李潔利
機(jī)械工業(yè)部第五設(shè)計(jì)研究院

　　人類對(duì)膜的認(rèn)識(shí)和研究具有悠久的歷史，對(duì)膜分離技術(shù)的研究是從20世紀(jì)30年代后開(kāi)始的，直到50年代后才開(kāi)展了更加廣泛深入的研究，并取得了迅猛的發(fā)展，使得膜分離技術(shù)在海水淡化、苦咸水淡化、工業(yè)給水處理、純水制備、工業(yè)廢水處理及某些特殊化工過(guò)程中得到逐步推廣和應(yīng)用。目前常見(jiàn)的膜分離法主要有：反滲透（ReverseOsmosis，簡(jiǎn)稱RO）、電滲析（Electrodialysis，簡(jiǎn)稱ED）、超濾（Ultrafiltration，簡(jiǎn)稱UF）、微濾（Microfiltration，簡(jiǎn)稱MF）等。其中微濾膜屬多孔類型膜，孔徑范圍約為0.01um～10.0um，過(guò)濾原理屬于篩網(wǎng)過(guò)濾，近似于過(guò)篩機(jī)理，能夠截留所有比網(wǎng)孔大的顆粒、纖維和懸浮物，其原理如下圖所示。

　　微濾膜過(guò)濾具有以下特點(diǎn)：
　?。?）微濾膜膜內(nèi)孔徑是比較均勻的貫穿孔,孔隙率占總體積的70％～80％，能將液體中大于額定孔徑的微粒全部攔截，過(guò)濾速度快。
　?。?）微濾膜是均一連續(xù)的高分子多孔體，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，無(wú)纖維和碎屑脫落，不會(huì)重新產(chǎn)生微粒影響濾出水的水質(zhì)。
　?。?）微濾膜過(guò)濾中不會(huì)因壓力升高導(dǎo)致大于孔徑的微粒穿過(guò)微濾膜。即使壓力波動(dòng)也不會(huì)影響過(guò)濾效果。
　?。?）使用微濾膜處理廢水與其他方法相比，不需要投加特殊的水處理藥劑，占地面積小，操作簡(jiǎn)便，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于控制、維修，處理效率高。
　?。?）由于微濾膜近似于多層疊置篩網(wǎng)，截留作用限制在膜的表面，極易被少量與膜孔徑大小相仿的微?；蚰z體顆粒堵塞。如采用正交流結(jié)構(gòu)的膜元件，由于其具有連續(xù)自清洗的特性，可以較好地解決這一缺陷。
　　微濾膜法處理工業(yè)廢水在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，但在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還較少。下面僅以我院承擔(dān)設(shè)計(jì)的亞實(shí)履帶（天津）有限公司廢水處理站項(xiàng)目作以簡(jiǎn)介，以供參考。
　　亞實(shí)履帶（天津）有限公司是位于天津保稅區(qū)的外商獨(dú)資企業(yè)，由美國(guó)卡特彼勒公司、日本伊藤忠株式會(huì)社及日本SNT株式會(huì)社合資興建，主要生產(chǎn)工程機(jī)械的行走裝置和零部件。其中廢水處理站項(xiàng)目是整個(gè)工程的一個(gè)重要組成部分，它關(guān)系到整個(gè)工程能否順利投產(chǎn)。在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行了多方案的比較論證，在取得了相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定了微濾膜法作為油漆前處理廢水的處理工藝。廢水處理工藝流程如下：

　　該公司的油漆前處理廢水根據(jù)排放方式分為兩種：一種為連續(xù)排放，主要是脫脂漂洗水和磷化漂洗水，水量約16.35m³/d；另一種為每年兩次的定期排放，包括脫脂漂洗水、磷化漂洗水、脫脂液和磷化液，水量約75.72 m³/d（其中濃液約37.86m³/d）。由于在機(jī)加工工序中采用合成冷卻液并且磷化液配方中不含鋅離子，所以廢水中含油較少，不含鋅離子但COD_cr、BOD₅和磷酸鹽較高。基于上述水質(zhì)水量分析，在廢水處理站內(nèi)設(shè)置了三個(gè)廢水收集罐：1號(hào)、2號(hào)儲(chǔ)罐和定期排放儲(chǔ)罐。其中1號(hào)、2號(hào)儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)收集連續(xù)排放的漂洗廢水；定期排放儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)收集定期排放的脫脂液和磷化液，經(jīng)計(jì)量分批與漂洗廢水一起處理。廢水水質(zhì)為：

項(xiàng) 目 水 質(zhì) COD_cr 1212～1515 mg/l BOD₅ 360～450 mg/l 油 54～68 mg/l 磷酸鹽（以P計(jì)） 66～82 mg/l

