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反渗透工艺处理工业废水

发布时间:2022-5-11 15:21:23  中国污水处理工程网

  大多数矿石需要经过前期的选矿工艺处理后,才能作为下一步的冶炼原料;而在选矿过程中,会产生出大量的工业废水。

  本研究旨在利用先进的反渗透技术处理工业废水,探讨多种因素对整个系统运行的影响。反渗透装置预处理工艺是反渗透装置稳定运行的重要保证,本次预处理采用石英砂过滤、锰砂过滤、活性炭过滤、保安过滤、pH调节和阻垢剂投加等技术。该预处理工艺相对于传统的絮凝沉淀、石灰软化等工艺具有流程简单、维护方便、运行经济、出水稳定、工作环境舒适等优点。

  1、试验装置及条件

  1.1 试验装置

  反渗透中试装置采用2支陶氏FILMTEC8英寸抗污染反渗透膜(BW30-365/34i-FR)。陶氏FILMTEC膜元件进水流道较宽,流动均匀,污染物不容易附着,且污染后的清洗效率很高。BW30-365/34i-FR反渗透膜在1.551MPa(225psi)压力下,2000mg/L的NaCl溶液测试中,产水量为36m3/d,回收率为15%,脱盐率达到99.5%。中试工艺流程如图1所示。

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  中试装置由原水调节池、曝气装置、一级提升泵、石英砂过滤器、锰砂过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器、加药装置、反渗透装置等组成,见表1。

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  1.2 试验条件

  中试装置设置浓水回流设施,运行过程中使部分浓水回流至高压泵的前端,以达到调整反渗透进水电导率的目的。试验持续80d,分别考察反渗透膜进水温度、pH、压力、电导率等对脱盐率的影响。

  反渗透产水量维持1m3/h不变,反渗透膜的膜通量14.7L/(m2·h)。在研究某项因素对脱盐率的影响时,维持其余项条件不变。例如,在研究温度对脱盐率的影响时,除了温度变化,进水压力、进水pH、进水操作压力等都维持不变。

  根据试验的原水水质,经过专业软件分析、计算,原水中添加阻垢剂型号为纳尔科OSM60(T),投加量为2.7mg/L。反渗透装置示意图如图2所示。

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  1.3 原水水质

  中试在某大型钢铁企业尾矿库附近进行,利用潜污泵从尾矿库直接抽水作为中试装置的进水,进水浊度低、硬度高、含盐量极高。原水水质见表2。

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  1.4 分析指标及方法

  采用的主要分析设备及方法见表3。

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  2、结果与讨论

  2.1 进水温度对脱盐率的影响

  反渗透膜的标准脱盐率一般是在25℃时获得的。因为反渗透膜的脱盐率对进水温度的变化十分敏感,中试试验位于北方,所以有必要研究进水温度对出水脱盐率的影响,试验结果见图3。

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  从图3可以看出,随着进水温度的升高,反渗透出水脱盐率呈现明显的降低趋势:温度在10℃时,反渗透出水的脱盐率高达97.6%;温度在25℃时,反渗透出水的脱盐率约94.5%。

  一般来说,随着进水温度的升高反渗透膜的产水率会有一定程度的提高。但是,温度的升高也会使出水脱盐率下降。这主要是由于:随着温度的升高,原水中离子的扩散速度会加快,离子更容易穿透反渗透膜,造成出水中的离子含量升高,脱盐率下降。在实际工程设计中,需要综合考虑温度对反渗透产水量和脱盐率的影响,保证进水温度在20℃左右。进水温度过低,反渗透膜产水率下降;进水温度过高,反渗透的脱盐率也会明显下降。因此,反渗透进水的温度控制非常重要。

  2.2 进水压力对脱盐率的影响

  反渗透的进水压力是维持反渗透装置正常运行的最主要条件之一。试验过程中,保持反渗透装置的产水量为1.0m3/h,并维持其余条件不变,验证进水压力对反渗透脱盐率的影响。

