超濾UF(微濾 MF)處理
近年來,隨著超濾/微濾系統(tǒng)性價比的提高,其價格逐漸向傳統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)靠攏,UF/MF
已經(jīng)越來越廣泛用于地表水、污染地表水、市政廢水回用、工業(yè)廢水回用等方向作為RO的預(yù)處理。UF/MF
的主要作用是去除水中的膠體類大小的物質(zhì),諸如硅膠體、其他膠體、顆粒、藻類、菌類、大腸桿菌、病毒、熱原體、原生動物、油脂、蛋白質(zhì)及其他高分子有機(jī)物
等等;并協(xié)同絮凝劑等對 TOC、色素等有降低作用;但是對鹽分、汽油、糖、酒精、小分子物質(zhì)(有機(jī)和無機(jī))等無去除作用。
超濾膜是一層極薄而致密的薄膜,在原水和產(chǎn)水之間形成一種非常有效的屏障,過濾機(jī)理有三種:
● 表面過濾---可去除比孔徑大的一切雜質(zhì)。
● 深層過濾---可去除部分比孔徑小的物質(zhì)。
● 吸附過程---大分子物質(zhì)粘附在膜表面而被去除。
與傳統(tǒng)水處理技術(shù)相比, 中空纖維超濾膜有其獨(dú)到的優(yōu)勢,如下所述。
①、穩(wěn)定的產(chǎn)水品質(zhì),不因進(jìn)水水質(zhì)而變化。即便在進(jìn)水濁度達(dá)到250NTU時,出水濁度仍然 可以達(dá)到0.1 NTU。因此,可處理水源水質(zhì)變化范圍允許較大。如下圖所示,不管進(jìn)水濁度如何劇烈變化,其產(chǎn)品水濁度始終維持在0.1NTU以內(nèi),且其產(chǎn)水SDI15能做到絕大多數(shù)情況下小于3.0,這對RO系統(tǒng)來說是十分好的進(jìn)水水質(zhì)。具體來講,UF產(chǎn)水呈現(xiàn)如下分布規(guī)律:如果進(jìn)水為井水,那么UF出水SDI15 多數(shù)情況下能<1.0;如果進(jìn)水為地表水,那么UF出水SDI15 多數(shù)情況下能<2.0;如果進(jìn)水為市政廢水或工業(yè)廢水,那么UF出水SDI15多數(shù)情況下能<3.0。UF的產(chǎn)水量一直維持穩(wěn)定,并不隨時間衰減。水量不夠,提壓補(bǔ)償即可。
②、廢水排放更少。UFMF的反洗/快沖/清洗廢液、及其運(yùn)行濃水等均可回到預(yù)處理的絮凝澄清 池進(jìn)一步處理回用,因此其運(yùn)行過程中水的損耗是非常小的。UF的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能誘人,可用于工藝廢水的循環(huán)處理,是零排放工廠的重要選擇。
③、大大改善下游系統(tǒng)的工作情況 (RO, IX)。反滲透通量可適當(dāng)提高10-30%;同時可提高反滲 透膜壽命,因?yàn)榍逑搭l率減少,化學(xué)藥品的消耗也減少了。離子交換樹脂的污染減少了,其動力學(xué)性能受到很好的保護(hù),其更換周期也相應(yīng)地延長。
④、UF可設(shè)計成全自動的系統(tǒng),因此只需更少的人力來運(yùn)行、管理、維護(hù)、清洗等。
⑤、UF系統(tǒng)可簡易擴(kuò)容的模塊化設(shè)計使得其在擴(kuò)建時變得極為容易。因此,其擴(kuò)建成本低、周 期短,是一種很方便的技術(shù)。
軟化處理-Softening
通過物理或化學(xué)的方法去除水中硬度而獲得軟化水的過程成為軟化處理。
軟化處理的物理方法主要是指納濾膜軟化、熱軟化。膜軟化是利用納濾膜對水中二價硬度離
子和一價陽離子的脫除率不同而實(shí)現(xiàn)軟化目的,并且隨著納濾膜本身標(biāo)稱脫鹽率的分級不同,其軟化效果也有別。膜軟化的好處是不論是碳酸鹽還是非碳酸鹽硬度,
都能一并去除。目前膜軟化 主要用于中國北方高硬飲用水處理、海島苦咸水處理、海水淡化的預(yù)處理等等。下面是一個國內(nèi)膜軟化的例子,硬度離子的脫除率高達(dá)96-98%。
離子 |
NF進(jìn)水(mg/l) |
產(chǎn)品水(mg/l) |
脫除率% |
Na+ |
330.1 |
112.3 |
66.0 |
Ca2+ |
402 |
8.3 |
97.9 |
Mg2+ |
94 |
1.6 |
98.3 |
HCO3- |
165.9 |
16.8 |
89.9 |
Cl- |
897.3 |
147.5 |
83.6 |
SO42- |
368.2 |
6.3 |
98.3 |
NO3- |
82.7 |
38.5 |
53.4 |
SiO32- |
17.5 |
2.3 |
86.9 |
TDS |
2365 |
335 |
85.8 |
總硬度 |
1392.9 |
27.2 |
98.0 |
熱軟化主要是水中含有重碳酸鹽硬度時,利用碳酸氫鈣加熱會分解成碳酸鈣沉淀的現(xiàn)象,從 而降低水中重碳酸鹽硬度的方法,實(shí)際上燒開水時就是一個典型的熱軟化過程。
軟化處理的化學(xué)方法主要是指石灰軟化、Na離子交換樹脂軟化。石灰軟化可參考前面的論述。下面主要討論一下 Na 型離子交換樹脂軟化。當(dāng)含鈣鎂硬度離子的原水經(jīng)過 Na 床時,會發(fā)生如下 反應(yīng):
2RNa+Ca2+ → R2Ca+2Na+
2RNa+Mg2+ → R2Mg+2Na+
當(dāng)交換柱運(yùn)行到 Na 型樹脂大都轉(zhuǎn)變成Ca型,以致影響出水水質(zhì)時,為了恢復(fù)陽樹脂的交換能力,必須進(jìn)行再生,使它重新轉(zhuǎn)變成Na型。再生藥品使用NaCl,其原理如下反應(yīng):
