DMF技术在工业废水处理及回用领域的应用
来源：美国Duraflow公司 阅读：2656 更新时间：2009-07-31 10:46【摘要】美国Duraflow公司研制了一种微滤膜使用的是最有耐强性和耐化学腐蚀性的膜管。由于其接近于超滤过滤孔径，使用这种类型的微滤膜可以高效的去除废水中的污染物，同时由于其独特的构造，可以使含有污泥颗粒的废水进入膜系统进行直接的固液分离，因此应用于目前常见的回用工艺流程里，可以省去沉淀池、多介质过滤，砂滤、碳滤及超滤等环节，在目前工业废水处理的领域里被称为“现时最有效的技术”。更进一步的来说，这项技术与现有的反渗透系统或EDR系统（频繁倒极电渗析）等其他深度除盐技术联合运用可以真正实现废水回用的目的。在工业废水处理的领域里，本产品能承受化工和机械不同的物化压力来证明它的耐操和经用，已经有许多这样的膜管运用在粗劣的环境和条件下。应用领域包括印刷电路板、电镀、钢铁、电池、半导体、铝型材等行业，目前在全球7个国家里推广使用，在中国地区约有近30余套DMF系统在废水处理及回用项目中投建运行。
1前言
随着中国经济在近20年来的大力发展，水环境污染问题也日益突出、严重。其中工业生产所带来的废水具有废水水质复杂，高污染指标，甚至含有高含量的重金属离子。由于重金属在环境中不能够被降解，易与环境中各种配体结合，使其迁移能力增强，这就促进了植物吸收并产生生物放大作用，从而通过食物链危害人类的健康。因此，近年来，重金属污染已经成为了全球关注的环境问题，也被列为优先监控的环境污染物。重金属废水主要集中在电子、电镀、机械、表面处理、有色金属及化工等行业。
目前对这类重金属的处理的研究及技术应用，大部分还是采用传统的化学沉淀和离子交换等处理方法。但这两种传统方法有各自的应用范畴及限制，化学沉淀处理方法占地面积较大，处理效果不够稳定，离子交换处理方法不适合大的处理量应用，且再生程序麻烦，污染物总量不变。随着国家对水环境要求的进一步的要求及保护，对水质的排放要求进一步提高，因受制于以上的缺点，传统的处理方法也难以较好的适应这一要求及变化，新的处理方法也就应运而生。其中膜处理法，在处理技术这类含金属废水中占有极大的市场前景及技术优势。其中又以浓缩膜分离的概念为主，常见的分为两种，一种是金属离子处于液态下，与水实现液液分离，常见于某些贵重金属的回收及利用，此类处理方法多见于反渗透及电渗析等膜法处理技术。另一种是辅助以化学沉淀后，再通过膜与水实现固液分离，常见于贵重金属及一般重金属的分离及回收利用，此类方法多见于管式微滤等膜法处理技术。本文所要介绍的属于固液分离的管式微滤膜法处理技术，此产品由美国Duraflow公司研发制造，并与前段化学处理方法配合，实现废水中的重金属与水达到固液分离的目的。
使用DMF产品及技术作为深度脱盐的前处理工艺，不仅可以达到重金属的回收利用的目的，还可以提高重金属的去除率，同时并能延长后段膜法处理中的膜的使用寿命。
2DMF技术介绍及特点
2.1DF膜产品及性能特点
Duraflow公司研制的微滤膜显示出以下的优点：
(1)它的流速是市场上其他微滤膜的流速的两到三倍。
(2)它有滤除颗粒污染物质的能力而不会发生透漏泥颗粒的现象。
(3)滤膜可以承受酸性，碱性，漂白和氧化药剂的清洗。
(4)膜管有着耐久的质地，与一般的过滤材质相比它有较长的使用期。微滤功能是将直径大于0.1微米的固体颗粒从水中滤除。这样以分离来去除的工序是通过Duraflow的微滤膜来完成的。Duraflow的滤膜是一根一英寸直径，六英尺长（1.83米）的圆型管芯。根据过滤的废水的量来决定需要使用多少数量的这样的管芯。将这样的管芯按数量有次序地组合在一起并按照不同需求装入不同直径的圆管里面膜管就形成了。这样的膜管能承受高速流量，排污和耐压的运作。使用这种类型的微滤膜可以高效的去除废水中的污染物。膜管是圆形的又称为膜壳，根据膜壳的直径大小在膜壳内可以组装不同数量的膜芯。下面的型号说明了膜壳的大小和其膜芯的数量。
型号:
•DF-401=膜壳中只有一根1英寸直径的膜芯
•DF-404=膜壳中含有四根1英寸直径的膜芯
•DF-415=膜壳中装有十根1英寸直径的膜芯
