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污水处理企业浅谈臭氧活性炭、纳滤联用制取优质饮用水

文章出处:工业废水处理网责任编辑:seven编辑:seven人气:-发表时间:2016-10-17 00:00:00【

臭氧活性炭、纳滤联用制取优质饮用水

臭氧活性炭、纳滤联用对受污染饮用水深度净化的中试研究表明,臭氧活性炭预处理能够大量地去除原水中的污染物,可保证纳滤的运行可靠性;纳滤对臭氧活性炭预处理难以去除的剩余有机物净化效果良好,其部分脱盐的特性可保留水中部分矿物质,提高了水质的安全性和健康性。 

纳滤是九十年代发展起来的介于超滤和反渗透之间的一种新型膜技术,操作压力为 0.5~1.0MPa,低于反渗透,对分子量为 200dalton 以上的组分具有较高截留率,近年来研究表明,纳滤对水中微污染有机物去除性能优良,且能够保留水中部分矿物质。因此决定采用纳滤作为主要净水工艺,同时选取了应用经验成熟的臭氧活性炭为预处理,以尽最大可能减轻膜污染

1.臭氧活性炭的预处理 

臭氧活性炭预处理对水中致浊物质及氯仿的去除率高达96%以上;对致色物质去除率高于 50%,并去除了 32.7%TOC 72.5%TOX。臭氧活性炭预处理有效防止了大量污染物质进入纳滤,在运行期间未发现由于预处理选择不当而使纳滤膜产生的操作压力及通量骤然变化的严重污染现象。但同时应看到,净化出水中仍剩余部分难以通过臭氧氧化、活性炭吸附去除的有机物,希翼在纳滤环节中得到有效脱除。当活性炭吸附容量饱和后,应及时进行再生或更换,以保证该单元较好的处理效果。 

2.纳滤对水质的改善作用

2.1 纳滤的对微污染物质的去除性能在操作压力 0.6~0.7Mpa,膜通量为 25.6L/m2·h,回收率为 75%的运行条件下,纳滤对分子量小于 200 的氯仿、一氯甲烷等小分子物质也表现出一定的去除率,据分析这类小分子物质的脱除与膜材料有很大的相关性,为提高膜的透水通量,膜材料一般采用与水极性相似的强极性高分子材料,而氯仿、一氯甲烷等与水相比属极性较弱的物质,因此根据相似相容原理,氯仿分子与膜面接触时,必然会被膜面排斥而难以透过膜孔。总的看来,纳滤出水有毒有害物质含量大幅度降低,除污染性能远优于微滤、超滤,充分保证了水质的安全性。  

2.2 纳滤脱盐作用分析

在上述运行条件下,纳滤膜总脱盐率高达 94.7%,一价离子 14%~20%,二价离子的去除率为 33%左右。含盐水溶液中盐离子通过静电引力与水分子形成水合离子,水合直径与膜孔径相比越大,膜对它的截留率越高;而且由于膜所带负电荷对阴离子的排斥作用及道南效应,纳滤膜对二价离子的去除率明显高于一价离子。通过分析,纳滤膜能够较多保留Ca2+Mg2+等无机离子及矿物质,尽管目前对水中有无矿物质及其含量的大小对健康的影响尚有不同看法,但许多科学研究已证明,水中所含的无机矿物质更易被人体吸取利用,对人的健康有重要影响。纳滤可克服反渗透完全脱盐的缺点。 

2.3 纳滤膜污染及劣化分析

2.3.1 膜污染及控制措施

膜污染可造成通量降低、膜寿命衰减等现象。对纳滤膜实施了几个方面膜污染的控制措施:

1)膜面冲刷流速及流态的控制

在原水水量不足以大幅度提高膜面冲刷流速时,采用了浓水循环的方式,对浓差极化层的形成起到了一定的抑制作用。同时,试验中卷式纳滤膜组件的膜袋与膜袋之间隔网的存在使进料液处于湍流状态,增强了纳滤进水中的物料交换作用,从水力条件上相对而言不易形成污染物附着层。 

