纳滤工艺在反渗透浓水处理中的应用研究

纳滤工艺在反渗透浓水处理中的应用研究

废水废水属于典型的高盐废水。直接排放对受纳水体的生态系统产生负面影响，并存在一定的环境风险。在水资源匮乏的今天，根据实际情况科学合理地选择浓水处理方法，回收和再利用这部分反渗透浓水具有很好的经济效益和社会效益反渗透浓水水量、水质受到的影响因素有进水水质、回收率、预处理中使用的阻垢剂、反渗透膜清洗时使用的清洗剂等。其中进水水质对浓水的性质起主要决定作用，而过程中添加的化学物质的影响较小，因为添加的浓度相对较低（一般<10mg/L）。反渗透浓水中的物质组成主要是有机污染物（用COD表示）或无机盐组分（TDS），其中COD对人类和环境危害重大的污染物有内分泌干扰物、药物及病原菌；TDS主要成分为Cl因此，本研究对不同批次反渗透浓水水质进行检测分析，通过SDI指数分析得出应该考虑适当的预处理技术，并开展了纳滤膜工艺做出预处理技术的实验，为反渗透浓水深度处理提供了工程经验1材料和方法1.1纳滤系统设计本试验所用工艺路线如图1所示，由于废水硬度较高，因此采用了两级软化预处理工艺。反渗透浓水经管道输送至原水池，管道应采用耐腐蚀材料，避免原水的二次污染。采用药剂软化+离子交换软化去除水中硬度及碱度，避免后续膜浓缩中出现结垢，保证膜系统长期高效运行。之后通过纳滤系统将原水分离为2部分：COD高、二价离子富集在浓水中；淡水中则主要以一价离子为主。该工艺避免了COD对后续工艺的影响，同时实现了盐的分离，减少了固体废物的产生量，实现了资源的回收利用。1.2再生水水质相对稳定运行试验用水取自天津滨海区域某再生水厂反渗透车间，该再生水厂已经稳定运行超过1a，承接上游污水处理厂达标排放出水，盐度和水质相对稳定，具备代表性。1.3纳滤、ro1系统软化工艺采用了软化沉淀及离子交换工艺。软化沉淀工艺利用石灰乳和纯碱的混合液作为水的软化剂，离子交换采用了钠离子交换树脂及弱酸离子交换树脂，对浓水进行深度软化。纳滤采用连续进水的方式，纳滤装置采用3只GEDK8040纳滤膜，配套进水泵、循环泵等，采用程序控制。连续监测反渗透浓水常规指标、离子类污染物、有机物和SDI指数，纳滤透析液中硫酸根、钙、镁、有机物含量以及SDI值，保证纳滤系统的长期稳定运行。1.4cod、ph和phsj-3f、h根据《水和废水监测分析方法》，SS采用重量法测定；COD采用DR2800型COD快速测定仪（美国HACH）测定；pH采用PHSJ-3F型pH计测定；TDS采用HQ40D快速测定仪（美国HACH)2结果与讨论2.1水样含盐量、硬度和碱度对6批水样的常规指标检测结果如表1所示。常规指标检测结果表明，水样含盐量、硬度和碱度都较高，但悬浮性颗粒物较少。COD最高达174.7mg/L，硬度最高达3086.2mg/L，含盐量最高达14359mg/L。存在膜有机污堵和结垢风险2.2水质主要阴离子构成在对水样进行主要阴阳离子含量检测前，先做了阴离子和阳离子全离子色谱扫描，已明确水样中典型离子构成特征。6批次水样的全离子扫描结果一致表明，水样中主要阴离子构成为Cl监测结果表明，阴离子构成中氯离子含量最高，但波动较大，浓度波动范围为1200～6200mg/L。硫酸根离子的存在意味着浓水侧不但可能存在碳酸盐结垢（高碱度）问题，同时也可能存在硫酸盐结垢问题；阳离子监测结果表明，水样硬度构成离子包括钙离子和镁离子，两者浓度相差不大。其中钙离子浓度在170～300mg/L之间，镁离子浓度在160～540mg/L之间。这意味着浓水侧的无机结垢可能主要由钙垢和镁垢组成2.3小分子有机物检测利用凝胶色谱对水样中有机物分子量分布特征做了进一步分析，6批水样的分子量分布图谱如图2所示。测定结果表明，前3批水样中有机物分子量分布区间大体相同，都在100000～1000Da之间，其中绝大部分在10000～1000Da之间，属于中小分子量有机物；后3批水样中有机物分子量分布区间都在10000～100Da之间，其中绝大部分在1000～100Da之间，均为小分子量有机物。综合6批水样是有机物分子量规律看，水中有机物分子尺度始终以中小分子量为主，这意味着在选择以去除有机物为目的的预处理工艺时，应着重考虑针对中小分子去除率好的技术2.4粒度分布谱图利用纳米激光粒度仪对6批水样中悬浮颗粒物的粒度分布进行了检测，图3为6批水样的悬浮颗粒物粒度分布谱图。从水样的粒径分布图谱可以看出，水样中悬浮性颗粒物的粒径主要集中在400～800nm之间，这样的粒度意味着普通的多介质过滤或保安过滤都不能将之截留。但由于悬浮颗粒物的含量较少，浓度仅在0.4～0.8mg/L之间，所以可能对反渗透膜污染的贡献不会很大。2.5sdi水净材料对水样的SDI值进行了测定，测定结果图4所示。SDI数值在10.52～19.51之间，测定过程中膜过滤均发生了严重污堵现象。水样的SDI值波动较大，但均远大于传统反渗透所允许的入口值（SDI最大不超过5），特别是第2批水样SDI高达19，这样的进水即使采用抗污染能力强的碟管式反渗透（DTRO）也可能会产生膜污堵问题。根据2.4节综合分析，水样中悬浮颗粒物含量极少，因此，造成SDI高的主要成分可能是溶解性胶体物质及溶解性固体物质。对SDI值最高的第2批水样膜片进行XPS分析，结果如图5所示。显然，造成SDI高的主要成分是胶体类物质和无机结垢组分，胶体类物质主要为硅、铝和铁类胶体，无机结垢组分主要为钙垢和镁垢。2.6反渗透浓水硬度降低两级软化后出水硬度如图6所示，在试验过程中出水硬度在5～45mg/L，呈现了一定的波动性。这是由于在4月份的试验启动调试过程中，反渗透浓水硬度波动较大，药剂的投加量无法准确判定。5月份完成设备调试后，对药剂投加量完成优化，软化出水硬度基本低于25mg/L,11月份，通过药剂投加量调整，软化出水硬度基本低于10mg/L。结果表明，本试验采用的软化工艺可以有效降低出水的硬度，软化后的水质可以满足纳滤对硬度的进水要求。2.7原水预处理纳滤进水中SO纳滤进出水SO综上所述，由于在原水中含有较多的钙、镁离子，因此试验中采用了两级预处理，对原水进行了充分的软化，软化后废水中的阳离子主要为Na3高硬度、高sdi、高sdi的测定(1）经过对不同时期水样的分析