这篇文章把膜法水处理技术说透了...

       

编辑:甄妮

膜法水处理相对于传统水处理方式具有能耗低、工艺简单、运行稳定和出水水质高等诸多优势,已经在很多领域获得推广应用。膜法水处理技术目前主要应用于污水处理(包括市政污水处理和工业污水处理)、给水净化(包括市政给水净化和工业给水净化)、海水淡化(苦咸水淡化)和纯水制备等领域。

 膜法水处理技术 

膜法水处理的构成

1、预处理

2、膜处理装置

3、后处理

预处理的作用:

◆去除悬浮固体、胶体和各种有机物;

◆抑制和控制微溶盐的沉淀;

◆调节进水温度和pH;

◆杀死和抑制微生物的生长;

◆防止铁、锰等金属氧化物和二氧化硅的沉淀。

淤泥密度指数SDI值:

判断反渗透和纳滤进水胶体和颗粒污染程度的最好技术是测量进水淤积指数(SDI值),有时也称为污染指数(FI值)。它是设计RO/NF预处理系统之前应该进行测定的重要指标,同时在RO日常操作时也需定时地检测(地表水一般建议每天三次)。淤积指数的测定方法在美国材料工程协会ASTM标准测试方法D4189-82中已作了规定。 

测量仪器:

◆47mm直径测试膜盒

◆47mm测试用膜片(孔径0.45m)

◆1~5bar(10~70psi)压力表

◆调压针型阀

测量步骤:

◆将测试膜片小心放在测试膜盒内,用少许水润湿膜片,拧紧“O”形密封圈,将膜盒垂直放置,还应注意膜片有正反面的区别

◆调节进水压力至2.1bar(30psi)并立即计量开始过滤500mL水样的时间t0(通过连续不断的调节,使进水压力始终保持不变)

◆在进水压力为2.1bar(30psi)下连续过滤15分钟

◆15分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间t15,保留滤器上的膜片以便作进一步的分析

预处理的方式:

◆水的混凝与沉淀处理;

◆水的多介质过滤;

◆水的活性炭过滤;

◆水的软化;

◆其他预处理。

多介质过滤器:

多介质过滤器采用滤料堆积于长柄水帽上。(如右图所示)由下自上粒径逐级减小。

通常采用的粒径为Φ5~2.5,Φ2.5~1.6,Φ1.6~0.6,Φ0.6~0.4的石英砂和粒径为Φ0.8~1.8的无烟煤。

各级配滤料的主要作用:

◆粒径Φ5~2.5石英砂:主要起上层滤料的支撑作用。

◆粒径Φ2.5~1.6石英砂:主要起上层滤料的支撑作用。

◆粒径Φ1.6~0.6锰砂:主要起去除进水中铁离子的作用。

◆粒径Φ0.6~0.4石英砂:主要起去除进水中大颗粒污染物及悬浮物的作用。

◆粒径Φ0.8~1.8无烟煤:进一步去除进水中大颗粒污染物及悬浮物的作用。

多介质滤器的运行:

1、机械过滤器运行

1.1、机械过滤器每次投入运行前,首先进行排气,同时开启ST计量泵;排气时开启滤器上进阀和排气阀,当排气管路出水后排气完毕 。

1.2、排气完毕后,开启下排阀,同时关闭排气阀,调节进水流量此时滤器进入正洗状态,当出水污染指数SDI15≤4时,滤器投入运行,运行流速为5-10米/小时。

2、机械过滤器反洗

机械过滤器随着运行时间的延长,压差增加,当滤器进出水压差增加时,需要反洗。

2.1、反冲松层:开启下进阀后,再开启上排阀,同时开启一台反洗泵,通过调节反洗泵出水阀或滤器下进阀,控制进水量一般为正常进水量的2~3倍,松层时间为2~5min。松层结束后,关闭所有阀门和泵。

2.2 、放水:开启排气阀及下排阀,将水排至机械滤器内滤层以上20~30cm处后关闭下排阀。

2.3、气擦洗:保持排气阀和上排阀打开,打开罗茨风机的排气阀,启动罗茨风机。然后开启砂滤器进气阀,关闭罗茨风机排气阀,砂滤器进入气擦洗状态。进气压力为0.03~0.1MPa,进气量为18~20L/S.m2,擦洗时间为3~5min。开启罗茨风机排气阀,关闭滤器进气阀,然后停止罗茨风机,再关闭罗茨风机排气阀,气擦洗结束。

