本研究以陜西榆林某煤化工廢水處理裝置的反滲透濃水為對象,設計規模為中試。模擬實(shí)際項目運行工況,連續運行90d。采用納濾膜分離技術(shù),考察納濾膜對有機物的截留效果,通過(guò)調整納濾膜系統的運行條件和實(shí)驗參數,根據不同條件下納濾膜對有機物的去除率,分析納濾膜對有機物的截留特性;通過(guò)對比分析不同型號的納濾膜對有機物的截留效果,為實(shí)際工程項目納濾膜的選擇及工藝參數優(yōu)化提供依據。
1、實(shí)驗部分
1.1 水樣及測試方法
實(shí)驗用煤化工廢水處理裝置的反滲透濃水,處理水量1m3/h,電導率為59.2~72.7mS/cm,COD為170~250mg/L,pH為9.23~11.56,氯化物、硫酸鹽的質(zhì)量濃度分別為7.995~10.83、20.94~26.17g/L,二氧化硅的質(zhì)量濃度21~87mg/L。
COD測試方法按GB11914-89進(jìn)行。
1.2 納濾膜
實(shí)驗用納濾膜參數見(jiàn)表1。
1.3 實(shí)驗流程
實(shí)驗流程見(jiàn)圖1。采用2只8英寸納濾膜,2段布置方式,進(jìn)水壓力在1.8~2.2MPa,膜通量在6~10L/(m•2h)。
2、結果與討論
2.1 截留COD效果
裝置調試完成后,連續運行90d,進(jìn)水平均電導率62.7mS/cm、pH為10.16。使用1#膜,在運行壓力1.8MPa條件下連續運行10d,考察納濾膜對COD的截留效果,結果見(jiàn)圖2。
由圖2可知,進(jìn)水COD在170~240mg/L,濃水側COD為250~350mg/L,產(chǎn)水COD穩定在78~110mg/L,COD平均去除率為53.4%。盡管進(jìn)水COD存在波動(dòng),但出水COD相對平緩,這說(shuō)明納濾工藝對有機物的去除有一定的穩定性。分析原因可能是煤化工廢水經(jīng)過(guò)前端生化和過(guò)濾截留作用,反滲透濃水中主要是殘留的大分子難降解有機物,這些有機物可以被納濾膜截留下來(lái)得以去除,所以納濾系統表現出對COD有較高的去除率。
2.2 壓力對截留COD的影響
采用1#膜,進(jìn)水平均電導率62.7mS/cm、pH為10.16。通過(guò)調節高壓泵的頻率,分別調整不同的運行壓力各連續運行10d,測試納濾膜對COD的截留效果,結果見(jiàn)圖3。
由圖3可知,在進(jìn)水COD在170~250mg/L條件下,產(chǎn)水側COD平均分別為80、78、75、55mg/L,COD平均去除率分別為54.0%、56.8%、57.0%、59.9%。納濾對COD的去除率隨運行壓力的增大而升高,運行通量隨運行壓力的增大而升高。納濾過(guò)程為壓力驅動(dòng)過(guò)程,隨著(zhù)壓力的增加,單位時(shí)間內透過(guò)膜的溶劑體積逐漸增加,而單位時(shí)間內透過(guò)溶質(zhì)的量卻沒(méi)有變化,所以其截留率出現相應的增加。
2.3 回收率對截留COD的影響
采用1#膜,進(jìn)水平均電導率62.7mS/cm、pH為10.16,COD為170~250mg/L。結合實(shí)際工程納濾的回收率,考慮進(jìn)水平均電導率較高,故將納濾系統的回收率分別控制在40%、45%、50%、55%和60%這5種條件下,結果見(jiàn)圖4。
由圖4可知,隨著(zhù)回收率的升高,納濾膜對COD的截留率逐漸升高,但升高幅度較小;同時(shí)隨著(zhù)回收率的升高,滲透通量逐漸升高,這與運行壓力的影響是一致的??紤]納濾膜對COD截留率上升的比較緩慢,主要原因是反滲透濃水含鹽量較高,溶液逐漸被濃縮,膜表面濃差極化現象比較嚴重,部分溶質(zhì)透過(guò),滲透液中的的溶質(zhì)含量隨著(zhù)回收率的上升而逐漸增大。因此,在工程案例設計過(guò)程中,合理地選擇膜回收率是比較關(guān)鍵的。
