采用双膜法深度处理回用有机废水的实验研究Word文档格式.docx
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名称
单位
数据
1
pH
7.7~8.3
2
温度
℃
20~40
3
SS
mg/L
15~70
4
CODCr
40~150
5
电导率
μs/cm
1250~1860
2.2实验工艺
为了降低原水中COD、BOD、悬浮物、胶体及细菌含量,去除水中的大分子有机物等杂质,达到反渗透膜的进水要求,其工艺流程图如下:
2.3实验装置
实验装置主要包括:
曝气生物滤池、超滤装置和反渗透装置。
2.3.1曝气生物滤池
曝气生物滤池(BAF)采用降流式。
由给水泵、滤池、罗茨风机和反洗泵组成。
填料采用1.5~3.5mm的陶粒滤料。
采用BAF的主要目的是降低排放废水的水质波动性,保证后续超滤(UF)和反渗透(RO)装置的正常运行。
BAF的出水水质主要指标见表2。
表2BAF出水水质指标分析结果
8~32
22~97
2.3.2超滤装置
本系统的原水为BAF的出水,水中的有机物、胶体、细菌、藻类等含量相对于UF膜的进水要求来说,相对较高。
传统的反渗透预处理工艺一般采用絮凝+凝聚、沉降、杀菌、砂滤、活性炭过滤等工艺过程,不能阻挡溶解性有机物、细菌,特别是透明状态的胶体物质,而这些物质会造成反渗透膜表面的严重污染或进水渠道的堵塞,最终造成反渗透系统泵功率损耗增大,反渗透膜清洗频繁,且经过繁杂的清洗过程不能有效恢复膜的产水通量。
而采用超滤(UF)作为反渗透的预处理,系统设计简单且出水水质稳定,不易受原水水质波动的影响。
超滤还对水中的悬浮物、金属氧化物、胶体、有机物、细菌等均有较好的去除效果,可完全满足反渗透系统进水水质的要求。
本次实验采用的超滤膜元件为中空纤维式的超滤膜,其截留分子量为100000。
进超滤膜前配有100μm的保安过滤器,以防止大颗粒杂质对膜孔的永久性堵塞。
超滤还配有自己的化学清洗系统。
UF的出水水质主要指标见表3。
表3UF出水水质指标分析结果
7.7~8.1
SDI
2~4
15~50
2.3.3反渗透装置
反渗透装置包括给水泵、保安过滤器、系统泵、反渗透膜组件及加药和清洗系统。
反渗透脱盐过程的实现必须外界施加大于溶液渗透压的压力。
系统泵是为了给反渗透膜组件提供足够的进水水量和压力,以使反渗透过程发生,维持反渗透过程的正常运行。
反渗透膜组件是反渗透系统的“心脏”,其作用是去除待处理水中的可溶性盐分、胶体、有机物及微生物,脱盐率一般大于95%。
反渗透膜组件采用TFC膜元件。
原水虽然经过了处理达到了进反渗透膜的供水条件,但在运行过程中,可能存在的一些不可预测因素,如:
不正常工况、浓差极化及可能的误操作等原因,反渗透膜运行一段时间后,还是有可能受到污染时,停机对反渗透膜进行清洗,以恢复反渗透膜的性能。
整套制水系统附加有清洗装置,可方便地对系统各段反渗透膜进行清洗。
2.4实验步骤
2.4.1BAF运行实验
在实际运行实验过程中,BAF的相关运行参数:
进水量、曝气量、反洗气量和反洗水量以及运行周期均已设定,主要根据来水的SS、COD的变化验证其出水的稳定性,对其出水的SS、COD的变化曲线进行跟踪。
主要测定指标:
BAF进出水的SS和COD。
2.4.2UF运行实验
在实际运行实验过程中,主要通过调节超滤装置的进水和循环水的水量及压力测得超滤膜用于工业废水运行过程中的有关参数:
进水、循环、反冲洗的水量和压力的衰变曲线,反冲洗、化学清洗的所需周期与时间。
SDI、超滤系统的进水、产水和反冲洗水的水量,运行压力。
2.4.3RO运行实验
在实际运行实验过程中,主要测得反渗透膜用于工业废水运行过程中的有关参数:
进水和出水的水量及压力的衰变曲线。
