這篇文章把膜法水處理技術說透了...

       

編輯:甄妮

膜法水處理相對於傳統水處理方式具有能耗低、工藝簡單、運行穩定和出水水質高等諸多優勢,已經在很多領域獲得推廣應用。膜法水處理技術目前主要應用於汙水處理(包括市政汙水處理和工業汙水處理)、給水淨化(包括市政給水淨化和工業給水淨化)、海水淡化(苦鹹水淡化)和純水製備等領域。

 膜法水處理技術 

膜法水處理的構成

1、預處理

2、膜處理裝置

3、後處理

預處理的作用:

◆去除懸浮固體、膠體和各種有機物;

◆抑製和控製微溶鹽的沉澱;

◆調節進水溫度和pH;

◆殺死和抑製微生物的生長;

◆防止鐵、錳等金屬氧化物和二氧化矽的沉澱。

淤泥密度指數SDI值:

判斷反滲透和納濾進水膠體和顆粒汙染程度的最好技術是測量進水淤積指數(SDI值),有時也稱為汙染指數(FI值)。它是設計RO/NF預處理係統之前應該進行測定的重要指標,同時在RO日常操作時也需定時地檢測(地表水一般建議每天三次)。淤積指數的測定方法在美國材料工程協會ASTM標準測試方法D4189-82中已作了規定。 

測量儀器:

◆47mm直徑測試膜盒

◆47mm測試用膜片(孔徑0.45m)

◆1~5bar(10~70psi)壓力表

◆調壓針型閥

測量步驟:

◆將測試膜片小心放在測試膜盒內,用少許水潤濕膜片,擰緊“O”形密封圈,將膜盒垂直放置,還應注意膜片有正反麵的區別

◆調節進水壓力至2.1bar(30psi)並立即計量開始過濾500mL水樣的時間t0(通過連續不斷的調節,使進水壓力始終保持不變)

◆在進水壓力為2.1bar(30psi)下連續過濾15分鍾

◆15分鍾後繼續記錄過濾同樣500mL所需的時間t15,保留濾器上的膜片以便作進一步的分析

預處理的方式:

◆水的混凝與沉澱處理;

◆水的多介質過濾;

◆水的活性炭過濾;

◆水的軟化;

◆其他預處理。

多介質過濾器:

多介質過濾器采用濾料堆積於長柄水帽上。(如右圖所示)由下自上粒徑逐級減小。

通常采用的粒徑為Φ5~2.5,Φ2.5~1.6,Φ1.6~0.6,Φ0.6~0.4的石英砂和粒徑為Φ0.8~1.8的無煙煤。

各級配濾料的主要作用:

◆粒徑Φ5~2.5石英砂:主要起上層濾料的支撐作用。

◆粒徑Φ2.5~1.6石英砂:主要起上層濾料的支撐作用。

◆粒徑Φ1.6~0.6錳砂:主要起去除進水中鐵離子的作用。

◆粒徑Φ0.6~0.4石英砂:主要起去除進水中大顆粒汙染物及懸浮物的作用。

◆粒徑Φ0.8~1.8無煙煤:進一步去除進水中大顆粒汙染物及懸浮物的作用。

多介質濾器的運行:

1、機械過濾器運行

1.1、機械過濾器每次投入運行前,首先進行排氣,同時開啟ST計量泵;排氣時開啟濾器上進閥和排氣閥,當排氣管路出水後排氣完畢 。

1.2、排氣完畢後,開啟下排閥,同時關閉排氣閥,調節進水流量此時濾器進入正洗狀態,當出水汙染指數SDI15≤4時,濾器投入運行,運行流速為5-10米/小時。

2、機械過濾器反洗

機械過濾器隨著運行時間的延長,壓差增加,當濾器進出水壓差增加時,需要反洗。

2.1、反衝鬆層:開啟下進閥後,再開啟上排閥,同時開啟一台反洗泵,通過調節反洗泵出水閥或濾器下進閥,控製進水量一般為正常進水量的2~3倍,鬆層時間為2~5min。鬆層結束後,關閉所有閥門和泵。

2.2 、放水:開啟排氣閥及下排閥,將水排至機械濾器內濾層以上20~30cm處後關閉下排閥。

2.3、氣擦洗:保持排氣閥和上排閥打開,打開羅茨風機的排氣閥,啟動羅茨風機。然後開啟砂濾器進氣閥,關閉羅茨風機排氣閥,砂濾器進入氣擦洗狀態。進氣壓力為0.03~0.1MPa,進氣量為18~20L/S.m2,擦洗時間為3~5min。開啟羅茨風機排氣閥,關閉濾器進氣閥,然後停止羅茨風機,再關閉羅茨風機排氣閥,氣擦洗結束。

