法，属于水处理领域。其步骤为：（1）发酵工业废水生化处理出水经石英砂过滤、活性炭过滤、保安过滤器预处理；（2）步骤（1）出水后进入纳滤系统，在纳滤系统先进行不加压地冲洗，再进行循环式化学清洗；（3）步骤（2）出水再进入反渗透系统，在反渗透系统中先进行不加压地冲洗，再进行循环式化学清洗，得到最终产水。本发明根据纳滤膜和反渗透膜各自的污染特征采用针对性的膜污染控制方法，减少化学清洗的次数和周期，可延长膜使用寿命30%以上，高效、稳定实现废水回用的同时，极大程度地减轻了膜污染。

Description

一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法

技术领域

本发明属于水处理领域，更具体地说是一种采用双膜工艺对发酵工业废水生化处理出水回用处理过程中膜污染控制的方法。

背景技术

我国发酵工业发达，酵母、酒精、柠檬酸、啤酒、维生素C和味精等行业的水平和规模位居世界前列，是我国重要的支柱产业之一，但生产过程中取水量和废水排放量巨大，因此在工业节水、实现废水再生回用方面具有极大潜能。膜分离技术是近年来新兴的水处理技术，由于具有出水水质好、操作简单、占地小、能耗低等优点，已逐渐在工业废水回用处理中得到应用。

目前工业废水膜法回用处理中主要采用“超滤-反渗透”或“微滤-反渗透”双膜法，已有许多相关的研究和应用报道（许丹宇. CAST/双膜系统用于钢铁厂废水的处理与回用. 中国给水排水, 2009, 25(10): 69-72; 太南. 双膜分离技术深度处理电镀废水. 黑龙江科技信息, 2009, 25; 武华平. 双膜法处理印染废水回用工程实例. 工业用水与废水, 2010, 41(2): 72-74; 王希辉. 超滤和反渗透双膜工艺在印染废水回用中的应用. 山东纺织科技, 2009, 3: 24-27; 仝志明. 双膜工艺回用炼油废水长期稳定运行经验总结. 现代化工, 2007, 27: 434-436.）。在“超滤-反渗透”和“微滤-反渗透”双膜工艺中，超滤和微滤作为反渗透的预处理工艺，主要用于分离废水中的悬浮固体、颗粒物、胶体和大分子物质等，如溶液中的细菌热源、病毒以及胶体蛋白质、大分子有机物等，以减轻后续反渗透的工作负荷，保证其正常工作条件。然而，工业废水生化处理出水中还含有许多小分子有机物（分子量小于1000 道尔顿），包括大分子有机物在生物降解过程中生成的小分子有机物、微生物代谢产物等，这些有机物无法被微滤膜和超滤膜截留，从而与无机离子一起进入反渗透膜，造成反渗透膜复合污染，包括有机物在膜面的沉积和堵塞膜孔、微生物以沉积有机物为基质生长繁殖、无机盐与有机物络合后造成污染、无机盐结垢等。膜污染会造成膜通量下降、脱盐率降低、膜压力升高、使用寿命下降等诸多问题。为了消除膜污染、恢复膜性能，需要定期进行膜清洗，其中化学清洗是常用清洗方法，包括酸洗、碱洗、复合清洗等，清洗方式包括长时间浸泡和循环等。为了消除反渗透膜的复合型污染，需要将这些化学清洗方法组合使用，但频繁的化学清洗对膜会造成损害，同时还产生二次污染。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对现有工艺中对发酵废水生化处理出水进行回用处理时，有机物、无机盐、微生物对反渗透膜造成复合型污染，且频繁地化学清洗对反渗透膜易造成损害的问题，本发明提出一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法，可有效延长膜的使用寿命。

2、技术方案

本发明的原理是采用“纳滤-反渗透”双膜工艺，用纳滤代替微滤和超滤，纳滤膜能将发酵工业废水生化处理出水中的绝大部分小分子有机物、微生物、胶体等截留，只有无机盐和水能够透过纳滤膜进入反渗透膜，然后由反渗透膜脱除无机盐；同时，针对纳滤膜和反渗透膜采取不同的运行方式和清洗方式，减少化学清洗的次数和周期，从而延长膜使用寿命。

