納濾工藝在反滲透濃水處理中的應用研究

納濾工藝在反滲透濃水處理中的應用研究

廢水廢水屬于典型的高鹽廢水。直接排放對受納水體的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響，并存在一定的環(huán)境風險。在水資源匱乏的今天，根據(jù)實際情況科學合理地選擇濃水處理方法，回收和再利用這部分反滲透濃水具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益反滲透濃水水量、水質(zhì)受到的影響因素有進水水質(zhì)、回收率、預處理中使用的阻垢劑、反滲透膜清洗時使用的清洗劑等。其中進水水質(zhì)對濃水的性質(zhì)起主要決定作用，而過程中添加的化學物質(zhì)的影響較小，因為添加的濃度相對較低（一般<10mg/L）。反滲透濃水中的物質(zhì)組成主要是有機污染物（用COD表示）或無機鹽組分（TDS），其中COD對人類和環(huán)境危害重大的污染物有內(nèi)分泌干擾物、藥物及病原菌；TDS主要成分為Cl因此，本研究對不同批次反滲透濃水水質(zhì)進行檢測分析，通過SDI指數(shù)分析得出應該考慮適當?shù)念A處理技術，并開展了納濾膜工藝做出預處理技術的實驗，為反滲透濃水深度處理提供了工程經(jīng)驗1材料和方法1.1納濾系統(tǒng)設計本試驗所用工藝路線如圖1所示，由于廢水硬度較高，因此采用了兩級軟化預處理工藝。反滲透濃水經(jīng)管道輸送至原水池，管道應采用耐腐蝕材料，避免原水的二次污染。采用藥劑軟化+離子交換軟化去除水中硬度及堿度，避免后續(xù)膜濃縮中出現(xiàn)結(jié)垢，保證膜系統(tǒng)長期高效運行。之后通過納濾系統(tǒng)將原水分離為2部分：COD高、二價離子富集在濃水中；淡水中則主要以一價離子為主。該工藝避免了COD對后續(xù)工藝的影響，同時實現(xiàn)了鹽的分離，減少了固體廢物的產(chǎn)生量，實現(xiàn)了資源的回收利用。1.2再生水水質(zhì)相對穩(wěn)定運行試驗用水取自天津濱海區(qū)域某再生水廠反滲透車間，該再生水廠已經(jīng)穩(wěn)定運行超過1a，承接上游污水處理廠達標排放出水，鹽度和水質(zhì)相對穩(wěn)定，具備代表性。1.3納濾、ro1系統(tǒng)軟化工藝采用了軟化沉淀及離子交換工藝。軟化沉淀工藝利用石灰乳和純堿的混合液作為水的軟化劑，離子交換采用了鈉離子交換樹脂及弱酸離子交換樹脂，對濃水進行深度軟化。納濾采用連續(xù)進水的方式，納濾裝置采用3只GEDK8040納濾膜，配套進水泵、循環(huán)泵等，采用程序控制。連續(xù)監(jiān)測反滲透濃水常規(guī)指標、離子類污染物、有機物和SDI指數(shù)，納濾透析液中硫酸根、鈣、鎂、有機物含量以及SDI值，保證納濾系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。1.4cod、ph和phsj-3f、h根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》，SS采用重量法測定；COD采用DR2800型COD快速測定儀（美國HACH）測定；pH采用PHSJ-3F型pH計測定；TDS采用HQ40D快速測定儀（美國HACH)2結(jié)果與討論2.1水樣含鹽量、硬度和堿度對6批水樣的常規(guī)指標檢測結(jié)果如表1所示。常規(guī)指標檢測結(jié)果表明，水樣含鹽量、硬度和堿度都較高，但懸浮性顆粒物較少。COD最高達174.7mg/L，硬度最高達3086.2mg/L，含鹽量最高達14359mg/L。