微滤膜法处理油漆前处理废水

李洁利
机械工业部第五设计研究院

　　人类对膜的认识和研究具有悠久的历史，对膜分离技术的研究是从20世纪30年代后开始的，直到50年代后才开展了更加广泛深入的研究，并取得了迅猛的发展，使得膜分离技术在海水淡化、苦咸水淡化、工业给水处理、纯水制备、工业废水处理及某些特殊化工过程中得到逐步推广和应用。目前常见的膜分离法主要有：反渗透（ReverseOsmosis，简称RO）、电渗析（Electrodialysis，简称ED）、超滤（Ultrafiltration，简称UF）、微滤（Microfiltration，简称MF）等。其中微滤膜属多孔类型膜，孔径范围约为0.01um～10.0um，过滤原理属于筛网过滤，近似于过筛机理，能够截留所有比网孔大的颗粒、纤维和悬浮物，其原理如下图所示。

　　微滤膜过滤具有以下特点：
　　（1）微滤膜膜内孔径是比较均匀的贯穿孔,孔隙率占总体积的70％～80％，能将液体中大于额定孔径的微粒全部拦截，过滤速度快。
　　（2）微滤膜是均一连续的高分子多孔体，具有良好的化学稳定性，无纤维和碎屑脱落，不会重新产生微粒影响滤出水的水质。
　　（3）微滤膜过滤中不会因压力升高导致大于孔径的微粒穿过微滤膜。即使压力波动也不会影响过滤效果。
　　（4）使用微滤膜处理废水与其他方法相比，不需要投加特殊的水处理药剂，占地面积小，操作简便，系统运行稳定可靠，易于控制、维修，处理效率高。
　　（5）由于微滤膜近似于多层叠置筛网，截留作用限制在膜的表面，极易被少量与膜孔径大小相仿的微粒或胶体颗粒堵塞。如采用正交流结构的膜元件，由于其具有连续自清洗的特性，可以较好地解决这一缺陷。
　　微滤膜法处理工业废水在国外的应用已经相当广泛，但在国内的应用还较少。下面仅以我院承担设计的亚实履带（天津）有限公司废水处理站项目作以简介，以供参考。
　　亚实履带（天津）有限公司是位于天津保税区的外商独资企业，由美国卡特彼勒公司、日本伊藤忠株式会社及日本SNT株式会社合资兴建，主要生产工程机械的行走装置和零部件。其中废水处理站项目是整个工程的一个重要组成部分，它关系到整个工程能否顺利投产。在该项目的设计过程中，进行了多方案的比较论证，在取得了相关试验数据的基础上，确定了微滤膜法作为油漆前处理废水的处理工艺。废水处理工艺流程如下：

　　该公司的油漆前处理废水根据排放方式分为两种：一种为连续排放，主要是脱脂漂洗水和磷化漂洗水，水量约16.35m³/d；另一种为每年两次的定期排放，包括脱脂漂洗水、磷化漂洗水、脱脂液和磷化液，水量约75.72 m³/d（其中浓液约37.86m³/d）。由于在机加工工序中采用合成冷却液并且磷化液配方中不含锌离子，所以废水中含油较少，不含锌离子但COD_cr、BOD₅和磷酸盐较高。基于上述水质水量分析，在废水处理站内设置了三个废水收集罐：1号、2号储罐和定期排放储罐。其中1号、2号储罐负责收集连续排放的漂洗废水；定期排放储罐负责收集定期排放的脱脂液和磷化液，经计量分批与漂洗废水一起处理。废水水质为：

项 目 水 质 COD_cr 1212～1515 mg/l BOD₅ 360～450 mg/l 油 54～68 mg/l 磷酸盐（以P计） 66～82 mg/l

　　主要水处理设备的设计参数： 1号和2号储罐 有效容积 25m³（连续排放的漂洗废水＋分批投加的定期排放浓液＋回流废水） 结构型式 圆形立式锥底罐 搅拌型式 桨式搅拌机,功率5.5KW,减速机XLD5.5-6-1/43,转数35r/min,桨叶直径1250mm 溢流装置 两罐间溢流 取样口 设置 监测仪器 静压式液位计和音叉式液位开关 定期排放储罐 有效容积 35m³（油漆前处理系统的脱脂废液＋磷化废液） 结构型式 圆形立式锥底罐 搅拌型式 桨式搅拌机，功率7.5KW，减速机XLD7.5-7-1/47，转数31r/min，桨叶直径1400mm 取样口 设置 监测仪器 静压式液位计和音叉式液位开关 1号、2号、3号和4号反应槽 水力停留时间 1号反应槽 5分钟 2号反应槽 30分钟 3号反应槽 5分钟 4号反应槽 5分钟 结构型式 方形平底 搅拌型式 1号反应槽 推进式搅拌机，功率1.5KW, 减速机XLD1.5-3-1/17，转速88r/min，叶轮直径250mm 2号反应槽 推进式搅拌机，功率3.0KW，减速机XLD3-4-1/17，转速88r/min，叶轮直径500mm 3号反应槽 推进式搅拌机，功率1.5KW, 减速机XLD1.5-3-1/17，转速88r/min，叶轮直径250mm 4号反应槽 推进式搅拌机，功率1.5KW, 减速机XLD1.5-3-1/17，转速88r/min，叶轮直径250mm 1号、2号、3号和4号反应槽 投加药剂 1号反应槽 PAC（预留） 2号反应槽 氢氧化钙 3号反应槽 硫酸 4号反应槽 硫酸 监测仪器 3号反应槽 PH计 4号反应槽 PH计 微滤机系统 过滤水量 4.2m³/h 每天运行6小时 膜结构型式 正交流结构的膜元件 膜孔径范围 0.003um～0.1um 出水罐 有效容积 18.75m³ 结构型式 圆形立式平底罐 溢流装置 设置，排至调节池 监测仪器 静压式液位计 污泥浓缩罐 有效容积 4.0m³ 结构型式 圆形立式锥底罐 搅拌型式 桨式搅拌机，功率5.5KW, 减速机XLD4-5-1/29，转速51r/min，桨叶直径950mm 取样口 设置 溢流装置 设置，排至集水坑 监测仪器 超声波液位计 氢氧化钙配液槽 有效容积 5.40m³ 结构型式 方形立式平底罐 搅拌型式 推进式搅拌机，功率4.0KW, 减速机XLD4-4-1/17，转速88r/min，叶轮直径600mm 取样口 设置 拆包隔断装置 设置 监测仪器 超声波液位计

