1 引言
随着我国人口与经济的增长，水资源的需求量不断增加。为了缓解我国水资源短缺的局面，必须设法提高水资源的利用率，鼓励废水的资源化深度处理。而冶金企业就是最为典型的用水大户及污水排放大户。由于膜分离技术具有分离精度高、占地省、自动化程度高、出水水质优良等优点，近年来开始在冶金废水深度处理中得到广泛的应用并显示出广阔的发展前景。其中超滤膜结合反渗透膜的双膜法处理技术，其出水可以达到锅炉用水的标准要求，更是得到了广泛的重视。本研究是在结合国内外冶金废水深度处理技术现状的基础上，以五矿营口中板厂生产过程中产生的废水，经过预处理达到相应标准后作为原水水源，以超滤膜组件为核心，建立超滤处理单元的试验装置，通过试验，探寻超滤膜运行的最佳参数，分析超滤膜的污染因素以及其处理出水作为进水进入反渗透膜单元，为工艺流程和工艺参数进一步改进优化提供依据。
2 试验设计
本试验装置安置在五矿营口中板厂污水处理与回用示范工程现场实地进行。系统的构造主要是以示范工程为依托设计的，并且根据其运行参数、系统运行外部条件及实验室的空间等具体情况为系统设置了一些运行参数，其目的是为了进一步完善该工程的深度处理部分的设计，为工程的最终实施和运行提供参考数据。
2.1试验水质：试验直接采用已经建设完毕的五矿营口中板厂污水处理工程前处理系统的出水作为试验用水水源，水质情况见表1。
2.2试验药剂及仪器
2.2.1试验药剂：试验中所用的主要药剂及规格见表2。
2.2.2实验仪器：试验中所用的主要仪器有CODo测定仪，pHS一34型精密pH计，氯离子测定仪，SZD一2型智能化学散射浊度仪，DDS一1型电导率仪，SDI测定仪，TG328电光分析天平，温度计(0—100℃)。
2.3试验装置及工艺流程
2.3.1试验装置：超滤试验采用整体超滤试验装置，超滤膜采用美国KOCH公司生产V1072—35一PMC的膜组件，该膜为聚醚砜中空纤维膜。预过滤器采用首先通过袋式过滤器(过滤精度为50—100 trm)去除水中较大颗粒的悬浮物，之后进人超滤装置进行过滤，超滤产水流入超滤集水池。同时超滤集水池中的少部分水要用于超滤装置本身的反冲洗。采用自动、手动控制方式，过滤方式为全过滤。超滤采用l束膜组件，处理水量为4.9m3/h。聚醚砜超滤膜组件技术指标见表3。
聚醚砜超滤膜组件性能指标：最大进口压力0.4 MPa;最高使用温度50。C;pH范围2-13;产水浊度<1 NTU;SDI<5。超滤工艺运行参数见表4。
2.3.2工艺流程：超滤试验工艺流程见图l。
3.实验结果分析
3.1超滤影响因素探析
3.1.1操作压力：保持其他试验条件相同，选择不同操作压力，进行超滤试验，从而讨论操作压力对产水量的影响。试验过滤周期为30 rain，其中反冲洗时间为1 min。随着操作压力的增大，产水量也相应的提高。在压力控制区，渗透速率与压力成正比，提高操作压力可以增加产水量。
3.1.2过滤周期：过滤周期的长短与超滤设备的失水率有直接关系，试验选择了30和45 min 2种过滤周期。从试验结果可以看出不同过滤周期出水水质基本上没有变化。反冲洗时间设定相同，不同过滤周期与净产水量、失水率的关系见表5。
由表5可以看出，在反冲洗时间相同的条件下，过滤周期延长，净产水量增加，失水率减少，但是过长的过滤周期会使超滤膜的渗透速率降低，从而导致化学清洗周期明显缩短，从整体考虑并不经济。因此过滤周期设定为30 min。
3.1.3其他影响因素：(1)料液流速。提高料液流速对防止浓差极化、提高设备处理能力有利。但增大压力使工艺过程能耗增加，结果导致费用增大。一般湍流体系中流速为l～3 m/s，在层流体系中通常流速小于l m/s。(2)操作温度。操作温度主要决定于所处理料液的化学、物理性质和生物稳定性，应在膜设备和处理物质允许的最高温度下进行操作，因为高温可以减少料液的黏度，从而增加传质效率，提高透过通量。(3)进料浓度。随着超滤过程的进行，料液的浓度在增高，此时黏度变小，边界层厚度扩大，这对超滤来说无论从技术上还是经济上都是不利的，因此超滤过程主体液流的浓度应小于最高允许浓度。