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DMF技术是我公司在利用该产品良好的、独特的过滤性能基础上，根据多行业领域内大量的小型试验，结合在7个国家多个工程的应用运行经验及信息参数，形成了一套成熟的废水处理工艺流程。DMF的技术是将机械化的微滤过滤工序结合有效的化学药剂处理，使水中的污染物沉淀分离来达到很好的废水处理效果。DMF的系统还使用Duraflow自制的化学药剂，在废水处理过程中可以掌握重金属去除率，提高通量，从而确保了过滤效率，并且对膜系统来说可以减少机械保养的次数。由于DMF在高流速，少清洗，出水好，耐用力强方面占了优势，使得DMF的出水完全无疑的可以用在反渗透的系统上而得到有效的去盐，出纯水（作回用水）的理想效果。
2.2DMF工艺流程示意图及说明
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（1）DMF系统前处理
进入DMF系统的废水根据DMF系统所需进行分流，分流后的废水进入废水调节池。废水进入废水调节池前可以用细格栅网拦截大的颗粒物质和条带类物质以减少对泵的损坏以及对后段膜系统的影响。提升泵将废水从均衡池里泵至pH调节系统。一般很难通过一个反应池来精确调整pH值，所以DMF系统中设有两个反应池。前一个pH调节池功能为pH的主要调节，后一个pH调节池的功能为pH的精确微调。在pH调节池2中，考虑加入混凝剂（如PAC）加强混凝效果，利于提高膜分离效果及出水水质。若废水含有有机螯合及难分解的重金属，还可以考虑添加重金属捕捉剂，帮助将废水中的污染物分解出来。
（2）DMF处理系统
DMF处理系统包括浓缩池、DMF膜处理装置两个组成部分。浓缩池的功能主要是接收经过pH调节及混凝反应后的废水，同时接收从膜系统不断回流的浓水。在浓缩池中投加活性炭以吸附部分有机物降低COD，同时在系统运行时碳的颗粒物能起到擦洗膜内表面的污垢及污泥，达到维持膜的产水通量的目的。污泥池内的污泥经过不断浓缩处理后，当到达一定污泥量（一般为50%左右），即可排放部分污泥以降低污泥浓度，再启动DMF系统运行。排放的污泥到污泥浓缩池进行浓缩后进入压滤机进行处理，或可直接用泵抽至压滤机直接压滤处理。
DMF膜处理装置主要由循环泵、DF膜及膜架、清洗装置、相关控制阀门及匹配管道组成。浓缩池里的废水通过泵提升进入DF膜系统。DF膜过滤是在压力和速度的驱使下，通过多孔膜使悬浮固体物质与液体分离，错流过滤的过程。在每一个膜组列中，废水经泵抽送经过膜管的流速很高，与膜表面平行湍流，产生一个剪切作用，将沉淀在膜上的固体量最小化。过滤之后的清水称为滤液或渗透液通过排滤液管送入收集池。残留的称为浓缩液，包含悬浮固体物质流回到浓缩池里。由此进行不断地循环。
DF膜一般不需要用干净的产水或自来水进行反冲，只需要定期采用硫酸和次氯酸钠进行化学清洗，从而达到恢复通量的目的。硫酸主要是用来解决金属离子对膜的污染，常见硫酸的配置浓度为2-5%；而次氯酸钠主要解决有机物对膜的污染问题，通过次氯酸钠的强氧化性，可以比较彻底的解决有机物污染的问题，次氯酸钠常见使用配比浓度为2%。根据膜污染的种类，还可以考虑其他独特的化学清洗方式。
2.3DMF系统的技术特点
DMF系统不同于其他过滤回用系统，它作为RO系统和EDR系统的前处理具有更高的技术选择优势，因为它可以免去常用的回用工艺流程链上的几套过滤设备，比如沉淀池、多介质过滤，砂滤、炭滤和超滤等等。在回用工艺流程它的优点在于：
①替代上述常用回用流程链上的几套处理设施，使处理环节减少，并且节省体积空间。
②运行维护方便、简单，免去各项设备所需要的反冲洗工序，增加前处理系统处理的工作效率。
③拥有更加稳定的处理效率，不会饱和，不需要更换如石英砂、活性炭等易饱和的填料。
④完全不用担心金属沉淀物和有机物对膜的污染，因为DF膜可以接受2～5%的酸和次氯酸钠浸洗，可以采用多种方式对金属沉淀物和有机物污染进行化学清洗，清洗后即可恢复最佳原始理想通量，而不会随着运行和多次清洗，减少产水通量。
⑤DF膜拥有PVDF的膜材质，拥有较长的使用寿命。一般情况在3～7年，如果使用规范的话，使用期将更长。
