超濾膜工藝運行參數(shù)及膜污染因子和清洗方法的研究

超濾膜工藝運行參數(shù)及膜污染因子和清洗方法的研究

1膜分離技術(shù)在焦化廢水深度處理中的應用隨著中國人口和經(jīng)濟的增長，水資源的需求不斷增加。為了緩解我國水資源短缺的局面,必須設(shè)法提高水資源的利用率,鼓勵廢水的資源化深度處理。而冶金企業(yè)就是最為典型的用水大戶及污水排放大戶。由于膜分離技術(shù)具有分離精度高、占地省、自動化程度高、出水水質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點,近年來開始在冶金廢水深度處理中得到廣泛的應用并顯示出廣闊的發(fā)展前景。其中超濾膜結(jié)合反滲透膜的雙膜法處理技術(shù),其出水可以達到鍋爐用水的標準要求,更是得到了廣泛的重視。本研究是在結(jié)合國內(nèi)外冶金廢水深度處理技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,以五礦營口中板廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水,經(jīng)過預處理達到相應標準后作為原水水源,以超濾膜組件為核心,建立超濾處理單元的試驗裝置,通過試驗,探尋超濾膜運行的最佳參數(shù),分析超濾膜的污染因素以及其處理出水作為進水進入反滲透膜單元,為工藝流程和工藝參數(shù)進一步改進優(yōu)化提供依據(jù)。2運行參數(shù)的設(shè)置及運行過程本試驗裝置安置在五礦營口中板廠污水處理與回用示范工程現(xiàn)場實地進行。系統(tǒng)的構(gòu)造主要是以示范工程為依托設(shè)計的,并且根據(jù)其運行參數(shù)、系統(tǒng)運行外部條件及實驗室的空間等具體情況為系統(tǒng)設(shè)置了一些運行參數(shù),其目的是為了進一步完善該工程的深度處理部分的設(shè)計,為工程的最終實施和運行提供參考數(shù)據(jù)。2.1試驗水質(zhì)試驗直接采用已經(jīng)建設(shè)完畢的五礦營口中板廠污水處理工程前處理系統(tǒng)的出水作為試驗用水水源,水質(zhì)情況見表1。2.2試驗藥物和設(shè)備2.2.1試驗劑試驗中所用的主要藥劑及規(guī)格見表2。2.2.2儀器、檢測方法試驗中所用的主要儀器有CODCr測定儀,pHS-34型精密pH計,氯離子測定儀,SZD-2型智能化學散射濁度儀,DDS-1型電導率儀,SDI測定儀,TG328電光分析天平,溫度計(0~100℃)。2.3試驗安裝和工藝2.3.1超濾裝置工作原理超濾試驗采用整體超濾試驗裝置,超濾膜采用美國KOCH公司生產(chǎn)V1072-35-PMC的膜組件,該膜為聚醚砜中空纖維膜。預過濾器采用首先通過袋式過濾器(過濾精度為50~100μm)去除水中較大顆粒的懸浮物,之后進入超濾裝置進行過濾,超濾產(chǎn)水流入超濾集水池。同時超濾集水池中的少部分水要用于超濾裝置本身的反沖洗。采用自動、手動控制方式,過濾方式為全過濾。超濾采用1束膜組件,處理水量為4.9m3/h。聚醚砜超濾膜組件技術(shù)指標見表3。聚醚砜超濾膜組件性能指標:最大進口壓力0.4MPa;最高使用溫度50℃;pH范圍2~13;產(chǎn)水濁度<1NTU;SDI<5。超濾工藝運行參數(shù)見表4。2.3.2工藝超濾試驗工藝流程見圖1。3試驗結(jié)果的分析3.1超濾影響因素分析3.1.1操作壓力對產(chǎn)水量的影響保持其他試驗條件相同,選擇不同操作壓力,進行超濾試驗,從而討論操作壓力對產(chǎn)水量的影響。試驗過濾周期為30min,其中反沖洗時間為1min。隨著操作壓力的增大,產(chǎn)水量也相應的提高。在壓力控制區(qū),滲透速率與壓力成正比,提高操作壓力可以增加產(chǎn)水量。3.1.2反沖洗時間的影響過濾周期的長短與超濾設(shè)備的失水率有直接關(guān)系,試驗選擇了30和45min2種過濾周期。從試驗結(jié)果可以看出不同過濾周期出水水質(zhì)基本上沒有變化。反沖洗時間設(shè)定相同,不同過濾周期與凈產(chǎn)水量、失水率的關(guān)系見表5。由表5可以看出,在反沖洗時間相同的條件下,過濾周期延長,凈產(chǎn)水量增加,失水率減少,但是過長的過濾周期會使超濾膜的滲透速率降低,從而導致化學清洗周期明顯縮短,從整體考慮并不經(jīng)濟。因此過濾周期設(shè)定為30min。3.1.3膜法水處理技術(shù)在層流體系中的應用(1)料液流速。提高料液流速對防止?jié)獠顦O化、提高設(shè)備處理能力有利。但增大壓力使工藝過程能耗增加,結(jié)果導致費用增大。一般湍流體系中流速為1~3m/s,在層流體系中通常流速小于1m/s。(2)操作溫度。