浅谈反渗透水处理设备在废水处理中的应用

【摘 要】 目的 了解反渗透水处理系统在废水中应用情况,为膜系统在污水中应用提供研究基础资料。方法 在顺德某垃圾污水处理站中应用完善的反渗透膜系统,进行应用效果观察,检验系统的工作压力、水质回收率、浊度去除率、脱盐率、出水重金属等指标。结果 两级砂滤的浊度去除率达9316%,精滤和超滤浊度去除率8713%,超滤回收率9511%,反渗透膜系统回收率为5911%,反渗透膜系统平均脱盐率为98101%,耗氧量去除率为8411%,出水水质重金属铬、铅、汞、砷、银、氰化物符合GB5749-1985的要求,系统出水水质的耗氧量符合GB8978-1996城镇二级污水处理厂一级排放的要求和生活杂用水标准CJ2511-1989的要求。结论 反渗透水处理设备在污水处理中应用只要工艺设计合理,优化操作系统,防止膜的污染,它在污水处理和污水回用方面可广泛应用。

【关键词】 废水 膜处理 水质 反渗透

近年垃圾发电不断增加,但垃圾发电产生废水不能直接排放,应经过处理后达到GB8978-1996的要求才能排放。因此我们应用反渗透水处理设备在废水处理中进行应用研究。

1 材料与方法

1.1 水处理工艺

废水前处理→隔栏装置→加药→砂滤→砂滤→保安过滤→反渗透→出水。

1.2 实验项目

设备进出水的电导率、浊度、耗氧量、pH、设备流量、压力等。

1.3 实验仪器

电导率采用ECScan和台式电导仪,浊度采用HACH2100N,pH采用CyberScanpH510台式测试仪,耗氧量采用美国环保局认可、哈希公司微回流重铬酸钾测试方法,包括DRB200反应器、DR2400分光光度计、四种量程COD瓶装试剂。

1.4 研究步骤

废水处理站运转正常,水处理设备调试后,每天采用上述实验仪器进行检验。

2 结果

2.1 水处理设备基本情况

2.1.1 隔栏装置 由三层孔隙分别为4、8、15mm组成的隔栏装置组成,防止垃圾废水处理后的废水中有大悬浮物,以免损坏不锈钢原水泵叶轮和轴承。21112 加药装置 由于悬浮物多,需加混凝剂增加悬浮物的颗粒度,便于砂滤,保证反渗透膜使用寿命长,处理成本降低,如采用混凝效果较好的聚合硫酸铁,投加量为18～25mgΠL。

2.1.3 双砂过滤器 采用两级压力式过滤罐,滤罐直径为900mm,滤速为20mΠh,处理水量12m3Πh,通过无烟煤和石英沙组成的双砂过滤器截留水中絮凝体和其他悬浮物,降低浑浊度(NTU),使出水淤泥密度指数(SDI)≤5,符合RO膜工作时对进水水质的要求;它充分利用了滤料含污量大的特点,使絮凝体进入到滤料层中间,部分絮凝过程在滤床孔隙内完成,有效增加了絮凝体在滤层的穿透深度,故又叫深层过滤,可防止滤层过早堵塞,水头损失减少到最小,使滤层含污层厚,含污能力大,过滤时间(制水周期)长,反冲洗次数少,延长反渗透膜的使用寿命。21114 保安过滤器 通过过滤精度为10μm的PP微滤器,截砂滤可能存在的固体悬浮物,保护超滤系统不受悬浮物的污染。21115 超滤系统 由22支4040的中空纤维膜并联组成,使用1～2h后采用成品水对其进行冲洗和反冲洗,保证过滤的正常进行。21116 RO膜系统 由7支8040的反渗透膜串联而成,使用60～90min后采用成品水对反渗透膜系统进行冲洗,防止有机物污染膜管系统。通过RO反渗透膜的高选择性分离,使水中水分子和各种溶解杂质得到分离,形成普通纯水和浓缩水;普通纯水进入设备保养水箱,90%水直接排放,10%的水用于超滤膜和反渗透的清洗,浓缩水排放回废水处理的沉淀池。212 预处理效果废水处理站处理的废水耗氧量均值376mgΠL,悬浮物(浊度)均值为10618,经过砂滤处理后,浊度均值为618mgΠL,浊度去除率达9316%,pH和耗氧量经过砂滤过滤后没有变化。见表1。反冲洗间隔时间为36h,冲洗时间为10min。

