超滤-反渗透集成膜技术处理酒精废水的研究

超滤-反渗透集成膜技术处理酒精废水的研究

酒精废水是一种高度有机的废水，具有高cod浓度、高硫含量、高温度和低ph值的特点。目前,我国一般采用厌氧(厌氧消化、UASB工艺、厌氧接触工艺)+好氧(SBR工艺、接触氧化工艺)处理使其达标排放。随着国家对酒精行业污水排放标准的提高,低运行成本和绿色环保型循环经济的需求,如何有效地转化现有的废水资源,变废为宝,是当前酒精行业需要解决的问题。膜分离技术由于兼有分离、浓缩和纯化等功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤以及过程简单、易于自动化控制等特性,已广泛应用于水处理、电子、食品、环保、化工等领域。本研究采用超滤-反渗透集成膜技术对酒精废水二级生化出水进行深度处理,使膜系统产水回用作锅炉补充水。采用该集成膜技术回用酒精废水,不仅可以实现酒精废水末端削减的目标,又可以提高水的循环利用率,节约大量水资源,具有良好的环境、经济和社会效益。1实验部分1.1废水的来源和水质实验在河南省某大型酒精企业污水处理站进行,废水取自该企业酒精废水经二级生化处理后的出水,其水质如表1所示。1.2超滤-反渗透集成膜系统es和聚偏氟化乙烯法本研究选用某公司的实验室用膜装置,可根据实验需要更换不同的膜组件,其装置流程如图1所示。超滤膜分别采用聚砜(PS)、聚醚砜(PES)和聚偏氟化乙烯(PVDF)超滤膜组件,截留分子量分别为50ku、50ku和45ku,反渗透膜采用低压芳香聚酰胺膜反渗透膜组件。将酒精废水生化处理结合混凝过滤处理后出水作为超滤-反渗透集成膜系统的进水,由进液泵从原水箱输送至超滤膜组件,透过液收集后作为反渗透的优质进水,浓水回到原水箱循环处理。反渗透进水经进液泵输送至反渗透膜组件进行除盐处理,浓水回到原水箱循环处理。1.3反渗透膜清洗实验废水超滤实验:采用3种不同超滤膜组件分别运行超滤装置120min,测定各超滤产水COD、浊度和电导率。超滤-反渗透膜系统实验:结合废水超滤实验确定了最佳超滤膜组件,检测超滤-反渗透集成膜系统进水、出水的COD和电导率,考察该系统对废水污染物的去除效果。反渗透膜清洗实验:采用清水清洗、酸洗(0.1%HCl)+碱洗(0.1%NaOH)、碱洗(0.1%NaOH)+酸洗(0.1%HCl)3种不同清洗方式以低流速、低压力进行反渗透膜清洗,清洗完毕后测定其膜通量。COD:采用WXJ-Ⅲ微波闭式消解仪器测定;浊度:采用WGZ-1浊度仪测定;电导率:采用雷磁DDS-11C型电导率仪测定。2结果与讨论2.1种超滤膜对cod、pvdf的去除效果超滤作为反渗透的预处理,分别采用3种超滤膜对废水COD、浊度和盐类物质进行去除,其去除效果如图2所示。3种超滤膜对COD的去除率均处于26%~38%之间,主要由超滤孔的筛分作用以及超滤表面形成的凝胶层的吸附作用去除废水中悬浮物和胶体。超滤具有良好的除浊功能,3种超滤膜对浊度的去除率均达到97%以上,其产水浊度小于0.1NTU。超滤几乎对盐类物质无截留作用,电导率作为表征指标真实反映了废水中盐类物质的去除情况。这是由于超滤的筛分作用完全取决于自身的孔径大小,超滤膜主要用于分离大分子物质,能有效截留无机颗粒物及胶体等,分子量较小的可溶性有机物和盐类物质则与水分子一同透过超滤膜。从图2中还可知,聚醚砜(PES)超滤膜较其他两种超滤膜对废水COD、盐类物质去除效果较好。有研究表明PS超滤膜的孔形比较规则,孔径分布比较窄,发生膜表面污染的机会比较大,易造成膜孔密度减小;PES超滤膜孔径分布居中,其孔形不太规则,造成的膜孔密度减小速率较慢;PVDF超滤膜孔形不太规则,膜孔内污染会比较严重,从而造成膜孔密度减小严重。因此,后续实验采用PES超滤膜不仅能去除废水中悬浮物和胶体,而且具有一定的抗污染特性,从而提高反渗透进水水质。2.2超滤-反渗透集成膜对排盐废水的处理效果(1)对废水COD的去除效果。超滤-反渗透集成膜系统对废水COD的去除效果,见图3。进水COD浓度为26.23~50.82mg/L,超滤产水COD浓度24.26~40.16mg/L,平均去除率达到36.76%;再经反渗透处理产水COD浓度为6.56~14.08mg/L,平均去除率达到77.22%。可见,该系统对废水COD去除效果较显著,这是由于原水经过超滤筛分作用后,其超滤产水COD由溶解性小分子有机物引起,而反渗透膜自身具备超细孔径(<0.1nm),可达到进一步削减有机物的目的。(2)对废水盐类物质的去除效果。超滤-反渗透集成膜系统对盐类物质的去除效果,见图4。进水电导率为3300~3500μS/cm,经超滤处理后电导率略为下降,平均去除率仅为5.68%,可见,超滤对盐类物质几乎不起截留作用,验证了废水超滤实验结果。反渗透对盐类物质去除效果显著,膜系统产水电导率为60~120μS/cm,平均去除率达到97.25%。这主要由反渗透膜超细孔径(<0.1nm)的截留作用决定。(3)超滤-反渗透集成膜系统产水水质。该系统产水水质及工业锅炉水质见表2所示。由表2可知,超滤-反渗透集成膜系统产水水质与《工业锅炉水质》(GB/T1576-2008)对比,该系统产水浊度、硬度、总铁均小于0.1NTU、0.03mmol/L和0.03mg/L,电导率处于60~120μS/cm之间,满足低压锅炉给水标准,但pH值略低于该标准。该系统产水水质优良,可直接作为锅炉补充水,在该系统后增设一套混床除盐设备和pH加氨调节设备,即可将除盐水进一步脱盐后作为企业中高压锅炉给水。2.3膜法水处理废水实验本实验中反渗透膜纯水膜通量(25℃,0.5MPa)为25L/(m2·h),废水膜通量为20L/(m2·h),可见,在废水实验中,由于浓差极化和膜污染层的存在,膜的废水通量小于纯水通量。长期运行条件下,膜表面和膜孔径内难以去除的污染物积累到一定程度,需要通过膜清洗来清除膜污染、恢复膜性能。由图5可知:净水清洗这种物理清洗方式能有限地恢复膜通量,而酸洗+碱洗组合化学清洗方式较碱洗+酸洗清洗方式更利于膜通量恢复,其废水膜通量可恢复至新膜废水通量的93.75%。3膜的清洗及膜通量(1)采用聚砜(PS)、聚醚砜(PES)和聚偏氟化乙烯(PVDF)超滤膜分别作为反渗透的预处理,聚醚砜(PES)超滤膜较其它两种超滤膜对COD、盐类物质去除效果较好;3种超滤膜对浊度的去除效果均显著,其产水浊度<0.1NTU,可提高反渗透进水水质。(2)利用净水清洗、酸洗+碱洗、碱洗+酸洗清洗方式对反渗透膜进行清洗,酸洗+碱洗组合清洗方式较其它两种清洗方式能