超濾膜應(yīng)用在工業(yè)循環(huán)冷卻排污水回用中的研究

1、超濾膜應(yīng)用在工業(yè)循環(huán)冷卻排污水回用中的研究北京藍(lán)星水處理技術(shù)有限公司 張英 李航宇深圳市福田區(qū)環(huán)境技術(shù)研究所 施陽湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系 王繼徽 摘要：在循環(huán)冷卻排污水的現(xiàn)場中試試驗(yàn)中，采用超濾膜(UF)作為整個(gè)回用系統(tǒng)的預(yù)處理方法，取得超濾膜在運(yùn)行過程中相關(guān)運(yùn)行參數(shù)及變化規(guī)律。 關(guān)鍵詞：超濾膜 預(yù)處理 水回用 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類對于水的需求量越來越大，但由于水污染和人口的不斷增加，水質(zhì)惡化和水資源缺乏問題日益嚴(yán)重。為解決這一矛盾，世界上興起了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的浪潮。據(jù)有關(guān)資料表明，發(fā)達(dá)國家企業(yè)的工業(yè)用水回用率一般在90%左右。我國是世界上最缺水的13個(gè)國家之一，水資源缺乏現(xiàn)象更為嚴(yán)重，而我國

2、的工業(yè)用水回用率僅為5%左右。我國政府已經(jīng)意識(shí)到水資源再利用的重要性，規(guī)劃出2010年水資源再利用率達(dá)40%以上的目標(biāo)。 為配合國家工業(yè)用水回用目標(biāo)，根據(jù)北京東方化工廠的實(shí)際情況，擬采用超濾膜(UF)技術(shù)對循環(huán)冷卻排污水進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到進(jìn)入反滲透膜或進(jìn)一步進(jìn)行其他深度處理的進(jìn)水要求。膜處理技術(shù)自十九世紀(jì)五十年代問世以來，在研究、制造和應(yīng)用方面獲得了極大的發(fā)展，在各行各業(yè)正得到了日益廣泛的運(yùn)用。其中，超濾膜因具有所用設(shè)備簡單，占地面積小，能耗低，操作壓力低，對泵、管閥件等材料的要求低等特點(diǎn)開始廣泛應(yīng)用于電子、飲料、食品化工、醫(yī)藥、環(huán)保廢水處理及回收利用等各個(gè)領(lǐng)域1。 為了確定運(yùn)行過程中的預(yù)處理

3、方法、相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，以及在進(jìn)行預(yù)處理后進(jìn)入反滲透膜的安全性，我們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并通過了對實(shí)際循環(huán)冷卻排污水的連續(xù)化操作的中試試驗(yàn)。本文主要討論超濾系統(tǒng)現(xiàn)場中試過程中超濾膜產(chǎn)水的水質(zhì)水量衰減狀況以及反沖周期。 1.原理及試驗(yàn)方法 1.1 超濾膜及其參數(shù) 超濾膜為LXST-10型，膜的材質(zhì)為聚砜，膜面積為82平方英寸，顯微管內(nèi)徑為35 mil，分子膜割量為100,000；膜殼口徑為5寸；循環(huán)水量為14.314.9 T/H；產(chǎn)水水量為0.70.9 T/H；膜前壓力為0.1720.207 Mpa；膜后壓力為0.034 Mpa；反沖壓力為<0.069Mpa；反沖水量為1.82.3 T/H。

4、 該膜優(yōu)點(diǎn)是適合于處理大水量，成本低，缺點(diǎn)是不適合于含油污水，含油量需小于1ppm，否則會(huì)嚴(yán)重影響膜的產(chǎn)水量，需要增加清洗頻率和力度。 1.2 分離機(jī)理 超濾膜的分離機(jī)理一般認(rèn)為是篩分作用，其分離是分子級(jí)的，其分子割量為100,000，可截流溶液中溶解的120nm大分子溶質(zhì)，透過大量溶劑和少量小分子溶質(zhì)，其推動(dòng)力為壓力差1001000Kpa。 1.3 主要試驗(yàn)儀器 成套水處理設(shè)備（配有在線電導(dǎo)率儀、流量計(jì)及壓力表）；772光柵可見光分光光度儀；便攜式SDI儀，MILIPORE公司生產(chǎn)。 1.4 試驗(yàn)流程 現(xiàn)場中試試驗(yàn)流程見圖1。 1.5 試驗(yàn)過程 在實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)過程中，主要通過調(diào)節(jié)超濾裝置的進(jìn)