2.4、水大反洗:啟動一台反洗泵,開啟泵出水閥,再開啟砂濾器下進閥、上排閥、排氣閥,一台反洗泵反洗運行2~3分鍾後,再啟動另一台反洗泵,此時砂濾器進入大流量反洗狀態,反洗流量控製在15~16L/m2.s。反洗時間30分鍾後,反洗出水清澈時,停止一台反洗泵,過3~5分鍾後停止另一台反洗泵,然後關閉濾器上所有閥門以及反洗泵和出水閥,反洗結束。 

3、機械過濾器的正洗

3.1、關閉下進閥、排氣閥,開啟上進閥和下排閥,同時開啟ST計量泵,濾器開始正洗。

3.2、正洗流量為工作流量,正洗時間一般為10~30min,當出水SDI15≤4時,正洗完畢,濾器可投入正常運行,閥門工作程序見下表。

閥門工作程序:

活性炭濾器:

活性炭濾器的主要作用為吸附進水中的有機物、色度、氧化性物質。

良好的活性炭比表麵積一般在1000m2/g以上,孔隙總容積一般可達0.6~1.18mL/g,孔徑由0.001~10μm,按孔隙大小可分為大孔、過渡孔和微孔。

活性炭濾器運行:

1、活性炭濾器運行

1.1活性炭濾器運行前,開啟進水閥和排氣閥,當排氣管路出水時,濾器排氣結束,開啟出水閥,關閉排氣閥,碳濾器投入運行,碳濾器運行流速通常為10-15m/h。

2、活性炭濾器反洗

2.1、活性炭濾器隨著運行壓差增大,當出水不符合指標,當碳濾器的壓差增大到0.05Mpa時,碳濾器開始反洗。碳濾器反洗時,開啟濾器上排閥和排氣閥,開啟一台反洗泵和反洗泵出水閥,然後開啟碳濾器下進閥,調節反洗流量為8-10L/m2h,流量約200 m2/h ,反洗時間為20-30分鍾,當出水清澈,關閉濾器上所有閥門,反洗泵出水閥和反洗泵,反洗結束。

2.2、活性炭濾器正洗,濾器反洗結束後,開啟濾器進水閥和下排閥,用砂濾器出水來正洗活性炭濾器,正洗流量為活性炭運行流量70 m2/h左右。正洗時間約為20-30分鍾,當出水沒有炭末下來,出水清澈,FI指數合格後正洗結束,濾器投入運行。

閥門工作程序:

消毒殺菌:

◆紫外線殺菌

◆加氯殺菌

◆臭氧殺菌

紫外線殺菌:

◆紫外線殺菌是一種物理殺菌法,細菌受紫外光照射後,細菌核酸因吸收能量而改變活力,最終導致微生物發生變異或死亡。波長在200-295nm的紫外線具有殺菌能力,波長253.7nm的紫外線殺菌效果最好。

◆紫外線殺菌的優點是接觸時間短,殺菌能力強,設備簡單,操作管理方便,處理時不改變水的物理化學性質,不會帶入附加物造成二次汙染。其缺點是沒有持續的殺菌作用,水在管線中可能被二次汙染,因此不適合飲用水和純淨水的後期殺菌。

加氯殺菌:

◆氯氣,次氯酸鈉,二氧化氯

◆近年來,因氯氣和次氯酸鈉殺菌的副產品三鹵甲烷對人體的危害被人們所了解,二氧化氯的應用迅速發展起來。

◆二氧化氯對細菌的細胞壁有較強的吸附和穿透能力,快速控製微生物蛋白質的合成,對細菌和病毒有較強的滅活能力。

二氧化氯用於殺菌的投加量為0.4-0.45mg/l,比加氯氣和次氯酸鈉的量減少一半左右。

臭氧殺菌:

◆臭氧是一種常用的殺菌劑,臭氧在分解中放出新生態的氧,具有強氧化能力,對頑強的微生物有強大的殺傷力。臭氧在幾種殺菌劑中氧化和殺菌能力最強,效果也最好。

◆臭氧殺菌效果主要取決於剩餘量和接觸時間,在實際生產中,臭氧用於純淨水殺菌所需的投加量為1-3mg/l,如用於礦泉水中投加量要略高,一般控製在桶或瓶中的臭氧濃度大於0.5mg/l。接觸時間一般不少於5min。

膜分離分類:

◆微濾(MF)

◆超濾(UF)

◆納濾(NF)

◆反滲透(RO)

微濾(MF):

截留約0.1-10微米之間的顆粒,微濾膜允許大分子有機物和溶解性固體等通過,能擋住懸浮物、細菌、部分病毒和大尺寸的膠體的透過,微濾膜兩側的運行壓差一般小於1bar。

納濾(NF):

是一種特殊的分離膜品種,因能截留約1納米(0.001微米)大小的物質而得名,納濾的操作區間介於超濾和反滲透之間,它截留有機物的分子量約為200-400左右,截留溶解性鹽的能力為20-80%,對單價陰離子鹽溶液的脫除率低於高價陰離子鹽溶液,納濾膜一般用於去除地表水的有機物和色度,脫除井水的硬度,部分去除溶解性鹽,濃縮食品和分離藥品中的有用物質等,納濾膜兩側的運行壓差一般為3.5-16bar。