本发明的技术方案如下：

一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法，其步骤为：

（1）发酵工业废水生化处理出水经石英砂过滤、活性炭过滤、保安过滤器预处理。

（2）步骤（1）出水后进入纳滤系统，在纳滤系统先进行不加压地冲洗，再进行循环式化学清洗。进入纳滤膜，纳滤膜将小分子有机物、微生物、胶体等物质分离截留。

（3）步骤（2）出水再进入反渗透系统，在反渗透系统中先进行不加压地冲洗，再进行循环式化学清洗，得到最终产水。无机盐和水透过纳滤膜进入反渗透系统，无机盐被反渗透膜截留。

在步骤（2）中，纳滤膜运行过程中，主要是有机物和胶体沉积于膜表面形成污染层，运行过程中压力不变情况下当膜通量下降20-30%时停机进行物理冲洗，此时为可逆型膜污染，用纳滤膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量130%以上）冲洗10-30分钟，即可使纳滤膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量80-90%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂成分为三聚磷酸钠(0.5~2.0%质量浓度)、十二烷基苯磺酸钠（0.1~0.5%质量浓度）和EDTA（乙二胺四乙酸）-四钠（0.2~0.8%质量浓度）混合液，pH调节为10-11，清洗时间为1-3小时，通量即可恢复。

在步骤（3）中，反渗透膜运行过程中，主要是无机盐在膜表面结垢形成污染层，运行过程中压力不变情况下当膜通量下降20-40%时停机进行物理冲洗，用反渗透膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量120%以上）冲洗10-20 分钟，即可使反渗透膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量80-90%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为1.5%质量浓度的柠檬酸，pH调节为2~4，清洗时间为1-2小时，通量即可恢复。

3、有益效果：

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明采用“纳滤-反渗透”双膜工艺，用纳滤代替常规的微滤和超滤，可将原本由反渗透膜承受的复合型膜污染分解成由纳滤膜承受的有机物污染和由反渗透膜承受的无机盐污染；

（2）根据纳滤膜和反渗透膜各自的污染特征采用针对性的膜污染控制方法，减少化学清洗的次数和周期，可延长膜使用寿命30%以上；

（3）本发明的方法在高效、稳定实现废水回用的同时，极大程度地减轻了膜污染。

具体实施方式

实施例1

某发酵制药厂生化处理出水水质如下：（如表1）

表1

COD	TN	NH₃-N	NO₃ ^-	NO₂ ^-	pH	Ca²⁺	Mg²⁺	Na⁺	SO₄ ^2-	Cl^-	色度
												104.28	48.84	2.51	32.81	2.36	8.5	312	62.64	3758	508	4129	22

采用本发明的“纳滤-反渗透”双膜工艺对该生化出水进行深度处理，所用纳滤膜为GE公司生产的HL8040F-365，所用反渗透膜为GE公司生产的AG8040F-400 WET型反渗透膜。其步骤为：

（1）表1中的某发酵制药厂生化处理出水经石英砂过滤、活性炭过滤、保安过滤器预处理。

（2）步骤（1）出水后进入纳滤系统，纳滤膜运行过程中进行短周期、短时间的不加压、大流量冲洗，一段时间后进行短时间循环式化学清洗。

在纳滤膜运行过程中压力不变情况下，当纳滤膜通量下降20%时停机进行物理冲洗，此时为可逆型膜污染，用纳滤膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量130%）冲洗10 分钟，即可使纳滤膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量90%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为三聚磷酸钠(2.0%质量浓度)，十二烷基苯磺酸钠（0.5%质量浓度）和EDTA（乙二胺四乙酸）-四钠（0.8%质量浓度）混合液，pH调节为10，清洗时间为1小时，通量即可恢复。

（3）步骤（2）出水再进入反渗透系统，反渗透膜运行过程中定期进行短时间的不加压、大流量冲洗，一段时间后进行短时间循环式化学清洗。

反渗透膜运行过程中压力不变情况下当反渗透膜通量下降20%时停机进行物理冲洗，用反渗透膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（大于正常运行时的进水流量120%）冲洗10分钟，即可使反渗透膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量90%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为柠檬酸(1.5%质量浓度)，pH调节为4，清洗时间为1小时，通量即可恢复。

本发明的系统稳定运行半年后，纳滤及反渗透膜通量与初始膜通量相比仅下降4%。

同时，采用超滤-反渗透双膜处理工艺进行对比实验，超滤工艺段采用超滤膜，截留分子量为10万道尔顿，反渗透工艺段采用AG8040F-400 WET型反渗透膜，反渗透工艺段采用与本发明的“纳滤-反渗透”中反渗透工艺段相同操作参数，运行半年后，反渗透膜通量与初始膜通量相比下降12% 。对比表明，本发明的方法有效延长了膜的使用寿命。