R2Ca+2Na+ → 2RNa+Ca2+
R2Mg+2Na+ → 2RNa+Mg2+
Na 型樹脂軟化的應(yīng)用目前主要用于小型RO系統(tǒng)的預(yù)處理、低參數(shù)鍋爐的給水處理等。但由 于其再生過程會產(chǎn)生大量高含鹽量難于排放的廢水,Na型樹脂軟化應(yīng)用在高參數(shù)的鍋爐上正變得 越來越不被接受。
脫堿處理-Dealkalization
將水中堿度去掉的過程稱為脫堿處理。脫堿過程主要利用H型離子交換樹脂來處理,脫堿的 同時還在進(jìn)行軟化。當(dāng) H 型樹脂將原水軟化后,其出水成酸性,因此緊接著需要借助除碳器將CO2去掉,從而實(shí)現(xiàn)脫堿的目的。脫堿工藝可大體分為兩類:H型弱酸樹脂+除碳器;H-Na離子聯(lián)合系統(tǒng)+除碳器。
A、H型弱酸樹脂的脫堿時,只能去除碳酸鹽硬度,原理如下:
2RCOOH + Ca(HCO3)2 → (RCOO)2Ca + 2H2CO3
2RCOOH + Mg(HCO3)2 → (RCOO)2Mg + 2H2CO3
除碳器吹脫: H2CO3 → 2H2O+2CO2↑
pH 調(diào)節(jié)(RO前、RO后)
pH值調(diào)節(jié)處理可分為RO前和RO后兩個環(huán)節(jié)。下面分別加以論述。
RO前的pH調(diào)節(jié)有3種主要作用。一、原水pH過高時,通過給水加酸以控制碳酸鈣、氫氧化鎂結(jié)垢;二、原水pH過低時,通過加堿以提高系統(tǒng)脫鹽率或者控制SiO2結(jié)垢;三、特種分離體系,通過加酸/堿調(diào)節(jié)pH以使特定組分(比如氨基酸的分離)的脫除率提高或降低,從而達(dá)到分離和濃縮的目的。下面重點(diǎn)討論一下,加酸抑制碳酸鈣/氫氧化鎂垢、加堿抑制SiO2垢的原理。
抑制碳酸鈣垢:
當(dāng)RO濃水中的Ca2+和CO32-的溶度積超過溶度積常數(shù)時,便有生成CaCO3沉淀的趨向;同樣地,當(dāng)Mg2+和OH-的溶度積超過溶度積常數(shù)時,便有生成Mg(OH)2 沉淀的趨向。如下式所示。
Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2↓
當(dāng)向給水加酸時,便有如下反應(yīng)發(fā)生,從而抑制垢的生成。
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑
Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O
宏觀上,人們習(xí)慣用拉格朗日飽和(Langelier Saturated Index,簡稱 LSI)指數(shù)來描述水的結(jié) 垢趨向。
當(dāng) LSI=0 時,理論上認(rèn)為水是穩(wěn)定的,不會結(jié)垢;
當(dāng) LSI>0 時,理論上認(rèn)為水中碳酸鈣呈過飽和狀態(tài),有結(jié)垢傾向;
當(dāng) LSI<0 時,理論上認(rèn)為水中碳酸鈣呈溶解傾向,不會結(jié)垢,但水的腐蝕性會增強(qiáng)。
下面是一個加酸調(diào)節(jié)RO進(jìn)水及其濃水的LSI的例子。系統(tǒng)的運(yùn)行回收率為71.4%,水溫21℃。 很明顯,當(dāng)用HCl將原水pH從8.7降到7.5后,RO濃水LSI從極為危險的3.27 降到了2.04,位于高效阻垢劑的安全范圍內(nèi)。
指標(biāo) |
原水 |
RO進(jìn)水 |
RO濃水 |
調(diào)節(jié)PH后RO進(jìn)水 |
調(diào)節(jié)PH后RO濃水 |
Ca2+ |
175.2 |
175.2 |
609.2 |
175.2 |
609.2 |
Mg2+ |
42.2 |
42.2 |
146.7 |
42.2 |
146.7 |
Na+ |
48.1 |
48.1 |
165.8 |
48.1 |
165.8 |
K+ |
6.41 |
6.41 |
22.03 |
6.41 |
22.02 |
NH4+ |
0.88 |
0.88 |
2.97 |
0.88 |
2.97 |
HCO3- |
217.8 |
217.8 |
723.5 |
203.02 |
703.05 |
SO42- |
91.7 |
91.7 |
319.3 |
91.7 |
319.3 |
Cl- |
317.9 |
317.9 |
1104.4 |
326.6 |
1134.2 |
NO3- |
4.92 |
4.92 |
16.9 |
4.92 |
16.9 |
F- |
0.16 |
0.16 |
0.56 |
0.16 |
0.56 |
SiO2 |
9.2 |
9.2 |
31.9 |
9.2 |
31.9 |
CO2 |
0.75 |
0.75 |
0.72 |
11.02 |
11.02 |
PH |
8.7 |
8.7 |
9.24 |
7.5 |
8.04 |
LSI |
1.6 |
1.6 |
3.27 |
0.37 |
2.04 |
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O --東莞RO反滲透水處理設(shè)備,
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