⑥DF膜拥有0.1um的膜孔径，100%截留SS等污染物质，经过DF膜过滤的出水SDI值将小于2，重金属及铁等金属离子可以除到一个极限低的值，对选择性废水的COD的处理也可以完全符合进入RO系统和EDR系统的先决条件，可以更加有效的延长RO膜和EDR系统的使用寿命。
2.4DF膜使用的领域及进出水水质要求
DF膜目前使用成熟的领域主要在电镀、印刷电路板、钢铁酸洗水、电池电源行业、金属表面处理及铝型材等行业。处理对象是以重金属为主的废水，主要适用于重金属的回收利用及水回用两大方面。DMF系统进出水水质要求及效果见表1。
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3、DMF系统在五金电镀废水处理中作为EDR系统回用的前处理（浙江某五金电镀厂）
3.1项目概况
浙江嘉善某五金电镀一期工程，每天酸洗废水产水量约为600吨/天，主要污染物包括铁、锌、磷、酸、COD等。在采用回用技术之前，该厂的废水都是进行混合化学处理之后排放到外部接纳水体，虽然基本做到达标排放，但水中仍然有部分的污染物超标，尤其是铁、锌等污染物超标，对自然水环境带来很大的污染危害。为了减少对自然水环境的污染，同时使部分废水达到回用目的，该厂对600吨/天的酸洗水进行单独收集，采用了“DMF+EDR”联合工艺作为废水处理和回用技术，实现了50%的回用率。同时DMF系统对铁、锌等金属的去除率比原有的系统大幅提高，保证了EDR系统的有效回用。该系统自2007年底运行至今，运行非常稳定，其中DMF系统产水中铁和锌的排放指标基本做到0.1mg/l以下，因为有了DMF系统的前段作为保障，后段的EDR回用系统运行非常稳定，可以做到1-2个月进行化学清洗一次，其回用水量达到每天300吨/天，实现了环境效益和经济效益的双重回报。由于一期工程给该厂带来了环境及经济双重效益，该厂二期工程（36吨/小时），也采用了DMF技术作为废水处理的核心技术，与EDR技术再次结合使用达到回用目的，目前正处于调试运行阶段。
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3.3工艺流程说明
（1）DMF系统前处理
进入DMF系统的废水根据DMF系统所需进行分流，将含油废水分流进入另外的废水生化处理系统进行处理排放，其他以酸洗废水为主的废水进入均衡收集池，主要污染物包括铁、锌、磷、酸、COD等。废水进入废水收集池前一细由格栅网拦截大的颗粒物质和条带类物质。在池中加碱进行初步的pH的调节，调节pH到5～6，同时在池内加以曝气搅拌均匀，使二价铁氧化为三价铁。然后由提升泵泵至pH调节系统，
DMF系统前处理中调节pH一般分为两次pH调节，一级pH调节池主要起pH值的主调控制作用，二级pH调节池起精确微调pH的作用，同时可以满足金属离子充分的反应条件和反应时间，使其反应效果更好，利于后段的固液分离，提高出水水质。两级pH调节时间各为15-20min左右，最终调节pH在9左右，使铁、锌离子可以在两者最佳pH值沉淀，同时由于铁离子存在，可与磷酸根结合形成磷酸铁沉淀得以去除磷。
（2）DMF处理系统
该DMF系统包括浓缩池和DMF膜处理装置两大部分组成。
浓缩池为10m3的玻璃钢罐，使废水在此池中有15-20分钟的停留时间，收集经过pH调节之后的废水。在浓缩池中定时定量投加活性炭。由于该厂生产废水中含有一定量的表面活性剂及较高的COD，活性炭的投加量比在电子厂DMF系统中投加的活性炭量多，大约为1kg/小时（一般常见为在PCB厂40吨/小时的DMF系统中，2-4小时投加1kg活性炭）。
DMF膜处理装置主要由循环泵、DF膜及膜架、清洗装置、相关控制阀门及匹配管道组成。通过循环泵，将浓缩池里的含污泥颗粒废水送进DMF系统进行过滤处理。在循环泵压力和速度的驱使下，污泥和水在DMF系统得到彻底的分离，产水侧进入后段的中和池。管内循环浓缩液重新回到浓缩池。当浓缩池里的污泥体积浓度达到50%时就会在一定程度上影响膜的通量，这时便开始排掉一部分泥然后再重新启动系统。
