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鋼鐵企業廢水回用反滲透膜污染原因分析與處理

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一、鋼鐵企業深度處理工藝

在2013 年,某一鋼鐵企業投入使用了廢水深度處理項目,下面主要對處理系統中反滲透膜產生污染的原因進行了分析,并提出了相應的解決措施。

二、深度水處理系統存在的問題

( 1) 對于深度水處理系統中的反滲透膜,在使用以來每星期維護清洗一次,每三個月采用酸性化學清洗一次。

( 2) 在設備使用了4 年之后,處理系統的進口壓力、脫鹽效率都受到了影響,進而影響到了處理系統的處理效率和質量。

( 3) 經過分析發現,知道污染是由于反滲透膜造成的,通過膜清洗,消除了該問題。

三、造成膜污染的原因分析

膜污染一般反映在膜通量下降以及分離率的降低,往往導致反滲透設備運行壓差高,出力降低。膜污染通常由微生物吸附和生長污染、大分子顆粒物附著污染和無機物沉淀污染幾種類型共同作用的結果。具體原因大致可以分為以下幾點:

( 一) 膜自身性質對膜污染的影響

膜自身性質是指包括膜所使用材料理化特性、結構性特點以及膜組件類型特征等。常用膜材料之一的聚酰胺復合膜雖然具有使用壓力低、脫鹽率高、通量高、穩定性強等優點,但與醋酸纖維素膜相比不耐氯和氧化劑,抗結垢性能也不如醋酸纖維素膜。疏水性膜除鹽能力較強,但除有機物能力弱,比親水膜更易堵塞; 膜組件結構不同抗污染能力也不同,板框式結構抗污染能力最強,圓管式、中空纖維式則相對較弱。因此,不同水質條件下,對膜使用根據具體需求具體選擇,以減少使用過程中膜污染的頻率。

( 二) 水質與膜污染

水質對膜污染因水質不同預防方式各不相同,小分子有機物對膜污染主要是其與膜相互之間形成氫鍵吸附于膜面,降低了滲透面積從而使膜通量下降。膠體難以穿過滲透膜,在膜表面被截留吸附,當進水SDI 指標控制不當時往往在滲透膜表面形成半膠束污垢導致膜污染。微生物對膜污染通常為細菌、生物膜、藻類和真菌。細菌可以將醋酸纖維為營養物質消化,因而醋酸膜易受細菌的侵蝕; 對于復合膜,雖不易被細菌侵害,但各種微生物被吸附到膜面并在膜面生長,各種粘膜會造成膜的污堵,其代謝產生的聚合物也會在膜面形成生物質膜,導致膜污染。

( 三) 工作條件與膜污染

膜的工作條件主要影響因素有溫度、壓力、pH、剪切速率等。隨水溫升高分子運動能力增強,膜通量增加,但膜穩定性越差,使用壽命隨之縮短,因此一般膜工作允許溫度在5 ~45℃,最佳溫度要求在20 ~35℃。隨施加壓力的增加,水的滲透速度將會加快,膜通量隨之增加,但膠體在膜面沉積趨勢會越來越強。當溶質與膜具有強的親和力時,提高壓力將增加膜孔內溶質分子的流動性,產生的對流剪切力使溶質分子穿透膜,導致膜分離率降低。剪切速率大時質量傳遞快,濃差極化弱,膜通量高,且膜通量降低緩慢; 但膜通量越大,水壓力停留時間增加,膜面的污垢層會越緊密,膜通量降低越快。

四、解決反滲透膜污堵問題的措施

( 一) 使用具備抵抗污染或者改性的膜

抵抗污染的膜有兩種,其一膜具備更寬的流通通道,不容易造成堵塞情況,能夠抵抗污染,這種類型的膜在純水制作和選取中不適宜使用; 還有一種是對膜的表面進行改性,根據水的質量進行電性( 負電性、正電性以及中性) 膜進行選擇,還應該按照電性同性相斥的工作原理促使具備特定性質的污染物質不容易沉淀和積累在膜的表面,確保抗污染的特性得到實現。

( 二) 針對水質加強預處理

原水中能夠導致膜污染的物質物含量較高,不滿足膜要求的進水條件,需進行預處理,將造成膜污染的物質最大化降低或去除,從而降低反滲透膜污染的趨勢。導致膜污染堵塞的主要原因有殺菌不徹底、膜系統入口濁度高以及入口SDI 值大。

對于微生物類,可以使用氯化、臭氧殺菌或使用殺菌劑,但使用過程中注意游離氯會對膜造成永久性傷害; 對有機物、懸浮物和膠體等,可通過澄清、沉淀、過濾或活性炭吸附、絮凝微濾、超濾等方法去除,降低膜入口濁度和SDI 值; 對于易結垢鹽類,可使用阻垢劑進行處理,處理過程注意阻垢劑作為富營養物質易促進細菌繁殖。

( 三) 優化膜組件工作環境

在膜元件操作過程中,要根據膜元件廠商對膜的操作條件的要求嚴格控制膜元件工作環境,在具體應用過程中,根據實際情況進一步對操作參數進行優化,以延長膜的使用壽命,降低生產費用。

( 四) 膜污染后的清洗

膜污染只能降低而無法完全避免,對膜進行科學的清洗可延長膜的使用壽命。在具體的清洗過程中,要根據實際情況參考膜手冊來完成。例如: 面對重有機物污染,清洗液中適度的增加三聚磷酸鈉藥劑量,能使清洗效果更佳。

五、結語

總之,為了更好地降低膜污染對水處理的影響,前期設計時要充分分析水質,制定合理的處理工藝,并選擇合適的反滲透膜,若使用過程中出現膜污染,也要弄清膜污染出現的原因,才能采取有針對性的措施加以解決。

參考文獻:

[1]張葆宗.反滲透水處理應用技術[M].北京: 中國電力大學出版社,2004.

[2]葉劍娜.A/O+超濾/反滲透雙膜法處理回用印染廢水實例[J].能源環境保護,2016,26( 04) : 37-40.

[3]劉偉強.水處理反滲透膜污染原因分析與清洗對策[J].中國科技博覽,2017( 3) : 343-344

 

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