納濾工藝在反滲透濃水處理中的應(yīng)用研究

廢水廢水屬于典型的高鹽廢水。直接排放對受納水體的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，并存在一定的環(huán)境風(fēng)險。在水資源匱乏的今天，根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)合理地選擇濃水處理方法，回收和再利用這部分反滲透濃水具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益反滲透濃水水量、水質(zhì)受到的影響因素有進(jìn)水水質(zhì)、回收率、預(yù)處理中使用的阻垢劑、反滲透膜清洗時使用的清洗劑等。其中進(jìn)水水質(zhì)對濃水的性質(zhì)起主要決定作用，而過程中添加的化學(xué)物質(zhì)的影響較小，因?yàn)樘砑拥臐舛认鄬^低（一般<10mg/L）。反滲透濃水中的物質(zhì)組成主要是有機(jī)污染物（用COD表示）或無機(jī)鹽組分（TDS），其中COD對人類和環(huán)境危害重大的污染物有內(nèi)分泌干擾物、藥物及病原菌；TDS主要成分為Cl因此，本研究對不同批次反滲透濃水水質(zhì)進(jìn)行檢測分析，通過SDI指數(shù)分析得出應(yīng)該考慮適當(dāng)?shù)念A(yù)處理技術(shù)，并開展了納濾膜工藝做出預(yù)處理技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，為反滲透濃水深度處理提供了工程經(jīng)驗(yàn)1材料和方法1.1納濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)本試驗(yàn)所用工藝路線如圖1所示，由于廢水硬度較高，因此采用了兩級軟化預(yù)處理工藝。反滲透濃水經(jīng)管道輸送至原水池，管道應(yīng)采用耐腐蝕材料，避免原水的二次污染。采用藥劑軟化+離子交換軟化去除水中硬度及堿度，避免后續(xù)膜濃縮中出現(xiàn)結(jié)垢，保證膜系統(tǒng)長期高效運(yùn)行。之后通過納濾系統(tǒng)將原水分離為2部分：COD高、二價離子富集在濃水中；淡水中則主要以一價離子為主。該工藝避免了COD對后續(xù)工藝的影響，同時實(shí)現(xiàn)了鹽的分離，減少了固體廢物的產(chǎn)生量，實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用。1.2再生水水質(zhì)相對穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)用水取自天津?yàn)I海區(qū)域某再生水廠反滲透車間，該再生水廠已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行超過1a，承接上游污水處理廠達(dá)標(biāo)排放出水，鹽度和水質(zhì)相對穩(wěn)定，具備代表性。1.3納濾、ro1系統(tǒng)軟化工藝采用了軟化沉淀及離子交換工藝。軟化沉淀工藝?yán)檬胰楹图儔A的混合液作為水的軟化劑，離子交換采用了鈉離子交換樹脂及弱酸離子交換樹脂，對濃水進(jìn)行深度軟化。納濾采用連續(xù)進(jìn)水的方式，納濾裝置采用3只GEDK8040納濾膜，配套進(jìn)水泵、循環(huán)泵等，采用程序控制。連續(xù)監(jiān)測反滲透濃水常規(guī)指標(biāo)、離子類污染物、有機(jī)物和SDI指數(shù)，納濾透析液中硫酸根、鈣、鎂、有機(jī)物含量以及SDI值，保證納濾系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。1.4cod、ph和phsj-3f、h根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》，SS采用重量法測定；COD采用DR2800型COD快速測定儀（美國HACH）測定；pH采用PHSJ-3F型pH計(jì)測定；TDS采用HQ40D快速測定儀（美國HACH)2結(jié)果與討論2.1水樣含鹽量、硬度和堿度對6批水樣的常規(guī)指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示。常規(guī)指標(biāo)檢測結(jié)果表明，水樣含鹽量、硬度和堿度都較高，但懸浮性顆粒物較少。