　　 水处理工艺说明：
　　1号、2号储罐负责收集连续排放的漂洗废水，两个储罐交替使用，即一个储罐中的废水进行处理，同时另一个储罐接收排放的废水。当其中一个罐注满后，进水阀门自动将废水导向空罐，该液位可以现场调节设定。搅拌机和废水泵由操作人员启动，当液位降低到设定的数值时搅拌机和废水泵将自动停机。废水泵为变频泵，可根据微滤机的过滤出水量调节输送水量。
　　定期排放储罐负责收集定期排放的脱脂液和磷化液，经计量分批与漂洗废水一起处理。倒罐泵由人工启动，并能根据设定的排出量、定期排放储罐低液位、1号或2号储罐的高液位自动停泵。
　　1号反应槽主要考虑以后生产工艺更换药液时使用，近期不使用。
　　2号反应槽投加氢氧化钙是将废水中溶于水的磷酸盐变成不溶于水的磷酸钙。为使废水中的磷酸反应完全，需加入过量的氢氧化钙，废水的PH值会大于9.5。氢氧化钙加药泵为变频泵，可根据进水流量自动投加。
　　3号反应槽投加硫酸可将出水PH控制在9左右，以使微滤机的工况达到最好。硫酸加药泵由PH计控制自动启停。
　　反应槽出水进入中间水箱，由过滤泵加压将废水送至微滤膜过滤，滤出水排至4号反应槽，循环水和滤出的物质返回至中间水箱再重新过滤，直至1号或2号储罐中的废水全部处理完，中间水箱中的废水继续浓缩至低液位，过滤泵停机，中间水箱中的浓缩废液转至污泥浓缩罐。当微滤膜的过滤水量低于设定流量时，微滤机将发出报警信号提醒操作人员使用清洗剂进行膜清洗以保证过滤水量和延长膜的使用寿命。
　　4号反应槽投加硫酸可将出水PH控制在6～9之间，出水排入出水槽。硫酸加药泵由PH计控制自动启停。
　　出水槽主要调节水量，使处理后的工艺废水以稳定可控的水量流入生化系统，与生活污水一起进行生化处理。
　　污泥浓缩罐中污泥积累到一定的体积后，排除上清液，定期送至箱式压滤机脱水，脱出的水排至集水坑，泥饼交市政部门处理。
　　废水处理站设置了以可编程序控制器（PLC）为核心的自动控制系统，通过对各个设备的工艺参数进行监测分析并控制相应设备的运行，实现了整个废水处理系统的自动化，从而保证了出水水质和系统稳定运行。操作人员可在控制室通过控制盘上的触摸屏随时观察各个工艺设备的工作状况，并能通过计算机修改控制程序和进行操作，所有运行数据均由记录仪存入磁盘以便调用分析，全部工艺设备即可以在控制室操作又可以在现场操作，最大限度地降低了操作人员的劳动强度和人员数量。
　　经微滤膜法处理前后的废水监测数据如下： COD_cr BOD₅ 磷酸盐（以P计） 油 处理前 457 mg/l 91 mg/l 53.20 mg/l 9.5 mg/l 处理后 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%

　　该废水处理站于1999年7月开始进行调试，10月正式投入生产运行，目前整个处理系统及自动控制程序运转正常，处理效果明显，从而保证了工厂生产的顺利进行。
　　鉴于目前国内制造膜滤设备的技术及质量可靠性稍差，因此该设计采用了部分进口设备，致使该项目的工程总投资较高，约500万人民币。但是随着国内制膜技术水平及设备制造质量的提高及应用范围的不断扩大，微滤膜法处理工业废水的技术以其工艺简单、处理效果稳定和易于自控等优势必将发挥更大的作用。
　　上述工程简介和设计体会比较粗浅，仅作为机械工厂工业废水处理的参考。