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印染废水处理技术对过滤速率的影响

作者:北京水处理公司发布时间:2012-01-09

  微滤、超滤、纳滤、反渗透等膜分离技术是近来在含油废水、 染料废水、 造纸废水、 含重金属废水和高浓度有机废水等水处理中普遍应用的分离技术[1 - 4 ]。在超/微滤中 ,被截留的悬浮物发生膜细孔堵塞 ,逐渐形成架桥并增厚多孔的凝胶层 ,导致渗透通量的下降 ,而且使膜发生劣化 ,导致膜的使用寿命缩短 ,因此控制和减小膜过滤过程中的浓差极化及其他膜污染十分必要[3 - 4 ]。膜性能的改善并未解决浓差极化及膜孔堵塞的问题 ,浓差极化及膜污染程度主要取决于膜表面的过滤状态。研究者提出了如错流过滤[4 - 5 ]、 振动型动态过滤[6 - 10 ]、 电磁场动态过滤[11 - 12 ]、 旋转动态过滤[8 ,10 ,13 - 14 ]、 周期性反冲洗技术[15 - 16 ]等污染防止方法。采用曝气扫流超滤是把滤饼扫下膜面以保持较高的过滤速率的一种防污染方法。笔者采用超滤工艺进一步处理印染废水处理厂排放的二次处理水 ,研究了操作方式对超滤速率变化的影响。

  1、实验部分

  1.1.1、废水的来源及水质特征印染废水通过物理化学前处理及生物处理后,排水水质分析结果如表 1。该废水的元素及阴离子分析分别采用电感耦合等离子体发射光谱仪(iCAP6300 ,USA) 和离子色谱(MIC IC , Switzerland) ,分析结果如表2。

  

 

  1.1.2 、工艺流程及实验方法

  废水后处理工艺的中试流程如图1所示。废水后处理工艺主要由UF与 RO部分组成。UF膜组件是一个中空纤维外压式组件 ,有效过滤面积 75 m2。RO膜组件是膜面积分别为 615 m2的 2 支卷式膜,为保持 RO的稳定运行需要UF出水的水质达到 RO的入水标准。

  

 

  1—原水槽;2—泵;3—絮凝剂;4— pH调整剂;5—搅拌机。

  6—混凝槽;7—流量计;8—膜组件;9—压力表;10—超滤出水槽。

  11—杀菌剂储槽;12—阀门;13—RO膜1 ;14—RO膜2 ;15—溢流槽。

  图1、废水后处理工艺流程

  为了确定中试UF的操作条件用图 2 所示的超滤实验装置进行UF的基础实验。实验采用有效面积为 010316 m2的孔径为 0122μm的聚乙烯中空纤维外压式膜组件 ,膜过滤压力由真空泵(SHZ- D( ⅢA) ,上海)的抽吸来保持恒定。曝气扫流用隔膜式气泵(ACO- 9610 ,广东) 。过滤器的水位用进水阀门的开闭和溢流管来控制保持恒定。

  在恒压条件下 ,通过 dead - end 过滤、 连续曝气过滤以及运行周期分别为 15、 20 min 的间歇过滤等不同操作方式进行膜过滤实验。在实验中 ,在线测定了滤液量随时间的变化。实验数据经过过滤方程计算后 ,分析了不同操作方式对超滤速率变化的影响。

  

 

  2、 结果与讨论

  2.1.1、 曝气对超滤速率的影响

  当过滤压力Δp 在 0102 MPa 时 ,经过膜工作间段Δt 后 ,测定滤液量 ,计算膜通量如图 3 所在过滤初期膜通量衰减速度较快。是因为在过滤期膜通量比后期大 ,因此膜内部孔隙中及膜面上截留的微粒量也相应增多。

  

 

  另外 ,过滤初期的堵塞机理主要是内孔堵塞 ,所以膜通量下降较快。随着过滤时间的增加 ,微粒主要在膜表面截留 ,然后被沉积层的空隙和其表面截留 ,从而导致总体阻力的增加 ,同时过滤速率逐渐减小。也可以看出 ,不曝气过滤速率衰减梯度比曝气过滤大。

  2.1.2 、周期运行对超滤速率的影响

  图4、 图 5 分别为运行周期为 15 min 和 20 min的过滤速率曲线 ,间歇运行每个周期包括过滤、 停止、 曝气扫流 3 个过程。间歇运行可以恢复膜的稳定阶段的速率 ,而且在前几个周期里先不曝气过滤然后曝气扫流 ,其过滤速率恢复比连续曝气过滤更明显 ,然而随着周期数的增加 ,2 种操作的速率恢复效果逐渐接近。这说明在膜过滤中并不只有曝气有防止污染的效果 ,而根据上述的力平衡方程 ,停止过滤 ,解除作用于颗粒上的抽吸力后再采用曝气扫流 ,才能达到更好的扫流效果。同时可以看出 ,周期次数增多 ,2种操作方式的差距减小 ,导致 2 条衰减曲线重叠 ,说明膜污染到一定程度后曝气 +过滤的防污染效果不明显。

  

 

  

 

  图6、 图7是周期运行的过滤阻力上升曲线 ,图中d t/ d q为过滤速率的倒数(其表明过滤阻力) , q为单位面积所得的滤液量(m3· m- 2) 。可以看出利用周期运行方式能控制过滤阻力的继续上升 ,从图上的曲线可以比较在不同操作下的过滤阻力的变化 ,按 “曝气过滤-暂停-曝气扫流”<“不曝气过滤-暂停-曝气扫流”<“连续曝气扫流” 的顺序阻力增大。2种周期运行方式下的阻力差距不大 ,而周期运行与非周期运行之间的差距较大 ,为节省曝气所需要的能量 ,按照具体的工况 ,必须采用 “不曝气过滤-暂停 + 曝气扫流” 的周期运行方式。为了在现场实现频繁的运行- 停止的操作 ,需要采用自动控制系统 ,如可编程 P LC控制器。

  

 

  

 

  213、操作压力对超滤速率的影响

  经过前处理的废水采用三氯化铁为混凝剂处理后在不同操作压力下的通量衰减曲线如未经混凝处理的对比试验结果见图 9。一般在工艺中 ,加混凝剂后产生的絮体有压缩性的 ,在的压力下被压缩压密 ,导致孔隙率降低 ,通量很低。可以看出对两种料液 ,压力越高通量越大压力小于0108 MPa ,均未发生压缩压密现象。明在上述特征的印染废水过滤中 ,在抽吸过滤条件下 ,可以不考虑沉积物的压缩性。

  

 

  

 

  

 

  3、 结语

  在超滤的初始阶段,由于通量大使得膜的堵塞速度也相应快 ,导致超滤速率衰减较快 ,随着过滤时间的延长 ,超滤速率逐渐稳定下降。曝气在超滤中能够起到防止污染的作用 ,而周期运行与非周期运行之间的差距较大 ,采用周期运行方式在一定程度上可以恢复超滤速率。在上述特征的印染废水过滤中 ,压力小于 0108 MPa ,可以不考虑沉积物的压缩性。

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