图1 燕山石化混合废水回用工艺流程。

与传统水处理系统相比，ZeeWeed超滤膜具有优异的出水水质、更小的占地面积、更低的能耗、更强更可信的膜、快速改、扩建、运行操作管理简单等特点，在石化行业三级过滤深度处理和膜生物反应器回用工程中已得到了广泛的应用与推广。

北京燕山石油化工有限公司是中国石化集团的子公司，是生产石油、化工产品的特大型企业。随着淡水资源的日益缺乏及自来水和深井水价格上涨，燕山石化公司从2003年考虑将工业生产废水和生活污水经污水处理厂二级处理后，集中排入牛口峪水库，然后进行深度处理回用至化工厂中的锅炉补给水系统，这不仅可以解决废水排放的环保问题，还可以大大节约原水的消耗量，使水进行良性循环，起到显著的社会效益和经济基础。

考虑到生产废水的水质变化频繁，波动范围大，以及ZeeWeed超滤系统出水的稳定性，燕山石化公司最终确定采用ZeeWeed500 系列超滤膜系统作为反渗透的预处理，该系统工艺流程见图1所示，整个系统于2004年7月调试运行。

图2  ZeeWeed浸没式膜系统。

超滤系统按4列独立的膜池并联运行，设计处理规模26 000m3/d，回收率达90%~95%。典型的超滤膜处理结果见表1所示。

ZeeWeed超滤膜是一种独特的将水由外向内负压抽吸的PVDF中空纤维膜，膜孔径为0.04μm，具有超常的物理化学耐受性。亦由于ZeeWeed膜进水通道完全开放的缘故，浸没式膜工艺能应付含高悬浮物、高有机物的进水和对水质不稳定的进水具有较强的抗冲击能力。ZeeWeed浸入式超滤膜系统出水优异，达到回用标准或后续RO 脱盐系统的进水水质要求，能够有效去除水中的颗粒物（SS）和微生物，简化工艺流程，占地面积小，运行操作管理简单，采用模块化设计，允许水厂的分期建设、扩建，适于现有水厂的改造、扩容，能够利用最小的基建设施获得最大的处理规模。

图3  ZeeWeed MBR系统。

ZeeWeed膜生物反应器（MBR）工艺是GE公司的专利技术，实现了好氧生物反应器与ZeeWeed超滤膜技术的完美结合，有效克服了传统活性污泥法的污泥膨胀问题。ZeeWeedMBR的处理效果与污泥的沉降特性无关，对来水的冲击负荷具有很强的适应性。ZeeWeed MBR技术的生物池允许较高的污泥浓度，典型MLSS浓度在8000~10 000 mg/L。高生物总量可以高效去除溶解性和颗粒性的可生物降解物质。ZeeWeedMBR工艺将生物处理、二沉池和深度过滤工艺合为一个工艺，一步达到三级处理水质要求。

系统原理

浸没式膜系统是将膜组件或膜箱直接浸入到需要处理的水中，采用泵或虹吸的方式实现负压将水及溶解性小分子从膜中抽吸出来，因此系统占地面积非常小，一般能耗小于0.1kW（含空气擦洗能耗）。这也为现有水处理厂的改造、扩建提供了条件，可以将膜安装到现有的澄清池、生物反应器或其他水池中。

表1   燕山石化典型的超滤膜处理结果

浸没式膜系统包括预处理系统（细格栅或强化混凝或粉末炭）、膜池、膜箱、抽吸泵（反洗泵）、鼓风机、化学清洗系统。典型工艺流程如图2所示。

在正常运行过程中膜系统生产透过液（产水），原水通过进水管和进水控制阀进入膜池。膜浸没在膜池中的原水中，透过液泵从膜内侧将水负压抽吸过膜壁。每个膜列的所有膜箱产生的透过液通过透过液泵收集到共用的透过液抽吸管后，再到所有膜列共用的透过液母管中，最后进入下一步的处理。

表2  台湾石化集团回用水厂典型的MBR处理结果

进水中固体物质积累在膜的表面，会逐渐增加跨膜压差（TMP）值。反洗过程可以去除膜表面的固体物质，从而使TMP恢复到前一个产水周期中TMP值。多数反洗是每天进行的，有助于保持TMP且延长清洗周期，降低平均能耗。反洗过程包括将透过液反向透过膜、曝气擦洗膜去除沉积物，防止它们沉积在膜表面，并且将膜池中的液体排到废液池或污水管。在反冲洗时，空气进入了超滤膜箱的底部在超滤膜的表面形成紊流，上升中的气泡擦洗并清洁超滤膜丝的外表面，提高超滤膜的处理效率。然后，重新将原水注入膜池，开始产水。

图4 台湾石化集团回用水厂工艺流程。

产水还需周期性地停止以对膜进行化学清洗，以去除膜的有机污染或是结垢物质。恢复性清洗的频率根据处理厂的水质和运行条件而变化。

污水膜生物反应器（MBR）

ZeeWeed MBR工艺典型工艺流程见图3所示。经过1mm穿孔式细格栅筛滤过的原污水，或使用泵或由重力流入生物反应池。在生物反应池中通过扩散式曝气系统进行曝气。

ZeeWeed超滤膜是浸没在生物曝气池或膜池中，直接与活性污泥混合液接触。与压力式膜相比，采用负压抽吸的方式将中空纤维膜的透过液泵至后续中间水池。在膜箱下部采用间歇曝气方式产生紊流来擦洗中空纤维膜的外表面，这可大大减轻膜的污堵。

图5  燕山石化浸没式超滤系统。

在生物反应池和膜池之间保持连续的污泥循环流，一般是平均设计流量的4倍。由透过液泵抽吸而产生负压，将透过液（处理后出水）从生物反应器中透过膜抽吸出来。通过对透过液泵运转速度的控制，来维持生物反应器水池中水位的恒定。

对膜施加的真空负压的同时，透过膜的水流被持续监测。通过反冲洗的方式对膜进行定期的清洗。用来反冲膜的水一般是储存在反冲水池中的透过液。反洗水池在污水厂正常运转中自动由透过液泵灌满。反冲用的水泵将水从反冲水池中抽出，然后泵入膜丝内。透过液产水流量和反冲流量由安装在透过液泵排水管道上的流量计测量。透过液出水的浊度由在线浊度仪连续监测。

图6 台湾石化集团膜生物反应器系统。

台湾石化集团回用水厂采用ZeeWeed膜生物反应器（MBR）─反渗透组合工艺处理石化废水，工艺流程见图4所示。该工程分两期建设，其中MBR系统一期5000 m3/d，二期20 000 m3/d，采用4列独立的膜池并联运行，实现在线清洗。整个系统分别于2005年6月、12月完成调试运行。

根据特殊的应用和设计要求，采用ZeeWeedMBR工艺可提供高质量的硝化出水，也可通过增设缺氧生物段获得反硝化后的脱氮处理出水。除磷可通过厌氧生物除磷或化学除磷或反渗透方式来实现。

小结

ZeeWeed超滤膜与传统水处理系统相比，具有优异的出水水质、更小的占地面积、更低的能耗、更强更可信的膜、快速改、扩建、运行操作管理简单等特点，在石化行业三级过滤深度处理和膜生物反应器回用工程中已得到了广泛的应用与推广，强有力地保障了后续反渗透膜及其它工艺设备系统的长期稳定运行。今天，ZeeWeed膜系统的产品生命周期成本已足可与传统处理工艺系统相竞争，并将逐步成为石油化工废水回用处理厂工艺系统的最佳选择。