反滲透(RO):

最精密的膜法液體分離技術,它能阻擋所有溶解性鹽和分子量大於100的有機物,但允許水分子透過,醋酸纖維素反滲透膜脫鹽率一般大於95%,反滲透複合膜脫鹽率一般大於98%。反滲透膜兩側的運行壓差一般大於5bar。

卷式膜元件:

膜組件的選用:

◆確定元件數

◆壓力容器的選用

膜組件的排列組合:

◆分段式

◆多級式 

反滲透裝置的配套件:

◆高壓泵

◆管路

◆閥門

◆儀表 

RO膜需要清洗的跡象:

◆當反滲透裝置隨著運行在膜上會積累膠體、金屬氧化物、細菌、有機膠體、水垢等物質,造成了性能會有一定下降,當性能下降一定程度時即產水量比初始或上一次清洗後降低。

◆產水脫鹽率下降。

◆係統壓差≥15%。

反滲透汙染特征:

膜元件化學清洗:

下表列舉了適宜的清洗藥品,這些酸性和堿性清洗劑是標準的清洗藥品,酸性清洗劑用於清除包括鐵汙染在內 的無機汙染物,而堿性清洗劑用於清洗包括微生物在內的有機汙染物。由於使用硫酸會引起硫酸鈣沉澱的危險,不應選作清洗劑。最好采用膜係統的產水配製清洗液,當然在很多情況下也可以使用經過預處理的合格預處理出水來配製清洗液。原水可能緩衝容量很大,需要消耗更多的酸或堿才能達到規定的pH值,酸性清洗的pH約為2左右,堿性清洗的pH約為12左右。 

膜元件一般清洗液:

說明:

◆(W)表示有效成份的重量百分含量;

◆按順序汙染物化學式符號為:CaCO3表示碳酸鈣;CaSO4表示硫酸鈣;BaSO4表示硫酸鋇。

◆按順序清洗化學品符號為:NaOH表示氫氧化鈉;Na4EDTA表示乙二胺四乙酸四鈉,陶氏化學生產該產品的商標為 VERSENE*;Na-SDS表示十二烷基磺酸鈉鹽,又名月矽酸鈉;HCl表示鹽酸;Na2S2O4表示亞硫酸氫鈉;H3PO4 表示磷酸;NH2SO3H表示亞硫酸氫胺。

◆為了有效的清洗硫酸鹽垢,必須盡早的發現和處理,由於硫酸鹽垢的溶解度隨清洗液含鹽量的增加而增加,可以在NaOH和Na4EDTA的清洗液中添加NaCl,當結垢一周以上時,硫酸鹽垢的清洗成功性值得懷疑。

◆檸檬酸是無機鹽垢的可選清洗劑。 

預處理運行參數記錄:

因為RO/NF係統性能主要取決於預前處理操作是否合理,預處理儀器設備的運行特性必須記錄下來,因為預處理的工藝因地而異,無法建議統一的記錄表格,一般而言,需記錄以下各項:

◆每天兩次記錄任何井水或增壓泵的出水水壓。

◆每天兩次記錄所有過濾器的壓降。

◆任何不正常的操作,如故障或停機等。 

納濾分離膜的內涵:

市場上曾有一種流行的說法:納濾就是一種疏鬆的反滲透。實際上這是一種技術概念上的誤導。表2-2為不同膜的截留率比較。真正分離概念上的納濾是對例子具有選擇截留性的過濾膜,一種氯化鈉透過率與氯化鈉濃度成正比、且該比例大於0.4的膜。其主要用於各種料液的脫鹽和濃縮。

不同膜的截留率比較:

耐高溫膜:

普通的有機膜原件的持續操作溫度必須低於50℃,如果超過此溫度膜將很快喪失正常的性能。GE公司憑借其強大的膜技術研發能力開發出耐高溫膜元件:Duratherm係列,其主要應用於:食品和飲料,製藥,電子等行業中。

Duratherm應用流域:

Duratherm HWS熱水消毒型膜元件能夠耐受周期性90℃熱水清洗消毒,用於替代傳統的膜係統化學消毒,同時可以在≤50 ℃的條件下連續運行。在歐美地區,熱水消毒型水處理係統正在越來越多地被采用。下表介紹了濕熱滅菌法的操作條件(溫度和時間)

以上數據為對無性繁殖的微生物熱消毒的最低理論參數,為了增加熱消毒的有效性,在實際應用中熱消毒的溫度和時間應高於此理論參數。

熱水消毒的有關建議:

◆在消毒之前用防汙堵水進行衝洗

◆消毒時,進水壓力不應超過40psi(275KPa)

◆消毒時,升溫和冷卻速率不應大於5℃/分鍾

◆最高消毒溫度為90℃