存在膜有機污堵和結(jié)垢風險2.2水質(zhì)主要陰離子構(gòu)成在對水樣進行主要陰陽離子含量檢測前，先做了陰離子和陽離子全離子色譜掃描，已明確水樣中典型離子構(gòu)成特征。6批次水樣的全離子掃描結(jié)果一致表明，水樣中主要陰離子構(gòu)成為Cl監(jiān)測結(jié)果表明，陰離子構(gòu)成中氯離子含量最高，但波動較大，濃度波動范圍為1200～6200mg/L。硫酸根離子的存在意味著濃水側(cè)不但可能存在碳酸鹽結(jié)垢（高堿度）問題，同時也可能存在硫酸鹽結(jié)垢問題；陽離子監(jiān)測結(jié)果表明，水樣硬度構(gòu)成離子包括鈣離子和鎂離子，兩者濃度相差不大。其中鈣離子濃度在170～300mg/L之間，鎂離子濃度在160～540mg/L之間。這意味著濃水側(cè)的無機結(jié)垢可能主要由鈣垢和鎂垢組成2.3小分子有機物檢測利用凝膠色譜對水樣中有機物分子量分布特征做了進一步分析，6批水樣的分子量分布圖譜如圖2所示。測定結(jié)果表明，前3批水樣中有機物分子量分布區(qū)間大體相同，都在100000～1000Da之間，其中絕大部分在10000～1000Da之間，屬于中小分子量有機物；后3批水樣中有機物分子量分布區(qū)間都在10000～100Da之間，其中絕大部分在1000～100Da之間，均為小分子量有機物。綜合6批水樣是有機物分子量規(guī)律看，水中有機物分子尺度始終以中小分子量為主，這意味著在選擇以去除有機物為目的的預處理工藝時，應著重考慮針對中小分子去除率好的技術2.4粒度分布譜圖利用納米激光粒度儀對6批水樣中懸浮顆粒物的粒度分布進行了檢測，圖3為6批水樣的懸浮顆粒物粒度分布譜圖。從水樣的粒徑分布圖譜可以看出，水樣中懸浮性顆粒物的粒徑主要集中在400～800nm之間，這樣的粒度意味著普通的多介質(zhì)過濾或保安過濾都不能將之截留。但由于懸浮顆粒物的含量較少，濃度僅在0.4～0.8mg/L之間，所以可能對反滲透膜污染的貢獻不會很大。2.5sdi水凈材料對水樣的SDI值進行了測定，測定結(jié)果圖4所示。SDI數(shù)值在10.52～19.51之間，測定過程中膜過濾均發(fā)生了嚴重污堵現(xiàn)象。水樣的SDI值波動較大，但均遠大于傳統(tǒng)反滲透所允許的入口值（SDI最大不超過5），特別是第2批水樣SDI高達19，這樣的進水即使采用抗污染能力強的碟管式反滲透（DTRO）也可能會產(chǎn)生膜污堵問題。根據(jù)2.4節(jié)綜合分析，水樣中懸浮顆粒物含量極少，因此，造成SDI高的主要成分可能是溶解性膠體物質(zhì)及溶解性固體物質(zhì)。對SDI值最高的第2批水樣膜片進行XPS分析，結(jié)果如圖5所示。顯然，造成SDI高的主要成分是膠體類物質(zhì)和無機結(jié)垢組分，膠體類物質(zhì)主要為硅、鋁和鐵類膠體，無機結(jié)垢組分主要為鈣垢和鎂垢。2.6反滲透濃水硬度降低兩級軟化后出水硬度如圖6所示，在試驗過程中出水硬度在5～45mg/L，呈現(xiàn)了一定的波動性。這是由于在4月份的試驗啟動調(diào)試過程中，反滲透濃水硬度波動較大，藥劑的投加量無法準確判定。5月份完成設備調(diào)試后，對藥劑投加量完成優(yōu)化，軟化出水硬度基本低于25mg/L,11月份，通過藥劑投加量調(diào)整，軟化出水硬度基本低于10mg/L。結(jié)果表明，本試驗采用的軟化工藝可以有效降低出水的硬度，軟化后的水質(zhì)可以滿足納濾對硬度的進水要求。2.7原水預處理納濾進水中SO納濾進出水SO綜上所述，由于在原水中含有較多的鈣、鎂離子，因此試驗中采用了兩級預處理，對原水進行了充分的軟化，軟化后廢水中的陽離子主要為Na3高硬度、高sdi、高sdi的測定(1）經(jīng)過對不同時期水樣的分析