  进水压力采用变频泵进行调节,进水压力分别在0.80、0.85、0.90MPa下各运行10d,每天进行相应记录。在进水压力相同的情况下,由于膜的污染、温度的变化等,脱盐率略有不同。进水压力对出水脱盐率的影响如图4所示。

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  从图4可以看出,在产水量恒定的条件下,随着反渗透进水压力的减小,装置的脱盐率也有明显的降低。

  反渗透出水的脱盐率主要是由反渗透膜本身的化学性质决定的,进水压力并不会影响离子的透过率。但是,随着进水压力的降低,反渗透的脱盐率也有明显的降低。因为随着进水压力的提高,反渗透膜表面的水流速度也随之提高,水流速度的升高降低了反渗透膜的浓差极化,从而使反渗透装置的脱盐率有了明显的提高。

  2.3 进水pH对脱盐率的影响

  根据陶氏膜组件的操作手册,当反渗透膜进水pH控制在2~11时,pH不会对反渗透的产水量产生影响。然而即使在允许pH范围内,pH对脱盐率也有较大的影响,这主要是基于以下2方面原因:

  1)反渗透膜表面附着大量亲水性聚合物,pH影响亲水性聚合物的电场排列,电场排列的变化会影响到原水中带电离子的迁移;

  2)原水中有大量的CO2,CO2在水中的形态受pH的影响。较低pH时,水中CO2以气态形式存在,容易穿透反渗透膜,造成脱盐率较低;较高pH时,水中的气态CO2部分转化为CO2-3、HCO-3,不容易透过反渗透膜,会使脱盐率升高。

  通过在线pH调节装置调节进水的pH,连续30d监测进水pH对出水脱盐率的影响如图5所示。在pH相同的情况下,由于膜的污染、温度的变化等,脱盐率略有不同。

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  从图5可以看出,反渗透装置的进水pH在5.5~8.0,随着pH降低,反渗透膜脱盐率有明显降低。在实际工程中,反渗透膜的进水应尽量维持在中性环境中,使脱盐率尽量维持稳定。

  2.4 进水电导率对脱盐率的影响

  通过在原水中添加反渗透浓水,使反渗透进水的含盐量升高,电导率上升非常明显;但反渗透膜的脱盐率不仅没有降低,反而有一定的上升,见图6。

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  一般情况下,进水含盐量越高,渗透压也越高,在维持反渗透进水压力恒定的情况下,净压力将明显减少,产水量会随之降低。如果维持产水量不变,就需要增加进水流量。反渗透膜的透盐率与反渗透膜两侧的离子浓度差成正比,浓度差越大,透盐率就越高,从而导致反渗透出水的脱盐率下降。但在本试验中,随着反渗透进水含盐量升高,反渗透的脱盐率有一定的上升。低电导率时,反渗透膜的进水流量为8m3/h;高电导率时,反渗透膜的进水流量为9.4m3/h,而反渗透膜通量14.7L/(m2·h)保持不变。中试产水量都维持在1.0m3/h,这样就需要增加进水压力。随着反渗透装置的进水流量和操作压力的增加,反渗透膜表面的水流速度会明显加快,由于水流速度的加快降低了反渗透膜两侧的浓差极化,进而使反渗透膜的脱盐率有所提高。

  3、结论

  反渗透系统的设计和运行是一项系统工程,进水温度、进水压力、含盐量、pH等对反渗透装置的脱盐率有一定影响。在分析反渗透装置的脱盐率时,不能独立地分析某个因素,应综合分析各个影响因素,从而找出最佳的设计和运行条件。

  相对传统水处理工艺而言,膜法水处理工艺效果好,对环境影响小,占地面积小,运行简单,易于控制。进一步研究膜法水处理工艺的参数和影响因素,能够大大降低膜法水处理的运行成本,提高膜法水处理工艺的技术经济优势,使膜法处理工艺在各种废水中的应用更加广泛,为我国的水处理行业进步做出更大的贡献。(来源:中核第四研究设计工程有限公司)

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