2.3 反渗透水处理工作状况

反渗透水处理设备包括了保安过滤器、超滤、反渗透膜系统三部分组成。超滤的回收率达9511%,反渗透膜系统回收率为5911%。超滤系统压降为0102MPa,反渗透膜系统的每支压降为01042MPa,其工作状态见表2。

2.4 反渗透水处理后水质情况

系统设备运行3个月的过程中,反渗透膜系统平均脱盐率为98101%,耗氧量去除率为8411%,pH降低0195,浊度降低0174。保安过滤和超滤系统对浊度去除率为8713%。出水水质重金属铬、铅、汞、砷、银、氰化物分别为<01005、<0101、<01002、<0101、<0101、<01002mgΠL,达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-1985)要求,系统出水水质的耗氧量达到中华人民共和国国家标准(GB8978-1996)污水综合排放标准城镇二级污水处理厂一级排放的要求(<60mgΠL)和生活杂用水标准(CJ2511-1989)的要求(<100mgΠL)。因此经过本系统设备处理的水质可以作为生活杂用水。系统pH值、浊度、耗氧量、电导率的检验结果见表3。

3 讨论

3.1 膜系统的工艺设计

由于垃圾废水的有机物含量高,未进行生化处理前,耗氧量均值为22000mgΠL,经过生化处理后,耗氧量还达到311mgΠL,浊度达10618,为适用反渗透膜处理需进行优质预处理,采用两级砂滤、10μm精滤和中空纤维超滤系统,从而使进入膜系统的水质浊度<1NTU,保证膜系统使用寿命和清洗周期。本系统的截留颗粒和分子量,逐级进行,从两级砂滤的2mm到0145mm,到10μm的保安过滤器,中空纤维超滤的截留分子量一般在2～30万之间,反渗透膜截留分子量一般在100～2000之间,保证了能量衰减。何义亮用PES平板膜组件进行膜通量衰减规律的研究发现膜初始通量衰减主要是由于浓差极化引起,膜截留分子量愈小,通量衰减率愈大;膜长期运行的通量衰减主要是由于膜污染引起,膜截留分子量愈大,通量衰减幅度愈大,化学清洗恢复率愈低。

3.2 操作方式的优化与出水水质关系

当系统工艺确定之后,其物化性质也就基本确定了,操作方式就成为影响膜污染的主要因素。为了减缓膜污染,反冲洗是维持分离式膜生物反应器(MBR)稳定运行的重要操作,樊耀波通过确定最佳反冲洗周期,使分离式MBR的膜通量达到60LΠm2・h。为了延长膜的使用寿命,采用反渗透膜系统的成品水(纯净水)对超滤进行冲洗和反冲洗,对反渗透膜系统进行冲洗。研究表明,系统运行2h,对超滤反冲洗80s、冲洗50s,对反渗透系统冲洗60s,能够减缓膜系统的污染,保证系统工常工作。研究表明,不仅污泥浓度、混合液粘度等影响膜通量,污水本身的过滤性能,如活性污泥性状、生物相也影响膜通量的衰减。研究还表明,絮凝剂的加入有助于改善泥水分离性能,形成体积更大、粘性更小的污泥絮体,减少了膜堵塞的机会。但絮凝剂过量加入会使污泥活性受到抑制,影响系统的处理能力和处理效果。

3.3 水力学特性的改善

改善膜面附近料液的流体力学条件,如提高流体的膜面流速,减少浓差极化,使被截留的溶质及时被带走,能有效降低膜的污染,保持较高的膜通量。笔者通过调节流速表明,膜通量的影响程度与膜面循环流速有关,与黄霞、何义亮报道相同。本系统的反渗透第1级膜管流速为1117m³Πh,第7级膜管流速为518m³Πh,符合反渗透膜进水条件。

3.4 超滤膜预处理延缓反渗透膜污染

过去使用超滤膜作为反渗透的预处理工艺的绝对屏障较少,现在超滤和微滤膜有能力生产出比传统预处理工艺好很多的水质。传统的卷式结构超滤膜不适合处理高污染的废水。现在用的中空纤维膜有两个新特性:(1)纤维丝频繁、短时、自动地进行冲洗和反洗,使系统在短期脱机时能保持稳定的透水通量;(2)能在非常低的错流流速下运行。现有超滤预处理方式的主要优势在于膜技术,给水与透水之间膜屏障的存在,使胶体物质与病菌下降几个log值。在垃圾废水处理中,新型可反洗中空纤维膜预处理取代石灰澄清、介质过滤、保安过滤器,保证反渗透系统运行,使其进水水质浊度达到<012NTU,好于其进水水质指标SDI<5的要求,延缓了反渗透膜的污染。