实施例2

在本实施例中，仍采用HL8040F-365纳滤膜和AG8040F-400 WET反渗透膜处理实施例1表1中的废水。其步骤为：

在纳滤膜运行过程中压力不变情况下当纳滤膜通量下降30%时停机进行物理冲洗，此时为可逆型膜污染，用纳滤膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量150%）冲洗30 分钟，即可使纳滤膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量80%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为三聚磷酸钠(0.5%质量浓度)、十二烷基苯磺酸钠（0.1%质量浓度）和EDTA（乙二胺四乙酸）-四钠（0.2%质量浓度）混合液，pH调节为11，清洗时间为3小时，通量即可恢复。

反渗透膜运行过程中压力不变情况下当反渗透膜通量下降40%时停机进行物理冲洗，用反渗透膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量140%）冲洗20分钟，即可使反渗透膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量80%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为柠檬酸(1.5%质量浓度)，pH调节为2，清洗时间为2小时，通量即可恢复。

该系统稳定运行半年后，纳滤及反渗透膜通量与初始膜通量相比仅下降6% 。

同时，采用超滤-反渗透双膜处理工艺进行对比实验，超滤工艺段采用超滤膜，截留分子量为10万道尔顿，反渗透工艺段采用AG8040F-400 WET型反渗透膜，反渗透工艺段采用与“纳滤-反渗透”中反渗透工艺段相同操作参数，运行半年后，反渗透膜通量与初始膜通量相比下降17%。对比表明，本发明的方法有效延长了膜的使用寿命。

实施例3

在纳滤膜运行过程中压力不变情况下当纳滤膜通量下降25%时停机进行物理冲洗，此时为可逆型膜污染，用纳滤膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量150%）冲洗25 分钟，即可使纳滤膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量85%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为三聚磷酸钠(1.0%质量浓度)、十二烷基苯磺酸钠（0.3%质量浓度）和EDTA（乙二胺四乙酸）-四钠（0.6%质量浓度）混合液，pH调节为10.5，清洗时间为2小时，通量即可恢复。

反渗透膜运行过程中压力不变情况下当反渗透膜通量下降30%时停机进行物理冲洗，用反渗透膜产水进行不加压（即浓缩液阀门全开）、大流量（正常运行时的进水流量140%）冲洗25分钟，即可使反渗透膜通量恢复。连续运行一段时间，当物理冲洗完成后通量只能恢复至原通量85%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为柠檬酸(1.5%质量浓度)，pH调节为3，清洗时间为1.5小时，通量即可恢复。

该系统稳定运行半年后，纳滤及反渗透膜通量与初始膜通量相比仅下降5% 。

同时，采用超滤-反渗透双膜处理工艺进行对比实验，超滤工艺段采用超滤膜，截留分子量为10万道尔顿，反渗透工艺段采用AG8040F-400 WET型反渗透膜，反渗透工艺段采用与“纳滤-反渗透”中反渗透工艺段相同操作参数，运行半年后，反渗透膜通量与初始膜通量相比下降15%。对比表明，本发明的方法有效延长了膜的使用寿命。

Claims

1.一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法，其步骤为：

（1）发酵工业废水生化处理出水依次经石英砂过滤、活性炭过滤、保安过滤器预处理；

（2）步骤（1）出水后进入纳滤系统，在纳滤系统先进行不加压地冲洗，再进行循环式化学清洗；

（3）步骤（2）出水再进入反渗透系统，在反渗透系统中先进行不加压地冲洗，再进行循环式化学清洗，得到最终产水。

2.根据权利要求1所述的一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法，其特征在于：在步骤（2）中，在纳滤膜运行过程中压力不变的情况下，当膜通量下降20-30%时停机进行物理冲洗，用纳滤膜产水进行不加压、大流量冲洗10-30 分钟；当物理冲洗完成后通量恢复至原通量80-90%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂的成分的质量浓度为：0.5~2.0%三聚磷酸钠、0.1~0.5%十二烷基苯磺酸钠和0.2~0.8%EDTA-四钠混合液，pH调节为10-11，清洗时间为1-3小时。

3.根据权利要求1所述的一种发酵工业废水膜法回用处理中膜污染控制的方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述反渗透膜运行过程中压力不变情况下当膜通量下降20-40%时停机进行物理冲洗，用反渗透膜产水进行不加压、大流量冲洗10-20 分钟；当物理冲洗完成后通量恢复至原通量80-90%时，采用循环式化学清洗，清洗药剂为1.5%质量浓度的柠檬酸，pH调节为2~4，清洗时间为1-2小时。