5、水和循環(huán)水的水量及壓力測得超濾膜用于冷卻循環(huán)排污水運(yùn)行過程中的有關(guān)參數(shù)：進(jìn)水、循環(huán)、反沖洗的水量和壓力的衰變曲線，反沖洗、化學(xué)清洗的所需周期與時(shí)間。主要測定指標(biāo)：原水、超濾膜進(jìn)水及產(chǎn)水水樣的濁度、SDI值，原水水量，超濾系統(tǒng)的進(jìn)水、循環(huán)水和反沖洗水的水量及壓力。 2.原水水量、水質(zhì)及相關(guān)參數(shù)變化 現(xiàn)場中試試驗(yàn)在北京東方化工廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行，該化工廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為一循和二循兩部分，試驗(yàn)在二循進(jìn)行。 2.1 試驗(yàn)水質(zhì)水量： 二循水量見表1。 注：(1)夏天的補(bǔ)水水量比冬天的補(bǔ)水水量至少要大一倍。(2)白天排污數(shù)量很小，排污水基本上用作旁濾器的反沖。二循水質(zhì)指標(biāo)： 供水溫度：20-32，供水

6、壓力：0.4-0.6Mpa，濁度：<15ppm，余氯：0.5-0.8ppm，電導(dǎo)率：<3000s/cm，pH值：8.3-8.8，總鐵：<1ppm，總磷：7-9ppm，總堿：200-400ppm，Ca2+：<450ppm，Cl-：<100ppm，濃縮倍數(shù)：3.0-4.0，異養(yǎng)菌：<5×105個(gè)/ml； 2.2 日常運(yùn)行中藥劑的添加 在日常運(yùn)行過程中，循環(huán)冷卻水主要添加阻垢劑（在堿性條件下效果較好）、液氯（每日加液氯50公斤，用于殺菌滅藻）、硫酸（用于調(diào)節(jié)溶液中的pH值）；在整個(gè)系統(tǒng)開機(jī)時(shí)添加緩蝕劑。 另外在日常運(yùn)行中，按規(guī)定應(yīng)當(dāng)每半月加一次非氧化性殺

7、菌滅藻劑，以避免水中菌藻對液氯的適應(yīng)性。每次在添加非氧化性殺菌滅藻劑后1天內(nèi)，因?yàn)樗巹τ诠鼙诘忍幬勰嗟膭冸x作用，會(huì)出現(xiàn)原水濁度異常升高的情況，有時(shí)高達(dá)四五十，甚至八十以上。但在試驗(yàn)期間，非氧化性殺菌滅藻劑的添加規(guī)律性不太強(qiáng)。 3.試驗(yàn)結(jié)果與討論 在實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)過程中，主要通過調(diào)節(jié)超濾裝置的進(jìn)水和循環(huán)水的水量及壓力、反沖時(shí)間，測得超濾膜用于冷卻循環(huán)水運(yùn)行過程中的有關(guān)參數(shù)：進(jìn)水、循環(huán)、反沖洗的水量、水質(zhì)和壓力的衰變曲線，反沖洗的所需周期與時(shí)間2,3。 3.1超濾運(yùn)行中產(chǎn)水水質(zhì)水量的衰減 在運(yùn)行試驗(yàn)過程中，對于超濾膜是否能夠作為反滲透的預(yù)處理過程，主要從產(chǎn)水的水量和水質(zhì)兩方面來進(jìn)行討論。 3.1.

8、1產(chǎn)水水量 對于超濾膜是否能夠作為反滲透的預(yù)處理過程，從產(chǎn)水的水量方面應(yīng)當(dāng)有比較穩(wěn)定的水量，以便于整個(gè)設(shè)備的宏觀設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作過程的控制。 注：1）在運(yùn)行至8793小時(shí)和143.5153.5小時(shí)之間時(shí)循環(huán)水排污水的水質(zhì)極差。2）圖中反沖后水量指每次系統(tǒng)反沖之后超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水量，反沖前水量指每一反沖周期即將結(jié)束時(shí)超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水量。3）在84、105小時(shí)超濾膜上開始出現(xiàn)藻類附著物，其后進(jìn)行了膜的化學(xué)清洗。其中84小時(shí)后采用強(qiáng)堿，將溶液調(diào)至pH值為1112，進(jìn)行浸泡并進(jìn)行大水量沖洗，基本將膜上生成的藻類殺滅。通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，由于超濾膜的壓實(shí)效應(yīng)，在超濾膜最開始運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)水水量迅速下降，

9、經(jīng)過一段迅速衰減期（由試驗(yàn)過程看大約為30小時(shí)左右）和相應(yīng)的預(yù)處理之后，超濾膜的產(chǎn)水水量已經(jīng)基本能夠穩(wěn)定于0.9T/H左右，符合膜生產(chǎn)廠家所提供的產(chǎn)水水量的指標(biāo)。從產(chǎn)水水量方面看，超濾系統(tǒng)作為預(yù)處理系統(tǒng)符合整套軟化水生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作過程的需要。 3.1.2產(chǎn)水水質(zhì) 在整個(gè)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)期間，主要監(jiān)測了原水、膜前和產(chǎn)水的濁度（采用國家標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測2）和SDI兩項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，在此根據(jù)其在試驗(yàn)中的變化規(guī)律對超濾膜系統(tǒng)的水處理能力及其變化進(jìn)行討論。 3.1.2.1濁度 注：7893和124160.5小時(shí)間因系統(tǒng)中加入非氧化性殺菌滅藻劑，原水濁度升高。從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在整個(gè)運(yùn)行試驗(yàn)過程中，除非原水的

