高含鹽含小分子有機(jī)物廢水的處理工藝研究

高含鹽含小分子有機(jī)物廢水的處理工藝研究

反滲透膜分離技術(shù)以其高效分離性能，尤其是其良好的食鹽提取能力，廣泛應(yīng)用于海水淡化、苦水處理、淡水制備等領(lǐng)域。但是，反滲透膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求較高，如果預(yù)處理措施不到位，很容易造成膜污染。對(duì)于一些化工企業(yè)，所產(chǎn)生的廢水成分往往都很復(fù)雜，不僅含鹽量高，COD也較高。在反滲透膜產(chǎn)品手冊(cè)上雖然沒有對(duì)進(jìn)水COD做出明確規(guī)定，但實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常要求進(jìn)水COD本文以上海某化工企業(yè)的高有機(jī)物高鹽廢水為研究對(duì)象，理論分析了直接運(yùn)用反滲透技術(shù)進(jìn)行除鹽和除有機(jī)物的可行性。通過中試試驗(yàn)對(duì)理論分析進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)運(yùn)行期間發(fā)生的反滲透膜污堵問題，進(jìn)行了原因分析和化學(xué)清洗。1基本情況1.1袋式過濾器過濾上海某化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用的水源是反滲透裝置產(chǎn)出的純凈水，在生產(chǎn)工藝中除乙酸外，無其他成分添加；生產(chǎn)出水經(jīng)過袋式過濾器過濾后，儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中。袋式過濾器的過濾精度是1μm，濾袋內(nèi)添加了活性炭濾料以強(qiáng)化過濾效果。儲(chǔ)罐中的廢水水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告如表1所示。由表1可知，該企業(yè)廢水主要存在高TDS、高COD的問題，而COD高的主要原因是在生產(chǎn)工藝中添加了乙酸。此外，該廢水中乙酸鹽的含量也非常高。1.2小分子有機(jī)物廢水中的TDS以及氯等離子均可通過反滲透膜進(jìn)行脫除，這是反滲透技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)。但高含量的乙酸是否會(huì)對(duì)反滲透膜產(chǎn)生污染還需探討。乙酸相對(duì)分子量是60.05，屬于小分子有機(jī)物。研究表明，對(duì)于像有機(jī)酸這樣部分解離的有機(jī)分子或完全解離的有機(jī)分子，采用反滲透技術(shù)進(jìn)行分離時(shí)，其分離特性主要取決于離子和膜之間的靜電排斥力，而靜電排斥力與有機(jī)酸的解離常數(shù)和料液的pH有關(guān)，酸的解離程度不僅影響膜的截留作用，還會(huì)對(duì)膜污染產(chǎn)生一定的作用Ozaki等基于上述研究結(jié)果，可以認(rèn)為，運(yùn)用反滲透技術(shù)對(duì)小分子有機(jī)物乙酸和鹽分進(jìn)行分離具備可行性，但乙酸和NaCl的同時(shí)存在可能會(huì)導(dǎo)致反滲透膜通量的下降。1.3中試裝置的濾料預(yù)處理待處理廢水前端經(jīng)過了袋式過濾器（過濾精度為1μm，內(nèi)含活性炭濾料），原水濁度較低，因此，中試裝置預(yù)處理采用“袋式過濾器+保安過濾器”的簡(jiǎn)單處理工藝，袋式過濾器濾袋過濾精度為1μm，保安過濾器濾芯過濾精度為1μm。反滲透膜裝置設(shè)計(jì)進(jìn)水量為7m2在試驗(yàn)過程中，反滲透膜污染2.1第一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)為減少進(jìn)水流量，反滲透系統(tǒng)設(shè)置濃水回流，經(jīng)調(diào)試后的水量平衡如圖2所示。在上述平衡條件下，進(jìn)水電導(dǎo)為52000μS/cm，產(chǎn)水電導(dǎo)≤100μS/cm，產(chǎn)水中COD但是，經(jīng)過為期一周的中試試驗(yàn)，反滲透操作壓力由5.8MPa持續(xù)升高至6.8MPa，最終達(dá)到高壓報(bào)警值，系統(tǒng)被迫停機(jī)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如圖3所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，第一次試運(yùn)行期間，裝置產(chǎn)水量由1.0t/h下降至0.6t/h，特別是在運(yùn)行后期，壓力升高較快，產(chǎn)水量下降也較快。