李團(tuán)結(jié)
摘 要:該文基于筆者多年從事污水再生處理的相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn),以超濾在鋼廠污水再生中的應(yīng)用為研究對(duì)象,分析探討了超濾用于鋼廠污水再生的相關(guān)問題與方法,全文是筆者長(zhǎng)期工作基礎(chǔ)上的理論升華,相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。
關(guān)鍵詞:超濾 鋼廠 污水回用 膜污染
中圖分類號(hào):X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)05(c)-0019-01
工業(yè)污水再生利用是緩解我國(guó)用水資源緊張和水環(huán)境污染的有效途徑。鋼鐵廠污水具有水量大,便于回用的特點(diǎn),而應(yīng)用超濾/反滲透深度處理污水處理站出水,可以作為鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的給水、循環(huán)水的補(bǔ)充水,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為考察超濾/反滲透集成膜工藝在鋼鐵廠污水回用中的穩(wěn)定與工程效果,同時(shí)研究運(yùn)行過程中超濾膜的污染情況,并確定最佳的清洗藥劑和藥劑濃度,于2014年5~8月,在某鋼鐵公司進(jìn)行了超濾/反滲透污水深度處理并回用的中試研究。
1 試驗(yàn)裝置與方法
1.1 試驗(yàn)裝置
中試在某鋼鐵廠的污水處理站進(jìn)行。原水為污水處理站出水,超濾出水用作反滲透的原水和超濾膜的反沖洗水。采用氣、水反沖洗控制超濾膜污染。超濾膜采用抽吸式聚偏氟乙烯中空纖維膜,孔徑為0·04 μm,有效膜面積為112 m2,過濾方式為錯(cuò)流過濾,設(shè)計(jì)處理能力為2 m3/h,回收率為90%。
一個(gè)膜組件包括固定在垂直機(jī)構(gòu)上的中空纖維膜、設(shè)在機(jī)構(gòu)底部和頂部的透過液集水管。每個(gè)集水管包含有一層穿過膜絲的密封樹脂,使得膜的內(nèi)腔與管道相連以收集透過液。中空纖維膜要比頂部和底部的集水管之間的距離略長(zhǎng)。2個(gè)硬直角管將2個(gè)集水管相連,同時(shí)將它們的位置固定。其中一個(gè)直角管將來自底部水管中的透過液運(yùn)送至頂部水管;另一個(gè)將來自曝氣器的空氣全部運(yùn)送至底部水管。同時(shí),平緩的曝氣搖動(dòng)中空纖維膜并且在水槽中產(chǎn)生一種氣升式循環(huán)模式。周期式反脈沖可以減小膜面的濃差極化,有效地降低了膜的污染。
1.2 試驗(yàn)原水水質(zhì)
中試原水采用某鋼污水處理站的二級(jí)出水,原水水質(zhì)為:pH7.83,堿度(以CaCO3計(jì))3.2 mg/L,氯根42.8 mg/L,硬度(以CaCO3計(jì))11.4 mg/L,COD50.4 mg/L,濁度0.3~28.9NTU。
1.3 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)每天連續(xù)運(yùn)行,每隔一定時(shí)間記錄一次數(shù)據(jù),包括超濾進(jìn)水、產(chǎn)水、濃水流量和溫度,每隔一定時(shí)間分別從原水進(jìn)水口、超濾膜系統(tǒng)產(chǎn)水和濃水出口取出水樣,進(jìn)行水質(zhì)分析測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 濁度的去除
懸浮顆粒和膠體是堵塞RO膜的主要因素。試驗(yàn)期間,原水的濁度為0.3~28.9 NTU,而超濾出水濁度為0~0.57 NTU,平均濁度為0.08 NTU,其去除率幾乎為100%。這是由于超濾膜的孔徑較小,可以在不投加任何藥劑的情況下,截留水中幾乎全部的膠體和懸浮顆粒物。超濾的采用有效克服了傳統(tǒng)預(yù)處理中化學(xué)藥品用量大、無法徹底去除水中生物絮體和膠體物質(zhì)的弊端,為反滲透提供了良好的預(yù)處理。
2.2 SDI的變化
SDI值(淤泥密度指數(shù))是表征RO系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)的重要指標(biāo)。試驗(yàn)中,對(duì)超濾出水的SDI值進(jìn)行了檢測(cè),頻率為每3 d一次。在超濾系統(tǒng)運(yùn)行期間,SDI比較穩(wěn)定,基本在1~2之間浮動(dòng),符合反滲透進(jìn)水SDI值小于3的要求。其他出水水質(zhì)指標(biāo)為:COD為28~32 mg/L,去除率在40%~44%。超濾對(duì)進(jìn)水的電導(dǎo)及TDS沒有明顯的去除效果,主要是由于超濾受到過濾孔徑的限制,無法去除水中溶解性離子。綜上所述,超濾可有效去除原水中的濁度,對(duì)有機(jī)物也有較好的去除效果。
