反渗透脱盐超滤和微滤
随着膜材料与膜技术的应用发展,人们对环境保护意识的逐步增强以及反渗透技术的日趋完善,全膜法水处理系统和工艺已越来越普遍。超滤和微滤是近年来发展起来的新型反渗透预处理技术,是利用多孔膜使溶剂和低分子有机物通过而拦截大分子物质,从而实现分子过滤的低压工艺。近年来在废水回用工程中,微滤、超滤得到了长足发展。
微滤(MF)技术
微滤介于常规过滤与超滤之间,同其他膜技术一样是以压力为推动力,依靠膜对过滤介质的筛分过滤进行分离。微滤用于过滤0.1~10μm大小的颗粒、细菌、胶体,其原理与普通过滤相类似,属于筛网状过滤。微滤膜多数为对称结构,具有比较整齐、均匀的多孔结构,它是深层过滤技术的发展,在静压差作用下,小于膜孔的粒子通过滤膜,比膜孔径大的粒子则被截留在膜面上,使大小不同的组分得以分离。微滤使用具有不同孔径的分离过滤性能的薄膜,从而去除废水中大于膜分离孔的污染物;有用的物质也可以通过膜的截留而保留下来,在处理废水的同时将有价值的物料加以回收。
为了便于生产应用、防止污染和简化系统,目前连续微滤(CMF)系统已被开发应用,它是传统微滤技术的深度发展,融合了微絮凝、微滤膜过滤、自动控制技术等,具有出水水质好等特点,保证了反渗透的进水要求。目前,此技术在国内已有了部分成功的应用实例,值得在污水处理工程的反渗透预处理工艺中推广使用。
反渗透脱盐超滤(UF)技术
超滤和微滤一样,也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。同微滤过程相比,超滤过程受膜表面孔径的化学性质的影响较大。反渗透脱盐超滤可作为反渗透的预处理,以保护反渗透的正常运转。但是由于超滤膜的通流孔径较小,大分子颗粒和胶体极易污堵超滤膜。因此,在水质较差时,超滤系统必须采取相应的前处理措施,以保护超滤膜,最大限度地防止污染。超滤前处理系统效果的好坏直接关系到超滤的产水通量及使用寿命,即涉及到超滤能否正常执行保护反渗透膜运行的使命。
当然,根据不同的水质条件、地方特色和反渗透膜内在尺寸等因素,其预处理系统与方式也是千差万别的。一种适合地域与水质特点的优化型反渗透预处理系统需要将各个有效处理单元有机结合在一起并能合理安排其间的主次关系和前后次序才能达到要求,这往往需要通过小试或中试研究来完成。
反渗透脱盐反渗透膜系统故障及对策
预处理不当很有可能会引起反渗透膜的污染和恶化,而且有时污染与恶化同时发生。但是污染与恶化有着本质的区别:膜的污染是可逆的,可以通过有效的清洗工艺恢复污染膜的工作性能;然而膜的恶化以致降解却是不可逆的。所以在设计、调试和运行中应该尽量避免反渗透膜的恶化。
反渗透膜的污染及对策
几种常见的运行故障及处理方法见表1。
反渗透膜的降解及预防
化学降解
反渗透膜化学降解的主要过程是水解和氧化。
醋酸纤维膜在pH=4.7时最为稳定。当pH增高或降低时,它的水解就会加速。所以,为了预防膜的化学降解,一定要严格控制反渗透预处理的给水pH=5~7。为避免误操作,必须严格控制NaOH、H2SO4的加入量和加入点。膜的氧化一般发生在水体氧化剂(如Cl-、O3、H2O2等)含量较高的地方。有条件的地方可以定期对反渗透给水化学耗氧量(COD)进行测定,以便及时掌握给水的水质情况,尽快采取切实措施,反渗透脱盐有效预防反渗透膜的氧化降解。
生物降解
在自然环境中每一个表面都是被细菌占据着的。由于反渗透膜具有很大的表面积,这就为细菌的大量粘附提供了场所。从微生物总的图谱来看,膜材料也最易遭受细菌的污染。膜的生物降解的一个常见原因是原水预处理时的絮凝剂加入过量。另外,磷系阻垢剂既是微生物源,也是微生物薄膜的营养源,它的加入也会为微生物的繁殖提供适宜的生长环境。
要有效控制和预防膜的生物降解的发生,就要切断所有可能引起生物污染的因素。如在设计方面应尽量避免管道的弯曲,少留死角,不能使用带有龟裂、反渗透脱盐死端的附件和未消毒的储槽等;在给水方面,必须控制给水温度,有机物、无机营养物、细菌的数量和SDI等不宜过高;在操作方面,应加强监测,禁止使用被微生物污染的预处理药剂并严格控制加药剂量。另外,适时加强生物污染可能性的预测也是非常重要的,即通过进行水质分析,检验含盐量、TOC、COD、pH和电导率等都可以得到生物污染隐患的线索。
物理降解
研究还发现,反渗透脱盐一些物理因素也能导致反渗透膜的降解和性能的降低。例如,振动及其所产生的超声波能够引起膜的恶化。当一些无机盐的硬晶体接触到膜表面并伴随着振动时,它能对膜表面造成划痕,以致使膜表面的晶体结构发生改变而恶化。安装适当的振动吸收器与进行合理的管线布置能够有效消除机械振动和超声波对膜的影响,防止膜的物理降解。
发展趋势与研究方向
随着工业的进一步发展,膜分离技术在水质净化和环境工程中的地位越来越突出。反渗透技术的应用已经开始向饮用水方面探索与发展。由于膜分离技术能够有效地去除污染水体中的病毒、微生物和微量污染物等混凝过滤和离子交换所无法处理的成分,因此在日本、美国和欧洲,超滤膜和微滤膜系统已经开始代替传统的预处理方式被应用于城市饮用水的处理。不久,膜分离必将成为新的行之有效的反渗透预处理方式。
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