操作溫度主要決定于所處理料液的化學、物理性質(zhì)和生物穩(wěn)定性,應在膜設(shè)備和處理物質(zhì)允許的最高溫度下進行操作,因為高溫可以減少料液的黏度,從而增加傳質(zhì)效率,提高透過通量。(3)進料濃度。隨著超濾過程的進行,料液的濃度在增高,此時黏度變小,邊界層厚度擴大,這對超濾來說無論從技術(shù)上還是經(jīng)濟上都是不利的,因此超濾過程主體液流的濃度應小于最高允許濃度。3.2反滲透水處理系統(tǒng)有機物含量超濾工藝對濁度有良好的去除效果,當進水濁度在14.1~17.1NTU之間變化時,出水濁度均在1.0NTU以下,對濁度的去除率高于94%,說明超濾膜可以很好的降低出水濁度。SDI表征了水中顆粒、膠體和其他能阻塞各種水純化設(shè)備的物質(zhì)的含量,是水質(zhì)指標的重要參數(shù)之一。為保證反滲透膜性能的穩(wěn)定性,SDI的平均值應低于3。反滲透進水中如含有過量的游離氯會引起嚴重的膜破損,因此,在反滲透工藝前需對進水中的余氯加以去除。進水余氯平均為933mg/L,最高為1100mg/L;出水余氯平均0.41mg/L,最高濃度為0.51mg/L,余氯去除率在99%以上,滿足反滲透進水要求。排污水中的有機物種類多,成分復雜。有機物含量過高,會造成反滲透膜的有機物污染,因此對有機物的含量必須加以控制。進水CODCr平均為58.5mg/L,最高為62mg/L;出水CODCr平均為29.33mg/L,最高為33mg/L,CODCr去除率49.86%左右。可見,超濾對廢水中CODCr有一定去除能力。3.3超濾膜污染及清潔方法3.3.1超濾過程基礎(chǔ)不同類的膜分離過程有它自身的膜污染問題,膜污染是造成膜組件運行失常的主要因素。膜污染過程可分為2個階段:第一階段是溶質(zhì)被吸附在膜上,這個過程在蛋白質(zhì)分子或其他溶質(zhì)分子同膜接觸10min內(nèi)便完成,可使膜通量降低30%;第二階段是膜通量相對緩慢的降低,且這種降低趨勢不依附于料液中大分子溶質(zhì)的濃度以及操作的水力條件。這種現(xiàn)象的形成主要是由于膜孔堵塞且表面緩慢形成凝膠層,其過程是不可逆的。通常通過膜過濾性能的衰減情況來表示膜污染的程度,表征膜過濾性能的參數(shù)主要有膜滲透通量、膜過濾阻力、膜兩側(cè)壓差、產(chǎn)水水質(zhì)等。對于本試驗而言,超濾過程采用恒壓過濾,即膜兩側(cè)壓差為定值。因此可通過膜滲透通量的變化來分析膜污染狀況。3.3.2超濾過程的滲透通量和運行效果為了研究周期反沖洗對超濾膜滲透通量的影響,進行了連續(xù)運行試驗。試驗期間保持壓力(0.44Mpa)恒定,過濾周期為30min,每個周期結(jié)束時進行水力沖洗,反沖洗時間要合理設(shè)定:濾后沖洗15s,加氯反洗10s,脫氯反洗10s,濾前沖洗20s,總時間55s。由試驗結(jié)果可以看出,隨著超濾過程的進行滲透通量逐漸減低,每個運行周期后經(jīng)過55s的水力反沖洗后,膜表面的沉積物大部分被帶走,膜通量上升。超濾對濁度物質(zhì)的分離主要是篩分作用,膠體顆粒導致膜通量下降的主要原因是在膜的表面形成一層薄的致密的濾餅層,其阻力導致膜滲透通量下降。每一周期的水力沖洗能消除一定的濾餅層,膜滲透通量有較大幅度回升,但不能完全去除濾餅層,并且不斷密實,阻力不斷增大,而且水力清洗很難除去,此時便需要定期進行化學清洗。3.3.3化學清洗效果考察膜的定期清洗是防止膜污染的主要措施之一?；瘜W清洗從本質(zhì)上講是沉積物與清洗劑之間的一個多相反應。本課題通過滲透通量的恢復率考察清洗效果。結(jié)果見表6。3.4超濾用作預處理方法的可行性分析3.4.1反滲透膜進水水質(zhì)要求反滲透膜作為對超濾工藝出水進行進一步深度處理的重要手段,為防止膜表面結(jié)垢,免受機械、化學損傷,延長使用壽命,對進水有著嚴格的要求,各種不同反滲透膜進水水質(zhì)要求見表7。3.4.2sn-uf和mf-0660是用于處理纖維超濾膜的廢水水質(zhì)超濾工藝不同周期、不同壓力下的出水水質(zhì)見表8?？梢?超濾工藝出水水質(zhì)符合各類反滲透膜的進水水質(zhì)要求。4超濾技術(shù)的應用本試驗考察了超濾過程的影響因素、對污染物質(zhì)的去除情況、超濾膜的污染及清洗方法,并對超濾作為反滲透預處理工藝的可行性進行研究;以超濾出水作為反滲透給水進行試驗,對反滲透系統(tǒng)運行的影響因素pH、結(jié)垢離子、回收率等影響因素進行分析研究,確定了最佳回收率,優(yōu)選了阻垢劑。通過試驗研究和理論分析,得出如下結(jié)論。(1)不同的過濾周期,超濾膜的產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定,產(chǎn)水水量符合標定水量,滲透通量衰減緩慢。(2)超濾