COD最高達(dá)174.7mg/L，硬度最高達(dá)3086.2mg/L，含鹽量最高達(dá)14359mg/L。存在膜有機(jī)污堵和結(jié)垢風(fēng)險2.2水質(zhì)主要陰離子構(gòu)成在對水樣進(jìn)行主要陰陽離子含量檢測前，先做了陰離子和陽離子全離子色譜掃描，已明確水樣中典型離子構(gòu)成特征。6批次水樣的全離子掃描結(jié)果一致表明，水樣中主要陰離子構(gòu)成為Cl監(jiān)測結(jié)果表明，陰離子構(gòu)成中氯離子含量最高，但波動較大，濃度波動范圍為1200～6200mg/L。硫酸根離子的存在意味著濃水側(cè)不但可能存在碳酸鹽結(jié)垢（高堿度）問題，同時也可能存在硫酸鹽結(jié)垢問題；陽離子監(jiān)測結(jié)果表明，水樣硬度構(gòu)成離子包括鈣離子和鎂離子，兩者濃度相差不大。其中鈣離子濃度在170～300mg/L之間，鎂離子濃度在160～540mg/L之間。這意味著濃水側(cè)的無機(jī)結(jié)垢可能主要由鈣垢和鎂垢組成2.3小分子有機(jī)物檢測利用凝膠色譜對水樣中有機(jī)物分子量分布特征做了進(jìn)一步分析，6批水樣的分子量分布圖譜如圖2所示。測定結(jié)果表明，前3批水樣中有機(jī)物分子量分布區(qū)間大體相同，都在100000～1000Da之間，其中絕大部分在10000～1000Da之間，屬于中小分子量有機(jī)物；后3批水樣中有機(jī)物分子量分布區(qū)間都在10000～100Da之間，其中絕大部分在1000～100Da之間，均為小分子量有機(jī)物。綜合6批水樣是有機(jī)物分子量規(guī)律看，水中有機(jī)物分子尺度始終以中小分子量為主，這意味著在選擇以去除有機(jī)物為目的的預(yù)處理工藝時，應(yīng)著重考慮針對中小分子去除率好的技術(shù)2.4粒度分布譜圖利用納米激光粒度儀對6批水樣中懸浮顆粒物的粒度分布進(jìn)行了檢測，圖3為6批水樣的懸浮顆粒物粒度分布譜圖。從水樣的粒徑分布圖譜可以看出，水樣中懸浮性顆粒物的粒徑主要集中在400～800nm之間，這樣的粒度意味著普通的多介質(zhì)過濾或保安過濾都不能將之截留。但由于懸浮顆粒物的含量較少，濃度僅在0.4～0.8mg/L之間，所以可能對反滲透膜污染的貢獻(xiàn)不會很大。2.5sdi水凈材料對水樣的SDI值進(jìn)行了測定，測定結(jié)果圖4所示。SDI數(shù)值在10.52～19.51之間，測定過程中膜過濾均發(fā)生了嚴(yán)重污堵現(xiàn)象。水樣的SDI值波動較大，但均遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)反滲透所允許的入口值（SDI最大不超過5），特別是第2批水樣SDI高達(dá)19，這樣的進(jìn)水即使采用抗污染能力強(qiáng)的碟管式反滲透（DTRO）也可能會產(chǎn)生膜污堵問題。根據(jù)2.4節(jié)綜合分析，水樣中懸浮顆粒物含量極少，因此，造成SDI高的主要成分可能是溶解性膠體物質(zhì)及溶解性固體物質(zhì)。對SDI值最高的第2批水樣膜片進(jìn)行XPS分析，結(jié)果如圖5所示。顯然，造成SDI高的主要成分是膠體類物質(zhì)和無機(jī)結(jié)垢組分，膠體類物質(zhì)主要為硅、鋁和鐵類膠體，無機(jī)結(jié)垢組分主要為鈣垢和鎂垢。2.6反滲透濃水硬度降低兩級軟化后出水硬度如圖6所示，在試驗(yàn)過程中出水硬度在5～45mg/L，呈現(xiàn)了一定的波動性。這是由于在4月份的試驗(yàn)啟動調(diào)試過程中，反滲透濃水硬度波動較大，藥劑的投加量無法準(zhǔn)確判定。5月份完成設(shè)備調(diào)試后，對藥劑投加量完成優(yōu)化，軟化出水硬度基本低于25mg/L,11月份，通過藥劑投加量調(diào)整，軟化出水硬度基本低于10mg/L。結(jié)果表明，本試驗(yàn)采用的軟化工藝可以有效降低出水的硬度，軟化后的水質(zhì)可以滿足納濾對硬度的進(jìn)水要求。2.7原水預(yù)處理納濾進(jìn)水中SO納濾進(jìn)出水SO綜上所述，由于在原水中含有較多的鈣、鎂離子，因此試驗(yàn)中采用了兩級預(yù)處理，對原水進(jìn)行了充分的軟化，軟化后廢水中的陽離子主要為Na3高硬度、高sdi、高sdi的測定(1）經(jīng)過對不同時期水樣的分析