2.4 鹽含量對截留COD的影響
采用1#膜,運行壓力2.1MPa,進(jìn)水平均pH為10.16??紤]到實(shí)際工程反滲透濃水的含鹽量較高,故采用電導率表征鹽含量。測試反滲透納濾膜在不同電導率下對COD的截留效果,結果見(jiàn)圖5。
由圖5可知,進(jìn)水COD在150~250mg/L,產(chǎn)水側COD為40~100mg/L,濃水側COD為230~350mg/L。COD的去除率隨電導率的升高逐漸降低,并逐漸趨于平緩穩定。分析原因是隨著(zhù)鹽含量的增加,在相同壓力下,納濾膜分離有機物時(shí)的滲透通量下降比較明顯,且在高含量鹽存在的條件下,其通量隨著(zhù)鹽含量的上升的趨勢逐漸下降。同時(shí)由于膜表面存在鹽析現象,使鹽溶液透過(guò)的同時(shí)附帶少量有機物溶質(zhì),導致通量和截留率均有所下降。因此,納濾對有機物的截留率在鹽含量較高的條件下,隨著(zhù)著(zhù)鹽含量的增加其截留率下降。
2.5 pH對截留COD的影響
采用1#膜,運行壓力2.1MPa,進(jìn)水電導率平均為62.7mS/cm。堿性條件下,分別在不同pH(8.0~11.5)下測試納濾膜對有機物截留效果,結果見(jiàn)圖6。
由圖6可知,隨著(zhù)pH的升高,有機物去除率雖然存在波動(dòng),但無(wú)線(xiàn)性相關(guān)趨勢??赡茉蚴?,納濾膜對有機物的截留率,一是與膜切割分子量(MWCO)相關(guān)[8];二是受膜表面帶電基團和帶電物質(zhì)之間的靜電作用力影響,而廢水中的有機物表現的荷電性不明顯,調節pH無(wú)法改變有機物帶電集團的荷電性[9]。因此,pH對納濾截留反滲透濃水中有機物的影響較弱。
2.6 不同膜對截留COD的影響
在相同pH(9.5)、壓力(2.1MPa)和進(jìn)水電導率(60mS/cm)條件下,測試1#、2#、3#納濾膜對COD的去除效果,連續運行20d結果見(jiàn)表2。
由表2可知,不同的納濾膜對有機物截留效果的表現存在一定差異。表明不同的納濾膜制備工藝和材料不同,有機物的截留性能差異較大。
3、結論
針對榆林某煤化工項目的反滲透濃水,采用納濾膜技術(shù)去除廢水中的COD,通過(guò)實(shí)際中試,主要得到以下結論:
1)在實(shí)際進(jìn)水COD在170~250mg/L時(shí),1#芳香聚酰胺納濾膜對COD的平均去除率為56%,產(chǎn)水COD在80~100mg/L。
2)納濾過(guò)程為壓力驅動(dòng)過(guò)程,當改變納濾系統的運行壓力時(shí),納濾對COD的去除率隨運行壓力的增大逐漸升高;當提高系統運行的回收率時(shí),納濾膜對COD的截留率逐漸升高,但升高幅度較小;當進(jìn)水實(shí)際鹽含量升高時(shí),由于膜表面存在鹽析現象,使溶液透過(guò)的同時(shí)附帶少量有機物溶質(zhì),導致納濾膜對有機物的截留率呈現下降的趨勢;pH對納濾膜截留有機物的影響較弱
3)不同的納濾膜,由于制備工藝和膜材料不同,納濾膜對有機物的截留性能存在差異。在相同的運行條件下,1#、2#、3#納濾膜對有機物的截留率分別為48.8%、57.8%、63.0%。
因此,納濾對有機物的截留與操作條件密切相關(guān),選擇合適的操作壓力、鹽含量和回收率,才能達到最佳的分離效果。( >
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