2)投加阻垢剂

纳滤膜及反渗透膜最为常见的是由于分离过程中水浓缩导致一些盐过饱和而形成钙镁硬度沉淀物的结垢。投加酸可中和水中HCO3-,防垢效果较好,但对永久硬度形成的垢去除无效。对永久硬度形成垢的现象可采用聚六偏磷酸钠等螯合剂来消除,当聚六偏磷酸钠作为阻垢剂投入纳滤膜进水中,水中易结垢的Ca2+Mg2+离子与聚磷酸根螯合取代了Na+的缔合H2SO4溶液和聚六偏磷酸钠溶液作为阻垢剂时,通过镜检没有发现纳滤膜的严重结垢现象。 

膜的化学清洗

在纳滤膜装置运行两个月左右,曾对纳滤膜采用 5%NaOH 溶液通过膜清洗系统进行了30min 

2.3.2 膜劣化及控制措施

膜劣化作用不同于膜污染,是指膜自身发生了不可逆转等内部因素导致了膜性能变化,同样是运行可靠性的重要影响因素。试验工艺中纳滤膜劣化的主要影响因素为:

氯、臭氧氧化劣化

由于水厂出厂水经氯消毒的原因,所以管网水中一般都含有残余氯。制成膜的高分子有机材质对水中的氯都比较敏感,活性炭对氯的脱除不仅是单纯的物理吸附作用,而是在其表面发生了化学反应,故活性炭脱氯不存在吸附饱和问题,只是损失活性炭。对膜有可能产生较强氧化劣化作用的另外一个重要因素为工艺过程中投加的臭氧。所有的有机膜对强氧化剂—臭氧均十分敏感。投加 臭氧后,臭氧化出水中含有 0.24mg/L的臭氧,但在活性炭阶段,臭氧已分解或反应消耗殆尽,不会传递到纳滤膜。

2)生物性劣化

由于纳滤膜材质为高分子有机物,所以在一定条件下,膜材质可能被微生物作为底物分解利用。经检测活性炭出水细菌总数约为 50 /ml左右,据分析可能是生物活性炭的形成所致,说明纳滤有时尽管有较好的预处理措施,但仍然有部分微生物进入纳滤膜,膜,而在目前所采用的膜材质的水平上只能应用有效的化学清洗在一定程度上抑制微生物的生长与繁殖。采用化学清洗措施,通过镜检尚未发现膜上大量滋生微生物的现象,水质达到了饮用净水水质标准(CJ94-1999),处理效果达到了预期标准。 

3.总结

1.臭氧活性炭、纳滤联用工艺对饮用水中微污染有机物去除效果良好,并通过纳滤进一步降低了污染物质的含量,净化水质达到了饮用净水水质标准(CJ94-1999),而且保留了部分矿物质,克服了微滤、超滤及反渗透的缺点,提高了饮用水质的安全性及健康性。

2.臭氧活性炭作为纳滤的预处理,大量去除了水中的浊度、色度、有机物及有机卤代烃等污染物质,并通过活性炭的吸附作用,消除了纳滤膜的氯、臭氧氧化劣化因素,有效保证了纳滤膜的运行可靠性。尽管由于生物活性炭的形成,纳滤进水中含有一定量的细菌,但并未发现膜的生物劣化现象。

3.通过浓缩水循环及卷式膜的隔网作用,提高了膜面冲刷流速并使膜中水流为湍流,在水力条件上控制了膜污染的快速形成,并采用了投加阻垢剂及化学清洗的综合措施,有效抑制了膜污染的形成,能够满足工程应用的需要。

4.采用臭氧活性炭、纳滤联用工艺设计的实际工程处理效果良好,成本较低,与传统桶装水相比有显著的经济效益及社会效益。

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