超滤应用于中水系统反渗透浓水回用的试验研究.docx

超滤应用于中水系统反渗透浓水回用的试验研究河北某电厂采用污水处理厂的中水作为循环水和锅炉补给水水源,其中一部分中水经反渗透处理后送至化学水处理车间。由于该反渗透浓水硬度很小,设计者拟将该浓水处理后回用,考虑到该浓水中较高的含盐量、SiO2和有机物,因此采用了超滤进行反渗透浓水处理试验研究。1试验装置及水质1.1中水水质情况电厂使用的中水为污水处理厂排水,其水质成分复杂,水质分析情况见表1。从表1中可以看出,电厂使用的中水COD含量较高,SiO2含量偏高,表面活性剂含量较高。1.2反渗透浓水水质情况反渗透的预处理部分分为石灰混凝澄清处理,过滤,软化。其中石灰处理能够降低一部分硬度、一部分浊度、少量的色度和表面活性剂,去除50%左右的COD和30%左右的SiO2;过滤处理能够降低一部分浊度;软化处理能够将中水的硬度全部去除。因此反渗透的进水中含有预处理部分无法降低的氨氮、氯离子、硫酸根以及大量的有机物、SiO2和表面活性剂。由于反渗透采用碱性运行工况,进水中的有机物、SiO2和表面活性剂全部进入浓水中,同时氯离子和硫酸根也在较高脱盐率的情况下大部分进入了浓水,反渗透浓水水质情况见表2。表2中可以看出,反渗透浓水的硬度很小;氯离子相比原水有数倍的增加;硫酸根由于石灰处理需要加入硫酸以及软化后需要加入硫酸脱CO2,因此相比较原水有上十倍的增加;有机物、SiO2和表面活性剂被反渗透浓缩后,均以数倍增加值存在于浓水中;水中的氨氮在碱性工况下可以通过膜自由移动到产水侧,因此浓水中的氨氮并没有成比例增加。1.3试验装置和超滤膜由于反渗透浓水几乎没有硬度,设计者考虑将该浓水处理后回用,而针对该浓水较高的有机物和二氧化硅含量,提出了采用超滤进行浓水处理试验。超滤(UF)是以孔径为0.005~1Lm的不对称多孔性半透膜)))超滤膜作为过滤介质,在0.1~1.0MPa的静压力推动下,溶液中的溶剂、溶解盐类和小分子溶质透过膜,而各种悬浮颗粒、胶体、蛋白质、微生物和大分子等被截留,以达到分离纯化目的的一种膜分离技术[1]。因此超滤可以将浓水中的硅胶体和大分子有机物去除,留下钠盐等无机盐类。本试验流程如图1所示。反渗透浓水收集至浓水箱中,用超滤进水泵注入膜组件内,透过膜出水,超滤产水收集至超滤产水箱。待透膜压差达到反洗要求或产水量降至反洗要求后进行反洗。反洗分为排空、加药反洗、静置、空气擦洗、气水混洗、水反洗和快冲等7步。试验用的超滤膜为DuraFlux-5500,该中空纤维超滤膜具有独特的双层膜结构,具有较好的机械性能、抗拉伸性能和化学稳定性。膜相关参数见表3。2试验结果与讨论2.1pH值对超滤膜过滤效果的影响在众多废水处理和回用效果的影响因素中[2-4],pH值是给水处理中重要的水质参数,它的变化会改变有机物和无机物的物理化学性能,从而对膜过滤产生影响。研究表明[5-7],料液的pH值不仅严重影响被处理料液中胶体微粒和溶质的物理化学性质,而且也能改变分离膜表面的荷电性能,二者之间的相互作用影响膜的分离效果和膜污染现象。该进水中含有较高的有机物、表面活性剂和SiO2,但硬度非常小,且pH值在9.5~9.8。用盐酸调整浓水pH值分别为9.60,7.62,5.57和4.45进行试验,试验中采用循环错流过滤,保持足够的超滤浓水流量(210~240m3/h),超滤浓水返回到超滤进水箱,每运行25min反洗1次超滤,试验结果见图2和图3。从图2中可以看出,进水pH值为7.62时,超滤产水量衰减得最快,从初始的产水54m3/h直线下降至最终产水25m3/h,产水率下降超过50%;进水pH值9.60对超滤产水的影响最小,仅从初始产水54m3/h降至最终的产水45m3/h;进水pH值4.45和5.57对膜通量的影响介于两者之间,其中pH值5.57的产水衰减速度为从初始产水57m3/h降至最终产水36m3/h,略高于pH值4.45的初始产水55m3/h降至最终产水37m3/h。从图3中可以看出,进水pH值对透膜压差的影响与产水量影响一致,即pH值7.62透膜压差最高,且上升最快,pH值9.60透膜压差最小,pH值4.45和5.57透膜压差介于两者之间,且pH值5.57的透膜压差略高于pH值4.45的。由此可以看出,进水pH值7.62时膜通量下降最大,即超滤膜堵塞得最厉害,其次是pH值5.57时,然后是pH值4.45时,pH值9.60对膜通量影响最小,即截污最少。虽然pH值7.62时膜通量下降最大,但并非截污能力最强,对有机物的去除效果并不是最佳,经过分析后,我们认为,此时产水率的迅速下降是由于SiO2受pH值影响析出堵塞膜孔造成的。2.2pH值对浓水中硅的去除效果的影响纯水在25e时,无定形硅的溶解度约为100mg/L(以SiO2计)。溶解度随温度呈直线变化,这些数据示于