被迫停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)回收率由30%下降至20%，同時(shí)反滲透操作壓力增加了17%。上述現(xiàn)象表明，反滲透膜已經(jīng)發(fā)生了污堵。對(duì)預(yù)處理裝置進(jìn)行拆卸，發(fā)現(xiàn)袋式過濾器濾袋和保安過濾器濾芯已經(jīng)全部變黑。如圖4所示。根據(jù)上述現(xiàn)象，考慮反滲透污堵（圖5）原因可能有兩個(gè)：（1）前置袋式過濾器中的活性炭逃逸到反滲透系統(tǒng)中，導(dǎo)致反滲透膜發(fā)生活性炭污堵；（2）乙酸鹽在膜表面富集導(dǎo)致有機(jī)物污堵。2.2清洗配方及運(yùn)行工藝對(duì)于活性炭污堵，尹成志等對(duì)于有機(jī)物污染，反滲透膜廠家推薦的清洗方案通常是先堿液清洗后酸液清洗，堿液清洗時(shí)將pH值調(diào)至12.0左右，酸液清洗時(shí)將pH值調(diào)至2.0左右。此次清洗方案擬先按照反滲透膜廠家推薦的清洗方式進(jìn)行清洗，如若效果不佳，再采用文獻(xiàn)中推薦的方式進(jìn)行清洗，具體清洗方案如下。(1）清洗配方反滲透專用堿性清洗劑（LJ-261），配置清洗液pH值為10.0～11.0。反滲透專用酸性清洗劑（LJ-460），配置清洗液pH值為2.0～3.0。(2）清洗步驟堿洗：先用反滲透產(chǎn)水進(jìn)行大流量沖洗，再用配制好的堿性清洗液進(jìn)行低速循環(huán)，循環(huán)期間每隔5min測(cè)試一下pH，不斷加藥調(diào)整直至pH值穩(wěn)定在10.0～11.0。循環(huán)一段時(shí)間后，浸泡至少6h。再循環(huán)半小時(shí)后，將清洗液排掉。將清洗水箱灌入清潔水，對(duì)反滲透膜進(jìn)行大流量沖洗，沖洗至產(chǎn)水電導(dǎo)率降至100μS/cm左右，可進(jìn)入下一步酸洗。酸洗：用配置好的酸性清洗液進(jìn)行低速循環(huán)，循環(huán)期間每隔5min測(cè)試一下pH，不斷加藥調(diào)整直至pH值穩(wěn)定在2.0～3.0。循環(huán)一段時(shí)間后，浸泡至少2h。再循0.5h后，將清洗液排掉。將清洗水箱灌入清潔水，對(duì)反滲透膜進(jìn)行大流量沖洗，沖洗至產(chǎn)水電導(dǎo)率降至70μS/cm左右，可投入運(yùn)行。對(duì)反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗后，重新開機(jī)運(yùn)行，操作壓力降低至5.6MPa，產(chǎn)水量提高至1.0m2.3預(yù)處理前后的污堵原因分析對(duì)每一次的沖洗液成分進(jìn)行檢測(cè)，以便推測(cè)膜污堵原因。在第1次大流量沖洗的沖洗液中，檢測(cè)到COD在酸性沖洗液中除極少量的鈣、鎂、氯離子外，未檢測(cè)出其他成分；同時(shí)，在堿性沖洗液中也只有極少量氯離子，未檢測(cè)出其他成分。根據(jù)上述現(xiàn)象，依然無法判斷具體的污堵原因是活性炭污堵還是小分子有機(jī)物污堵，但如果是活性炭污堵，可通過提高預(yù)處理措施進(jìn)行改善。因此，系統(tǒng)新增了超濾裝置以提高預(yù)處理效果，截留前段工藝中逃逸的活性炭。同時(shí)，在每日停機(jī)后，用反滲透產(chǎn)水沖洗反滲透膜10min，以置換濃水。3系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析增設(shè)一套超濾裝置，采用2支型號(hào)為UOT-856的超濾膜，設(shè)計(jì)回收率為90%，按照正沖（30s）→運(yùn)行（30min）→反洗（30s）→氣水洗（30s）→排放（30s）的步續(xù)進(jìn)行操作。工藝改進(jìn)后，重新調(diào)試了系統(tǒng)水量平衡，如圖6所示。運(yùn)行一個(gè)月，在進(jìn)水電導(dǎo)為48000μS/cm的條件下，產(chǎn)水電導(dǎo)≤100μS/cm，具體運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖7所示。由圖7可知，操作壓力穩(wěn)定在5.2MPa，產(chǎn)水量穩(wěn)定在1.2m4采用熱沖