鋼鐵廢水回用反滲透膜污染原因分析與處理
一、鋼鐵企業(yè)深度處理工藝
某一鋼鐵企業(yè)投入使用了廢水深度處理項目,下面主要對處理系統(tǒng)中反滲透膜產(chǎn)生污染的原因進(jìn)行了分析,并提出了相應(yīng)的解決措施。
二、深度水處理系統(tǒng)存在的問題
(1)對于深度水處理系統(tǒng)中的反滲透膜,在使用以來每星期維護(hù)清洗一次,每三個月采用酸性化學(xué)清洗一次。
(2)在設(shè)備使用了4年之后,處理系統(tǒng)的進(jìn)口壓力、脫鹽效率都受到了影響,進(jìn)而影響到了處理系統(tǒng)的處理效率和質(zhì)量。
(3)經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),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(dǎo)致反滲透設(shè)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(jī)物沉淀污染幾種類型共同作用的結(jié)果。
具體原因大致可以分為以下幾點:
(一)膜自身性質(zhì)對膜污染的影響
膜自身性質(zhì)是指包括膜所使用材料理化特性、結(jié)構(gòu)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(fù)合膜雖然具有使用壓力低、脫鹽率高、通量高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點,但與醋酸纖維素膜相比不耐氯和氧化劑,抗結(jié)垢性能也不如醋酸纖維素膜。疏水性膜除鹽能力較強(qiáng),但除有機(jī)物能力弱,比親水膜更易堵塞;膜組件結(jié)構(gòu)不同抗污染能力也不同,板框式結(jié)構(gòu)抗污染能力最強(qiáng),圓管式、中空纖維式則相對較弱。因此,不同水質(zhì)條件下,對膜使用根據(jù)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(zhì)與膜污染
水質(zhì)對膜污染因水質(zhì)不同預(yù)防方式各不相同,小分子有機(jī)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(dāng)進(jìn)水SDI指標(biāo)控制不當(dāng)時往往在滲透膜表面形成半膠束污垢導(dǎo)致膜污染。微生物對膜污染通常為細(xì)菌、生物膜、藻類和真菌。細(xì)菌可以將醋酸纖維為營養(yǎng)物質(zhì)消化,因而醋酸膜易受細(xì)菌的侵蝕;對于復(fù)合膜,雖不易被細(xì)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(chǎn)生的聚合物也會在膜面形成生物質(zhì)膜,導(dǎo)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(qiáng),膜通量增加,但膜穩(wěn)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(qiáng)。當(dāng)溶質(zhì)與膜具有強(qiáng)的親和力時,提高壓力將增加膜孔內(nèi)溶質(zhì)分子的流動性,產(chǎn)生的對流剪切力使溶質(zhì)分子穿透膜,導(dǎo)致膜分離率降低。剪切速率大時質(zhì)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(jìn)行改性,根據(jù)水的質(zhì)量進(jìn)行電性(負(fù)電性、正電性以及中性)膜進(jìn)行選擇,還應(yīng)該按照電性同性相斥的工作原理促使具備特定性質(zhì)的污染物質(zhì)不容易沉淀和積累在膜的表面,確??刮廴镜奶匦缘玫綄崿F(xiàn)。
(二)針對水質(zhì)加強(qiáng)預(yù)處理
原水中能夠?qū)е履の廴镜奈镔|(zhì)物含量較高,不滿足膜要求的進(jìn)水條件,需進(jìn)行預(yù)處理,將造成膜污染的物質(zhì)最大化降低或去除,從而降低反滲透膜污染的趨勢。導(dǎo)致膜污染堵塞的主要原因有殺菌不徹底、膜系統(tǒng)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(jī)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(jié)垢鹽類,可使用阻垢劑進(jìn)行處理,處理過程注意阻垢劑作為富營養(yǎng)物質(zhì)易促進(jìn)細(xì)菌繁殖。
(三)優(yōu)化膜組件工作環(huán)境
在膜元件操作過程中,要根據(jù)膜元件廠商對膜的操作條件的要求嚴(yán)格控制膜元件工作環(huán)境,在具體應(yīng)用過程中,根據(jù)實際情況進(jìn)一步對操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,以延長膜的使用壽命,降低生產(chǎn)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(jìn)行科學(xué)的清洗可延長膜的使用壽命。在具體的清洗過程中,要根據(jù)實際情況參考膜手冊來完成。例如:面對重有機(jī)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(jié)語
總之,為了更好地降低膜污染對水處理的影響,前期設(shè)計時要充分分析水質(zhì),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(xiàn)膜污染,也要弄清膜污染出現(xiàn)的原因,才能采取有針對性的措施加以解決。(來源:中冶沈勘秦皇島工程設(shè)計研究總院有限公司)
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