3 膜污染與清洗
試驗(yàn)期間,超濾產(chǎn)水量始終保持在2 m3/h。試驗(yàn)期間,對(duì)設(shè)備每周進(jìn)行維護(hù)性清洗,同時(shí)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行反沖洗和氣擦洗。在系統(tǒng)運(yùn)行初期,透膜壓力始終保持在比較低的范圍內(nèi),變化比較平緩。在試驗(yàn)的30~34 d進(jìn)行了水力峰值試驗(yàn),將產(chǎn)水量提升至2.5 m3/h,壓差由10 kPa提升至16 kPa,之后恢復(fù)2.0 m3/h的產(chǎn)水量。系統(tǒng)運(yùn)行至58 d,使用鹽酸進(jìn)行了在線化學(xué)清洗。壓差由25 kPa降至15 kPa,膜清洗如圖1所示。
3.1 在線清洗
當(dāng)透膜壓差出現(xiàn)較明顯的增長(zhǎng)時(shí)(△TMP>5 kPa),則設(shè)備需要進(jìn)行在線清洗。超濾的維護(hù)性清洗主要采用0.02%次氯酸鈉溶液。清洗時(shí)間30 min左右。清洗周期在實(shí)驗(yàn)初期為7 d,隨著超濾的運(yùn)行,污染情況加重,清洗周期逐漸縮短為5 d。在清洗過程中,也嘗試使用檸檬酸,對(duì)膜通量的恢復(fù)沒有明顯作用,但SDI值出現(xiàn)了下降。在對(duì)超濾膜進(jìn)行維護(hù)性清洗的過程中發(fā)現(xiàn),維護(hù)性清洗并不能帶來膜通量的顯著恢復(fù),但能夠抑制膜污染。同時(shí),通過使用不同濃度的次氯酸鈉進(jìn)行清洗,對(duì)比清洗效果,在0.02%~0.03%這個(gè)范圍內(nèi),濃度越高,其清洗效果就越好,>0.03%,則無明顯效果。
3.2 化學(xué)清洗
試驗(yàn)進(jìn)行至100 d時(shí),透膜壓力出現(xiàn)高位報(bào)警(TMP>50 kPa),一個(gè)生產(chǎn)周期結(jié)束,需要對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗。試驗(yàn)?zāi)┢诜謩e應(yīng)用檸檬酸和次氯酸鈉進(jìn)行化學(xué)清洗,應(yīng)用檸檬酸進(jìn)行化學(xué)清洗,過濾壓差由51 kPa降低至31 kPa;而應(yīng)用次氯酸鈉進(jìn)行二次清洗時(shí),過濾壓差降從31 kPa低至18 kPa。二者清洗效果較為顯著。在膜的清洗過程中,檸檬酸用于去除膜絲表面的金屬結(jié)垢,而次氯酸鈉則用于去除膜絲表面的微生物。由化學(xué)清洗所取得的效果可以看出,膜污染的成因是水中金屬鹽類在膜絲表面結(jié)垢以及微生物污染。從試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行情況可以看出,超濾設(shè)備在保證處理效果的同時(shí),生產(chǎn)周期能夠維持在70~80 d。綜上所述,超濾工藝能有效去除原水中的懸浮物和膠體物質(zhì),克服了傳統(tǒng)反滲透預(yù)處理工藝無法徹底去除水中生物絮體和膠體物質(zhì)的弊端,延長(zhǎng)了反滲透膜的清洗周期和使用壽命,是一種理想的反滲透預(yù)處理工藝。
4 結(jié)語
(1)應(yīng)用超濾作為反滲透的預(yù)處理措施,來處理鋼鐵污水廠的二級(jí)出水,產(chǎn)水水質(zhì)能控制在比較穩(wěn)定的區(qū)域,主要技術(shù)指標(biāo)能夠符合反滲透的技術(shù)要求,濁度的去除率達(dá)到95%以上,出水的SDI值保持在3以下。(2)在應(yīng)用次氯酸鈉進(jìn)行在線清洗的試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)次氯酸鈉的濃度在0.02%~0.03%這個(gè)范圍內(nèi),濃度越高,其清洗效果就越好,>0.03%,則無明顯改善效果。(3)應(yīng)用次氯酸鈉及檸檬酸進(jìn)行化學(xué)清洗效果較好,說明引起膜污染的主要原因是金屬離子結(jié)垢和微生物、細(xì)菌的污染。(4)應(yīng)用PVDF中空纖維超濾膜,能夠有效防止?jié)獠顦O化,抑制污染,并能經(jīng)受較高濃度的化學(xué)藥劑清洗(鹽酸、檸檬酸、次氯酸鈉),可維持較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行周期,運(yùn)行周期能夠達(dá)到70~80 d。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳曉秋.水環(huán)境優(yōu)先控制有機(jī)污染物的篩選方法探討[J].福建分析測(cè)試, 2006(1):15-17.
[2] 葉輝,許建華.飲用水中的氨氮問題[J].中國(guó)給水排水,2000(11):31-34.