3.2超滤试验的产水水质：超滤工艺对浊度有良好的去除效果，当进水浊度在14.1～17.1 NTU之间变化时，出水浊度均在1.0 NTU以下，对浊度的去除率高于94%，说明超滤膜可以很好的降低出水浊度。
SDI表征了水中颗粒、胶体和其他能阻塞各种水纯化设备的物质的含量，是水质指标的重要参数之一。为保证反渗透膜性能的稳定性，SDI的平均值应低于3。
反渗透进水中如含有过量的游离氯会引起严重的膜破损，因此，在反渗透工艺前需对进水中的余氯加以去除。进水余氯平均为933 mg/L，最高为1 100 rag/L;出水余氯平均0.41 mg/L，最高浓度为0.51 mg/L，余氯去除率在99%以上，满足反渗透进水要求。排污水中的有机物种类多，成分复杂。有机物含量过高，会造成反渗透膜的有机物污染，因此对有机物的含量必须加以控制。
进水CODo平均为58.5 mg/L，最高为62 rag/L;出水COD。平均为29.33 mg/L，最高为33 mg/L，CODo去除率49.86%左右。可见，超滤对废水中CODQ有一定去除能力。
3.3超滤膜的污染及清洗方法
3.3.1超滤膜的污染：不同类的膜分离过程有它自身的膜污染问题，膜污染是造成膜组件运行失常的主要因素。膜污染过程可分为2个阶段：第一阶段是溶质被吸附在膜上，这个过程在蛋白质分子或其他溶质分子同膜接触10 min内便完成，可使膜通量降低30%;第二阶段是膜通量相对缓慢的降低，且这种降低趋势不依附于料液中大分子溶质的浓度以及操作的水力条件。这种现象的形成主要是由于膜孔堵塞且表面缓慢形成凝胶层，其过程是不可逆的。通常通过膜过滤性能的衰减情况来表示膜污染的程度，表征膜过滤性能的参数主要有膜渗透通量、膜过滤阻力、膜两侧压差、产水水质等。对于本试验而言，超滤过程采用恒压过滤，即膜两侧压差为定值。因此可通过膜渗透通量的变化来分析膜污染状况。总时间55 s。由试验结果可以看出，随着超滤过程的进行渗透通量逐渐减低，每们垂行周期后经过55 s的水力反冲洗后，膜表面的沉积物大部分被带走，膜通量上升。超滤对浊度物质的分离主要是筛分作用，胶体颗粒导致膜通量下降的主要原因是在膜的表面形成一层薄的致密的滤饼层，其阻力导致膜渗透通量下降。每一周期的水力冲洗能消除一定的滤饼层，膜渗透通量有较大幅度回升，但不能完全去除滤饼层，并且不断密实，阻力不断增大，而且水力清洗很难除去，此时便需要定期进行化学清洗。
3.3.3超滤膜的化学清洗：膜的定期清洗是防止膜污染的主要措施之一。化学清洗从本质上讲是沉积物与清洗剂之间的一个多相反应。本课题通过渗透通量的恢复率考察清洗效果。结果见表6。
3.4超滤作为反渗透预处理方法的可行性分析
3.4.1反渗透预处理的目的及要求：反渗透膜作为对超滤工艺出水进行进一步深度处理的重要手段，为防止膜表面结垢，免受机械、化学损伤，延长使用寿命，对进水有着严格的要求，各种不同反渗透膜进水水质要求见表7。
3.4.2 SN—UF/MF-0660中空纤维超滤膜的出水水质超滤工艺不同周期、不同压力下的出水水质见表8。
可见，超滤工艺出水水质符合各类反渗透膜的进水水质要求。
4结语
本试验考察了超滤过程的影响因素、对污染物质的去除情况、超滤膜的污染及清洗方法，并对超滤作为反渗透预处理工艺的可行性进行研究;以超滤出水作为反渗透给水进行试验，对反渗透系统运行的影响因素pH、结垢离子、回收率等影响因素进行分析研究，确定了最佳回收率，优选了阻垢剂。通过试验研究和理论分析，得出如下结论[7-s]。(1)不同的过滤周期，超滤膜的产水水质稳定，产水水量符合标定水量，渗透通量衰减缓慢。(2)超滤膜可有效降低污水的浊度，对浊度的去除率在94%以上;超滤膜对胶体具有良好的去除作用，产水SDI小于3;超滤膜对有机物有一定的去除作用，去除率在49%以上;出水的余氯在0.1mg/L以下，对余氯的去除率大于99%。(3)周期性反冲洗可以降低膜的污染，延缓膜渗透通量的衰减，但反冲洗时间的长短与超滤设备的产水率有直接关系。综合考虑，超滤膜的过滤周期为30min。
原标题：超滤膜技术在冶金废水深度处理中的应用研究