2.4、水大反洗:启动一台反洗泵,开启泵出水阀,再开启砂滤器下进阀、上排阀、排气阀,一台反洗泵反洗运行2~3分钟后,再启动另一台反洗泵,此时砂滤器进入大流量反洗状态,反洗流量控制在15~16L/m2.s。反洗时间30分钟后,反洗出水清澈时,停止一台反洗泵,过3~5分钟后停止另一台反洗泵,然后关闭滤器上所有阀门以及反洗泵和出水阀,反洗结束。 

3、机械过滤器的正洗

3.1、关闭下进阀、排气阀,开启上进阀和下排阀,同时开启ST计量泵,滤器开始正洗。

3.2、正洗流量为工作流量,正洗时间一般为10~30min,当出水SDI15≤4时,正洗完毕,滤器可投入正常运行,阀门工作程序见下表。

阀门工作程序:

活性炭滤器:

活性炭滤器的主要作用为吸附进水中的有机物、色度、氧化性物质。

良好的活性炭比表面积一般在1000m2/g以上,孔隙总容积一般可达0.6~1.18mL/g,孔径由0.001~10μm,按孔隙大小可分为大孔、过渡孔和微孔。

活性炭滤器运行:

1、活性炭滤器运行

1.1活性炭滤器运行前,开启进水阀和排气阀,当排气管路出水时,滤器排气结束,开启出水阀,关闭排气阀,碳滤器投入运行,碳滤器运行流速通常为10-15m/h。

2、活性炭滤器反洗

2.1、活性炭滤器随着运行压差增大,当出水不符合指标,当碳滤器的压差增大到0.05Mpa时,碳滤器开始反洗。碳滤器反洗时,开启滤器上排阀和排气阀,开启一台反洗泵和反洗泵出水阀,然后开启碳滤器下进阀,调节反洗流量为8-10L/m2h,流量约200 m2/h ,反洗时间为20-30分钟,当出水清澈,关闭滤器上所有阀门,反洗泵出水阀和反洗泵,反洗结束。

2.2、活性炭滤器正洗,滤器反洗结束后,开启滤器进水阀和下排阀,用砂滤器出水来正洗活性炭滤器,正洗流量为活性炭运行流量70 m2/h左右。正洗时间约为20-30分钟,当出水没有炭末下来,出水清澈,FI指数合格后正洗结束,滤器投入运行。

阀门工作程序:

消毒杀菌:

◆紫外线杀菌

◆加氯杀菌

◆臭氧杀菌

紫外线杀菌:

◆紫外线杀菌是一种物理杀菌法,细菌受紫外光照射后,细菌核酸因吸收能量而改变活力,最终导致微生物发生变异或死亡。波长在200-295nm的紫外线具有杀菌能力,波长253.7nm的紫外线杀菌效果最好。

◆紫外线杀菌的优点是接触时间短,杀菌能力强,设备简单,操作管理方便,处理时不改变水的物理化学性质,不会带入附加物造成二次污染。其缺点是没有持续的杀菌作用,水在管线中可能被二次污染,因此不适合饮用水和纯净水的后期杀菌。

加氯杀菌:

◆氯气,次氯酸钠,二氧化氯

◆近年来,因氯气和次氯酸钠杀菌的副产品三卤甲烷对人体的危害被人们所了解,二氧化氯的应用迅速发展起来。

◆二氧化氯对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力,快速控制微生物蛋白质的合成,对细菌和病毒有较强的灭活能力。

二氧化氯用于杀菌的投加量为0.4-0.45mg/l,比加氯气和次氯酸钠的量减少一半左右。

臭氧杀菌:

◆臭氧是一种常用的杀菌剂,臭氧在分解中放出新生态的氧,具有强氧化能力,对顽强的微生物有强大的杀伤力。臭氧在几种杀菌剂中氧化和杀菌能力最强,效果也最好。

◆臭氧杀菌效果主要取决于剩余量和接触时间,在实际生产中,臭氧用于纯净水杀菌所需的投加量为1-3mg/l,如用于矿泉水中投加量要略高,一般控制在桶或瓶中的臭氧浓度大于0.5mg/l。接触时间一般不少于5min。

膜分离分类:

◆微滤(MF)

◆超滤(UF)

◆纳滤(NF)

◆反渗透(RO)

微滤(MF):

截留约0.1-10微米之间的颗粒,微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体等通过,能挡住悬浮物、细菌、部分病毒和大尺寸的胶体的透过,微滤膜两侧的运行压差一般小于1bar。

纳滤(NF):

是一种特殊的分离膜品种,因能截留约1纳米(0.001微米)大小的物质而得名,纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间,它截留有机物的分子量约为200-400左右,截留溶解性盐的能力为20-80%,对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液,纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度,脱除井水的硬度,部分去除溶解性盐,浓缩食品和分离药品中的有用物质等,纳滤膜两侧的运行压差一般为3.5-16bar。