电导率,反渗透系统的进水、出水水量,运行压力。
3实验数据及结果分析
实验过程主要可以分为三步:
BAF系统运行实验、UF系统运行实验、RO系统运行实验。
3.1BAF运行实验
BAF进出水的COD、SS的数据如下表4所示。
表4BAF进出水COD、SS数据表(单位:
mg/L)
取样序号
6
7
8
9
进水COD
97
43
88
52
56
109
93
90
进水SS
19
18
12
32
22
38
31
27
出水COD
25
28
26
83
74
59
78
出水SS
13
15
23
24
图1BAF进出水COD、SS的变化曲线
从上述数据和图表中可以看出BAF对COD、SS的去除率非常显著,平均在40%以上,BAF的运行参数能够满足废水处理的要求。
但从其中个别数据的SS和COD变化的不稳定也同样能得出BAF在反洗后有一个恢复期,在此期间对出水有一定的影响。
3.2UF运行实验
3.2.1超滤膜运行中的相关参数
在实际运行实验的过程中,主要通过调节超滤装置的进水、产水及压力,测得超滤膜用于污水运行过程中的有关参数:
进水的水量、水质和压力的衰变曲线。
主要的测定指标:
原水、超滤膜前水样的电导率、原水水量,超滤系统的进水、产水水量和压力。
主要从产水的水量和水质两方面来进行讨论。
3.2.2反冲周期实验
反冲周期实验,共设置了两个反冲周期:
一、每运行30分钟反冲洗一次,
反冲时间1.0分钟;
二、每运行30分钟反冲洗一次,反冲时间2.0分钟。
分别选取水质、水量、操作条件基本相近的但反冲时间不同的两天进行实验
比较,其实验结果如下图表所示:
表5
(1)产水水量与运行时间的关系(反冲1分钟)
序号
运行时间(h)
反冲前产水量1(t/h)
9.2
8.7
8.4
8.3
8.1
8.2
8.18
反冲后产水量1(t/h)
8.8
8.6
8.36
8.26
表5
(2)产水水量与运行时间的关系(反冲2分钟)
反冲前产水量2(t/h)
反冲后产水量2(t/h)
9.0
8.9
图2UF反洗时间与产水量的变化曲线
产水水量1:
反冲1分钟,反冲前产水水量,产水水量2:
反冲1分钟,反冲后产水水量,
产水水量3:
反冲2分钟,反冲前产水水量,产水水量4:
反冲2分钟,反冲后产水水量。
由图表可以得到以下结论:
1)在反冲时间为1.0分钟时,周期为30分钟,反冲之后产水水量基本能够恢复到8.4吨/小时左右,反冲之前产水水量不太稳定但基本可维持在8.2吨/小时。
反冲时间为2.0分钟,周期为30分钟,反冲之后水通量可维持在较高的水平。
综上,反冲实验时间为1.0分钟和2.0分钟,均能满足超滤膜的正常运行要求,其中2.0分钟的反冲时间即可保证超滤膜长期稳定的运行,延长化学清洗周期,故实验采用反冲洗时间为每次2分钟。
2)超滤膜运行中的相关参数
原水、超滤膜前水样的电导率、SDI值、原水水量,超滤系统的进水产水的水量和压力。
3.2.3产水水量
对于本超滤膜是否能作为反渗透系统的预处理过程,从超滤膜的产水水量方面来看,应当有比较稳定的产水水量,以便于整个设备的宏观设计和运行操作过程的控制。
为考察本超滤膜的产水水量是否符合工程应用的要求,进行超滤膜的产水水量与运行时间关系的实验,取运行360小时的数据。
表6产水水量和运行时间的关系(水量单位为t/h,时间单位为h)
时间
20
30
41
反冲前水量
11.5
11.3
11
10.5
10.1
10
9.5
反冲后水量
12.4
12.1
11.9
11.4
10.9
10.4
9.6
14
16
17
50
61
72
94
103
110
117
124
8.5
10.3
10.8
7.3
6.1
6.6
7.5
9.4
11.1
11.6
21
130
137
144
150
