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废水处理过程中膜技术的应用

TIME:2019-11-27   click: 138 次
  近年来我国对废水处理的排放标准日益严格,西北某冶炼厂废水经常规物化处理后,排放水质已不能达到2012年1月1日起最新执行的《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)中重金属的排放要求,要想达标排放和满足当地环保要求,冶炼废水还需进一步进行深度处理,水质达到再生水水质标准后可回用,实现废水资源化。
  1、中试方案
  目前,膜技术应用于冶炼废水的深度处理成为一种趋势。西北某冶炼厂为使预处理后的废水达标并回用,经过仔细研讨后,拟定了MMF(多介质过滤)+UF(超滤)+RO(低压反渗透)和MMF(多介质过滤)+UF(超滤)+NF(纳滤)两种废水深度处理方案,为筛选最优方案,开展了3个月的中试研究。
  2、中试规模及其进水水质
  中试采用西北某冶炼厂两级絮凝沉淀处理后的
  废水处理进行深度的优化。废水先经过MMF+UF处理后,其出水分成两等份分别作为纳滤和低压反渗透的进水。两者的进水量均为3.2m3/h,进水水质、《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)和《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)见表1。
废水处理过程中膜技术的应用
  3、中试材料及操作条件
  4、预处理
  预处理工艺在膜工艺应用中非常关键,良好的预处理效果不但可确保达到膜进水水质要求,还可减少膜元件的通量衰减速度,延长系统化学清洗周期及元件使用寿命,降低运行成本。
  根据原水的水质特点及工艺系统的经济性,本中试的预处理采用MMF+UF,其中超滤选用成都泓润科技有限公司的低压超滤膜元件,膜材质为外压式中空纤维膜,膜表面空隙率高,支撑层为海绵状网络结构,外压过滤形式。根据中试水质特点确定的超滤反洗周期为30min,每次反洗60s左右,同时1~2d进行一次通量维护,清洗历时1h,可以有效控制膜污染,延长化学清洗周期,对膜稳定运行具有重要意义。预处理工艺主要去除对象一般为悬浮物、胶体、有机物、微生物等物质,同时可对工艺进水pH进行适度调节,以此确保后续膜处理系统对废水中的重金属离子、COD及总硬度的去除。
  5、纳滤膜
  纳滤膜特有的功能是反渗透膜和超滤膜无法取代的,它兼有反渗透和超滤的工作原理,具有纳米级的膜孔径,膜上多带电荷等结构特点,其行为与其荷电性能以及溶质的荷电状态和相互作用有密切关系。纳滤膜虽对重金属离子的去除具有显著效果,但它运用于铅锌工业废水处理时,其产水的总硬度偏高。
  考虑到冶炼废水水质特点,选用陶氏FILM-TECTMNF90-400型纳滤膜元件,设计膜通量为27L/(m·h)。系统回收率为75%左右,脱盐率为86%,操作压力为0.75MPa,操作温度为30~36℃。
  6、低压反渗透膜
  反渗透是与自然渗透过程相反的膜分离过程,渗透和反渗透两者都是通过半透膜来实现的。渗透压的大小与溶液的性质有关而与膜无关。反渗透膜及其表面特性在分离过程中起着主导作用。近些年发展起来的低压反渗透是反渗透中的一类,其运行能耗较普通反渗透低。
  选用陶氏FILMTECTMXFRLE-400/34i低压反渗透膜,即复合式聚酰胺薄膜;允许pH范围2~11;操作压力为0.63MPa;最大污染指数SDI为5;最大操作温度为45℃;最小脱盐率为98%,平均脱盐率为99.5%。
  处理效果及结果分析
  7、纳滤膜和低压反渗透膜出水水质,纳滤及低压反渗透出水水质如表2所示。
废水处理过程中膜技术的应用
  去除效果比较
  进出水中铜离子、镉离子、铅离子、锌离子、铁离子、COD及总硬度的变化情况分析如表1所示。
  中试结果分析
  由表1可以看出,对于等量同质的超滤出水,分别通过纳滤和低压反渗透两种不同的膜工艺处理,其中纳滤对Pb2+的去除率明显高于低压反渗透,而对于Cd2+、Cu2+、Zn2+和铁等金属离子的去除率略逊于低压反渗透,总的来说,二者出水均能达到西北某冶炼厂的排放标准。
  由图1f和1g可以看出,纳滤和低压反渗透对超滤出水中的COD有同等的去除效果,且去除率几乎达到100%,而纳滤对总硬度的去除率为96%,低压反渗透对超滤出水的总硬度去除率在99%以上。
  纳滤对总硬度的去除效果明显逊于低压反渗透。
  中试期间,对纳滤单元和低压反渗透单元运行成本进行了对比分析。鉴于两者药剂消耗及膜损耗费用相当,两者的运行成本差异主要体现在能耗方面。纳滤单位水量电耗约0.21kW·h,低压反渗透单位水量电耗约0.18kW·h,电费按照0.51元/(kW·h)计算,前者单位水量电耗成本约为:0.21×0.51=0.11(元/m3),后者单位水量电耗成本约为0.18×0.51=0.09(元/m3)。因此,低压反渗透直接动力能耗方面要比纳滤节省18%。
  低压反渗透脱盐率远高于纳滤,其出水水质也优于再生水水水质指标,作为工业新水补充到循环水系统中,可大大提高循环水系统的浓缩倍数,减少循环水系统补水量,即实现了污水资源化利用,节约了工业新水资源。因此,低压反渗透出水较纳滤出水具有更好的回用价值。
  综上所述,低压反渗透和纳滤出水均达到了《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中规定的再生水水水质指标。但基于低压反渗透膜在动力能耗方面低于纳滤膜,出水水质优于纳滤膜,且纳滤膜一次性投资高于低压反渗透膜,因此西北某冶炼厂选择低压反渗透作为深度处理工艺,具有可行性和经济性。
  结论
  (1)低压反渗透对总硬度的去除效果明显高于纳滤,且低压反渗透对超滤出水的总硬度去除率在99%以上。(2)低压反渗透对Pb2+的去除率明显低于纳滤,而对于Cd2+、Cu2+、Zn2+和铁的去除率略高于纳滤。(3)纳滤和低压反渗透对超滤出水中的COD有同等的去除效果,且去除率可达到100%。(4)低压反渗透运行能耗要低于纳滤。(5)试验证明,西北某冶炼厂两级絮凝沉淀处理后的废水采用MMF+UF+RO的深度处理工艺,其出水完全可达到《工业循环冷却废水处理设计规范》(GB50050-2007)中规定的再生水水质指标要求。