反渗透(RO):

最精密的膜法液体分离技术,它能阻挡所有溶解性盐和分子量大于100的有机物,但允许水分子透过,醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般大于95%,反渗透复合膜脱盐率一般大于98%。反渗透膜两侧的运行压差一般大于5bar。

卷式膜元件:

膜组件的选用:

◆确定元件数

◆压力容器的选用

膜组件的排列组合:

◆分段式

◆多级式 

反渗透装置的配套件:

◆高压泵

◆管路

◆阀门

◆仪表 

RO膜需要清洗的迹象:

◆当反渗透装置随着运行在膜上会积累胶体、金属氧化物、细菌、有机胶体、水垢等物质,造成了性能会有一定下降,当性能下降一定程度时即产水量比初始或上一次清洗后降低。

◆产水脱盐率下降。

◆系统压差≥15%。

反渗透污染特征:

膜元件化学清洗:

下表列举了适宜的清洗药品,这些酸性和碱性清洗剂是标准的清洗药品,酸性清洗剂用于清除包括铁污染在内 的无机污染物,而碱性清洗剂用于清洗包括微生物在内的有机污染物。由于使用硫酸会引起硫酸钙沉淀的危险,不应选作清洗剂。最好采用膜系统的产水配制清洗液,当然在很多情况下也可以使用经过预处理的合格预处理出水来配制清洗液。原水可能缓冲容量很大,需要消耗更多的酸或碱才能达到规定的pH值,酸性清洗的pH约为2左右,碱性清洗的pH约为12左右。 

膜元件一般清洗液:

说明:

◆(W)表示有效成份的重量百分含量;

◆按顺序污染物化学式符号为:CaCO3表示碳酸钙;CaSO4表示硫酸钙;BaSO4表示硫酸钡。

◆按顺序清洗化学品符号为:NaOH表示氢氧化钠;Na4EDTA表示乙二胺四乙酸四钠,陶氏化学生产该产品的商标为 VERSENE*;Na-SDS表示十二烷基磺酸钠盐,又名月硅酸钠;HCl表示盐酸;Na2S2O4表示亚硫酸氢钠;H3PO4 表示磷酸;NH2SO3H表示亚硫酸氢胺。

◆为了有效的清洗硫酸盐垢,必须尽早的发现和处理,由于硫酸盐垢的溶解度随清洗液含盐量的增加而增加,可以在NaOH和Na4EDTA的清洗液中添加NaCl,当结垢一周以上时,硫酸盐垢的清洗成功性值得怀疑。

◆柠檬酸是无机盐垢的可选清洗剂。 

预处理运行参数记录:

因为RO/NF系统性能主要取决于预前处理操作是否合理,预处理仪器设备的运行特性必须记录下来,因为预处理的工艺因地而异,无法建议统一的记录表格,一般而言,需记录以下各项:

◆每天两次记录任何井水或增压泵的出水水压。

◆每天两次记录所有过滤器的压降。

◆任何不正常的操作,如故障或停机等。 

纳滤分离膜的内涵:

市场上曾有一种流行的说法:纳滤就是一种疏松的反渗透。实际上这是一种技术概念上的误导。表2-2为不同膜的截留率比较。真正分离概念上的纳滤是对例子具有选择截留性的过滤膜,一种氯化钠透过率与氯化钠浓度成正比、且该比例大于0.4的膜。其主要用于各种料液的脱盐和浓缩。

不同膜的截留率比较:

耐高温膜:

普通的有机膜原件的持续操作温度必须低于50℃,如果超过此温度膜将很快丧失正常的性能。GE公司凭借其强大的膜技术研发能力开发出耐高温膜元件:Duratherm系列,其主要应用于:食品和饮料,制药,电子等行业中。

Duratherm应用流域:

Duratherm HWS热水消毒型膜元件能够耐受周期性90℃热水清洗消毒,用于替代传统的膜系统化学消毒,同时可以在≤50 ℃的条件下连续运行。在欧美地区,热水消毒型水处理系统正在越来越多地被采用。下表介绍了湿热灭菌法的操作条件(温度和时间)

以上数据为对无性繁殖的微生物热消毒的最低理论参数,为了增加热消毒的有效性,在实际应用中热消毒的温度和时间应高于此理论参数。

热水消毒的有关建议:

◆在消毒之前用防污堵水进行冲洗

◆消毒时,进水压力不应超过40psi(275KPa)

◆消毒时,升温和冷却速率不应大于5℃/分钟

◆最高消毒温度为90℃