10、濁度異常升高，產(chǎn)水的濁度基本能保持在4NTU以下，符合反滲透系統(tǒng)進(jìn)水的濁度指標(biāo)。針對原水濁度異常現(xiàn)象，可事先與循環(huán)冷卻水的管理人員取得聯(lián)系，一旦加藥造成原水濁度升高即采取增大絮凝劑用量等方法予以解決。 3. 1.2.2 SDI 注：膜后的SDI值為15分鐘SDI值。由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，產(chǎn)水的SDI值基本能保持在4以下，符合反滲透系統(tǒng)進(jìn)水的SDI值指標(biāo)。 3.2反沖周期試驗(yàn) 進(jìn)行反沖周期的試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)了原水水質(zhì)、超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水量及其它操作條件基本相近，僅反沖周期時(shí)間不同的兩天進(jìn)行試驗(yàn)效果的比較。在實(shí)驗(yàn)中共設(shè)置了兩個(gè)反沖周期：一是每運(yùn)行20分鐘反沖一次，每次反沖1分鐘；二是每運(yùn)

11、行20分鐘反沖一次，每次反沖2分鐘。 在實(shí)驗(yàn)過程中，原水濁度基本保持在7左右，超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水濁度在反沖周期試驗(yàn)一中保持小于2NTU，在反沖周期試驗(yàn)二中保持小于1NTU，均符合反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水條件，故用二者的產(chǎn)水水量比較二者的相對優(yōu)劣。試驗(yàn)結(jié)果如下圖： 注：數(shù)字1代表反沖時(shí)間為1分鐘，數(shù)字2代表反沖時(shí)間為2分鐘，反沖前產(chǎn)水水量代表反沖周期開始時(shí)超濾膜的產(chǎn)水流量反沖后產(chǎn)水水量代表反沖周期即將結(jié)束時(shí)超濾膜的產(chǎn)水流量由上圖可以得出以下結(jié)論： 1）在反沖時(shí)間為一分鐘時(shí)，在反沖之后的產(chǎn)水水量基本能夠恢復(fù)0.9T/H左右，反沖之前的產(chǎn)水水量不太穩(wěn)定但基本保持在0.70.9T/H的產(chǎn)水水量。在運(yùn)行試驗(yàn)的初期，

12、產(chǎn)水水量經(jīng)過一段迅速減小，這可能是因?yàn)槌瑸V膜的壓實(shí)效應(yīng)，運(yùn)行一段時(shí)間后，超濾膜即處于恒定狀態(tài)。 2）在反沖時(shí)間為兩分鐘時(shí)，在反沖前后的產(chǎn)水水量基本穩(wěn)定都能維持在較高的水平，反沖之前產(chǎn)水水量約為0.99，反沖之后產(chǎn)水水量約為1.04T/H左右。 3）通過以上數(shù)據(jù)還可以看出，反沖時(shí)間為一分鐘或兩分鐘均能保證超濾膜的產(chǎn)水水量，但反沖時(shí)間為兩分鐘，超濾系統(tǒng)產(chǎn)水水量比反沖一分鐘產(chǎn)水水量要大0.1 T/H左右。 4. 結(jié)論與建議 通過以上超濾運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的總結(jié)可以看出，在近180小時(shí)的運(yùn)行過程中，經(jīng)歷了循環(huán)排污水水質(zhì)較大幅度的變化。從現(xiàn)場中試裝置的運(yùn)行可以得出以下結(jié)論： 1）超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水量在經(jīng)過30小

13、時(shí)左右迅速衰減期后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。出水水量基本上與超濾膜的標(biāo)定水量相符。 2）在原水水質(zhì)劇烈變化的情況下，產(chǎn)水水質(zhì)能夠控制在比較穩(wěn)定的區(qū)域，其中：濁度均小于4NTU，SDI值均小于3，符合反滲透膜的進(jìn)水條件。 3）在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)綜合考慮設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行操作過程中的各項(xiàng)相關(guān)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行計(jì)算后選擇合理的反沖周期。 4）在超濾系統(tǒng)的化學(xué)清洗中，殺菌滅藻使用常規(guī)的異噻唑琳酮效果不佳，建議使用強(qiáng)堿，調(diào)節(jié)pH值于12左右。 由本試驗(yàn)可以看出，用超濾系統(tǒng)作為循環(huán)冷卻排污水的預(yù)處理系統(tǒng)，其產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)已符合反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，產(chǎn)水水量符合標(biāo)定水量，建議超濾產(chǎn)水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，進(jìn)行反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行安全性試驗(yàn)，并尋找反滲透系統(tǒng)的化學(xué)清洗周期。 參考文獻(xiàn)： 1.朱淑飛等. 膜技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展J. 水處理技術(shù)，2001.27(1)：1-4。 2.吳志超等. 微污染源水凈化處理工藝研究J. 中國給水