　　主要水處理設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)： 1號(hào)和2號(hào)儲(chǔ)罐 有效容積 25m³（連續(xù)排放的漂洗廢水＋分批投加的定期排放濃液＋回流廢水） 結(jié)構(gòu)型式 圓形立式錐底罐 攪拌型式 槳式攪拌機(jī),功率5.5KW,減速機(jī)XLD5.5-6-1/43,轉(zhuǎn)數(shù)35r/min,槳葉直徑1250mm 溢流裝置 兩罐間溢流 取樣口 設(shè)置 監(jiān)測(cè)儀器 靜壓式液位計(jì)和音叉式液位開(kāi)關(guān) 定期排放儲(chǔ)罐 有效容積 35m³（油漆前處理系統(tǒng)的脫脂廢液＋磷化廢液） 結(jié)構(gòu)型式 圓形立式錐底罐 攪拌型式 槳式攪拌機(jī)，功率7.5KW，減速機(jī)XLD7.5-7-1/47，轉(zhuǎn)數(shù)31r/min，槳葉直徑1400mm 取樣口 設(shè)置 監(jiān)測(cè)儀器 靜壓式液位計(jì)和音叉式液位開(kāi)關(guān) 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)反應(yīng)槽 水力停留時(shí)間 1號(hào)反應(yīng)槽 5分鐘 2號(hào)反應(yīng)槽 30分鐘 3號(hào)反應(yīng)槽 5分鐘 4號(hào)反應(yīng)槽 5分鐘 結(jié)構(gòu)型式 方形平底 攪拌型式 1號(hào)反應(yīng)槽 推進(jìn)式攪拌機(jī)，功率1.5KW, 減速機(jī)XLD1.5-3-1/17，轉(zhuǎn)速88r/min，葉輪直徑250mm 2號(hào)反應(yīng)槽 推進(jìn)式攪拌機(jī)，功率3.0KW，減速機(jī)XLD3-4-1/17，轉(zhuǎn)速88r/min，葉輪直徑500mm 3號(hào)反應(yīng)槽 推進(jìn)式攪拌機(jī)，功率1.5KW, 減速機(jī)XLD1.5-3-1/17，轉(zhuǎn)速88r/min，葉輪直徑250mm 4號(hào)反應(yīng)槽 推進(jìn)式攪拌機(jī)，功率1.5KW, 減速機(jī)XLD1.5-3-1/17，轉(zhuǎn)速88r/min，葉輪直徑250mm 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)反應(yīng)槽 投加藥劑 1號(hào)反應(yīng)槽 PAC（預(yù)留） 2號(hào)反應(yīng)槽 氫氧化鈣 3號(hào)反應(yīng)槽 硫酸 4號(hào)反應(yīng)槽 硫酸 監(jiān)測(cè)儀器 3號(hào)反應(yīng)槽 PH計(jì) 4號(hào)反應(yīng)槽 PH計(jì) 微濾機(jī)系統(tǒng) 過(guò)濾水量 4.2m³/h 每天運(yùn)行6小時(shí) 膜結(jié)構(gòu)型式 正交流結(jié)構(gòu)的膜元件 膜孔徑范圍 0.003um～0.1um 出水罐 有效容積 18.75m³ 結(jié)構(gòu)型式 圓形立式平底罐 溢流裝置 設(shè)置，排至調(diào)節(jié)池 監(jiān)測(cè)儀器 靜壓式液位計(jì) 污泥濃縮罐 有效容積 4.0m³ 結(jié)構(gòu)型式 圓形立式錐底罐 攪拌型式 槳式攪拌機(jī)，功率5.5KW, 減速機(jī)XLD4-5-1/29，轉(zhuǎn)速51r/min，槳葉直徑950mm 取樣口 設(shè)置 溢流裝置 設(shè)置，排至集水坑 監(jiān)測(cè)儀器 超聲波液位計(jì) 氫氧化鈣配液槽 有效容積 5.40m³ 結(jié)構(gòu)型式 方形立式平底罐 攪拌型式 推進(jìn)式攪拌機(jī)，功率4.0KW, 減速機(jī)XLD4-4-1/17，轉(zhuǎn)速88r/min，葉輪直徑600mm 取樣口 設(shè)置 拆包隔斷裝置 設(shè)置 監(jiān)測(cè)儀器 超聲波液位計(jì)