系统采用36支DF415膜，每支膜的理论产水通量为1.14吨，则每小时的处理流量约为41吨。但膜在运行初期其产水通量每支会达到1.5～1.6吨/小时，随着运行的时间的增加，其产水通量会缓慢下降，一般下降到每支0.8吨左右时开始进行化学清洗。该DMF系统，从刚开始的最佳运行产水通量1.5～1.8吨/小时下降到0.8吨/小时，历时7～10天。
当通量下降到设定的清洗值时，就需要清洗DMF系统。采用硫酸或次氯酸钠对DF膜进行清洗，可以到达清除重金属沉淀物或有机物污染目的，从而恢复到原始过滤通量。
该厂选择DMF系统是因为DMF系统具有流程少、无反洗、化学清洗周期较长、膜寿命长、占用空间小、延长后段处理系统的使用寿命等优点。
（3）EDR深度脱盐处理系统
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清水通过重力流到下一级中和调节池进行pH调节。然后通过泵送至频繁倒极电渗析（EDR系统）进行除盐深度处理，达到净水回用的目的。EDR的预处理要求没有RO那么严格，同时其脱盐率范围广。该厂选择EDR系统作为深度除盐工艺，是在充分考虑了该厂进水废水水质及回用情况来决定的。因为该厂的酸洗废水中的COD值大部分为可溶解性的COD，通过初期的DMF小试系统测试，对COD的去除不太稳定，分析主要原因是仅靠0.1um的孔径对混凝之后的废水过滤，不能稳定的做到满足进入RO系统的先决要求，同时该废水中电导率比较高，最高时甚至可达到6000～8000us/cm，所以设计公司和该厂最终考虑选择对COD和进水电导率适应范围更加广泛的EDR系统。
3.4一期工程运行情况
该厂自2007年12月投入运行以来，整套系统（包括后段EDR系统）运行非常稳定，EDR系统回收率稳定在50-60%之间，可以做到较长时间进行化学清洗一次，提高整套系统的工作效率。其中系统运行参数信息见表2和表3：
表2DMF系统运行信息
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说明：
1）、目前该厂排放标准按照《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）执行（COD指标除外），EDR浓水排放进入管网进入该区污水厂进行深度处理，对金属离子等有限制要求，而对COD的要求是小于500mg/l，因此EDR浓水刚好能满足其排入要求。
2）、以前化学处理排放标准为《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准。以上数据根据该厂所管辖的环境检测站提供的数据整编。
3.5技术经济分析（见表4）
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说明：
1）、由于废水水质变动较大，故每天运行成本稍微有所偏差，每天的吨水运行成本也有所偏差，因此在计算吨水运行成本时，考虑选取中间值。
2）、以前用自来水制造回用水，回用率按照75%计。自来水费按照2.5元/吨计。
比较上述运行成本，该厂回用后的整体成本比回用前低700元/天，每年按照300天运行计算，则年共计节约210000元。同时还减少了排污总量，尤其是DMF系统拥有比传统化学处理法拥有更好的出水水质，保障了后段处理浓水的排放。同时，提高了车间用水的水质，不仅使产品的质量更加卓越，也不需要再花费投资建造纯水回用系统，节约了部分厂地空间，获得了环境和经济效益共赢的良好结果。
上述运行费用分析仅针对该厂的DMF系统的运行费用，针对其他的不同的行业、不同的设计工艺流程和不同的运营管理方式，DMF运行费用有所不同。
4结束语
根据上述工程运行情况及出水水质等参数可知，DMF技术在此五金电镀废水回用处理中拥有其他产品和技术难以比拟的技术优势。同时此技术在国内电镀、印刷电路板、电池、金属表面处理、铝型材等其他行业废水回用处理中得到了应用，尤其是在印刷电路板行业废水处理及回用项目中，DMF系统的建造数量最多，系统使用最长的时间已经达到四年，不仅DF膜没有更换过，就连后段的RO膜也没有更换过，证明此产品和技术的成熟性和稳定性。因此，在废水处理及回用领域，尤其是针对在含有重金属离子等行业的废水领域，使用DMF做为RO或EDR系统回用前处理具有独特的优势，使用DMF已经成为回用工艺中的一种新的选择。