　　 水處理工藝說(shuō)明：
　　1號(hào)、2號(hào)儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)收集連續(xù)排放的漂洗廢水，兩個(gè)儲(chǔ)罐交替使用，即一個(gè)儲(chǔ)罐中的廢水進(jìn)行處理，同時(shí)另一個(gè)儲(chǔ)罐接收排放的廢水。當(dāng)其中一個(gè)罐注滿后，進(jìn)水閥門自動(dòng)將廢水導(dǎo)向空罐，該液位可以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)設(shè)定。攪拌機(jī)和廢水泵由操作人員啟動(dòng)，當(dāng)液位降低到設(shè)定的數(shù)值時(shí)攪拌機(jī)和廢水泵將自動(dòng)停機(jī)。廢水泵為變頻泵，可根據(jù)微濾機(jī)的過(guò)濾出水量調(diào)節(jié)輸送水量。
　　定期排放儲(chǔ)罐負(fù)責(zé)收集定期排放的脫脂液和磷化液，經(jīng)計(jì)量分批與漂洗廢水一起處理。倒罐泵由人工啟動(dòng)，并能根據(jù)設(shè)定的排出量、定期排放儲(chǔ)罐低液位、1號(hào)或2號(hào)儲(chǔ)罐的高液位自動(dòng)停泵。
　　1號(hào)反應(yīng)槽主要考慮以后生產(chǎn)工藝更換藥液時(shí)使用，近期不使用。
　　2號(hào)反應(yīng)槽投加氫氧化鈣是將廢水中溶于水的磷酸鹽變成不溶于水的磷酸鈣。為使廢水中的磷酸反應(yīng)完全，需加入過(guò)量的氫氧化鈣，廢水的PH值會(huì)大于9.5。氫氧化鈣加藥泵為變頻泵，可根據(jù)進(jìn)水流量自動(dòng)投加。
　　3號(hào)反應(yīng)槽投加硫酸可將出水PH控制在9左右，以使微濾機(jī)的工況達(dá)到最好。硫酸加藥泵由PH計(jì)控制自動(dòng)啟停。
　　反應(yīng)槽出水進(jìn)入中間水箱，由過(guò)濾泵加壓將廢水送至微濾膜過(guò)濾，濾出水排至4號(hào)反應(yīng)槽，循環(huán)水和濾出的物質(zhì)返回至中間水箱再重新過(guò)濾，直至1號(hào)或2號(hào)儲(chǔ)罐中的廢水全部處理完，中間水箱中的廢水繼續(xù)濃縮至低液位，過(guò)濾泵停機(jī)，中間水箱中的濃縮廢液轉(zhuǎn)至污泥濃縮罐。當(dāng)微濾膜的過(guò)濾水量低于設(shè)定流量時(shí)，微濾機(jī)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒操作人員使用清洗劑進(jìn)行膜清洗以保證過(guò)濾水量和延長(zhǎng)膜的使用壽命。
　　4號(hào)反應(yīng)槽投加硫酸可將出水PH控制在6～9之間，出水排入出水槽。硫酸加藥泵由PH計(jì)控制自動(dòng)啟停。
　　出水槽主要調(diào)節(jié)水量，使處理后的工藝廢水以穩(wěn)定可控的水量流入生化系統(tǒng)，與生活污水一起進(jìn)行生化處理。
　　污泥濃縮罐中污泥積累到一定的體積后，排除上清液，定期送至箱式壓濾機(jī)脫水，脫出的水排至集水坑，泥餅交市政部門處理。
　　廢水處理站設(shè)置了以可編程序控制器（PLC）為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)各個(gè)設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析并控制相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化，從而保證了出水水質(zhì)和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。操作人員可在控制室通過(guò)控制盤上的觸摸屏隨時(shí)觀察各個(gè)工藝設(shè)備的工作狀況，并能通過(guò)計(jì)算機(jī)修改控制程序和進(jìn)行操作，所有運(yùn)行數(shù)據(jù)均由記錄儀存入磁盤以便調(diào)用分析，全部工藝設(shè)備即可以在控制室操作又可以在現(xiàn)場(chǎng)操作，最大限度地降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和人員數(shù)量。
　　經(jīng)微濾膜法處理前后的廢水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下： COD_cr BOD₅ 磷酸鹽（以P計(jì)） 油 處理前 457 mg/l 91 mg/l 53.20 mg/l 9.5 mg/l 處理后 113 mg/l 9.17 mg/l 0.33 mg/l 0.1 mg/l 去除率 75% 89.9% 99.4% 98.9%

　　該廢水處理站于1999年7月開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試，10月正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，目前整個(gè)處理系統(tǒng)及自動(dòng)控制程序運(yùn)轉(zhuǎn)正常，處理效果明顯，從而保證了工廠生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
　　鑒于目前國(guó)內(nèi)制造膜濾設(shè)備的技術(shù)及質(zhì)量可靠性稍差，因此該設(shè)計(jì)采用了部分進(jìn)口設(shè)備，致使該項(xiàng)目的工程總投資較高，約500萬(wàn)人民幣。但是隨著國(guó)內(nèi)制膜技術(shù)水平及設(shè)備制造質(zhì)量的提高及應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，微濾膜法處理工業(yè)廢水的技術(shù)以其工藝簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定和易于自控等優(yōu)勢(shì)必將發(fā)揮更大的作用。
　　上述工程簡(jiǎn)介和設(shè)計(jì)體會(huì)比較粗淺，僅作為機(jī)械工廠工業(yè)廢水處理的參考。