157
164
170
177
184
7.8
9.1
29
33
34
35
36
190
197
204
210
217
224
230
237
243
9.9
9.8
37
39
40
42
44
45
250
256
263
269
276
282
289
295
302
7.9
9.3
46
47
48
49
51
53
54
308
315
321
328
334
341
347
354
360
通过对实验所获得的数据进行分析,由于超滤膜的压实效应,在超滤膜刚开始运行时,产水水量迅速下降,超滤膜经过一定迅速衰减期和相应于处理后,产水水量即使随着时间的积累不断地降低,经过超滤产水反冲洗和化学清洗,超滤膜的产水量仍然能够重新恢复到8.5吨/小时以上。
图3UF反冲洗前后产水量的变化曲线
产水量1为反冲洗前的水量;
产水量2为反冲洗后的水量;
序号1-50为0-360小时的时间
3.2.4产水水质
在整个运行实验期间,主要监测了原水、膜前和产水的SDI、COD、电导率指标,再次根据这两项在实验中的变化规律对超滤膜产水能力及其变化进行讨论。
3.2.5SDI
表7SDI与运行时间的关系
时间
膜后SDI
0.68
0.96
1.92
1.03
0.63
0.46
0.93
1.18
0.91
1.24
0.86
1.09
1.13
0.79
1.45
1.04
1.0
1.23
0.88
0.78
0.87
0.99
1.02
1.35
0.84
0.97
1.2
1.22
0.83
1.5
1.72
0.77
1.01
1.38
0.56
1.4
2.1
2.5
2.4
2.3
55
367
373
0.5
1.07
1.20
57
58
60
62
63
64
380
387
393
400
407
413
419
426
0.45
0.89
1.3
0.95
2.01
1.32
65
66
67
68
69
70
71
432
439
445
452
459
466
473
480
0.98
0.75
1.85
1.33
0.94
膜后SDI值为15分钟的SDI值。
由以上数据可知,在超滤系统实际运行中,超滤产水的SDI值均能满足反渗透系统的进水指标,小于4。
3.2.6电导率
在超滤系统运行的过程中,检测了原水、超滤前、超滤产水的电导率在全程运行实验中,超滤膜降低原水的电导率作用不是很明显,电导率的去除主要依靠反渗透系统。
本套系统的预处理+超滤目的是为了使水质达到反渗透进水的要求,由于反渗透对COD没有过高的要求,故本实验对COD的监测只作为本套设备实验的参考数据。
通过较长时间实验,发现该工艺可以有效降解此水源中的COD。
3.2.7结论
通过对于以上超滤运行水质水量相关数据的总结可以看出在360个小时的运行过程中,经历了总排水口污水的水质波动变化,该系统仍能够稳定运行。
目前该系统还在稳定运行中。
从整个中试装置的运行来看,超滤系统在30多小时迅速产水水量的衰减期后,系统一直处于持续稳定运行状态,产水量达到超滤膜的原设计额定产水量(8.5t/h);
而且出水水质也完全符合反渗透的进水条件。
3.3反渗透系统运行实验
在实际运行实验过程中,主要测得反渗透膜用于某石化厂污水回用的运行过程中的有关参数;
主要指标:
电导率、反渗透系统的进出水水量和进出水压力。
3.3.1产水水量
在系统运行的过程中,监测了反渗透膜的产水量。
单位(t/h)
表8产水水量与运行时间的关系
通量
5.21
5.23
5.32
5.30
5.22
5.25
5.20
77
79
5.24
5.26
5.34
89
92
98
104
113
122
5.19
5.16
134
143
146
149
158
167
174
194
206
214
226
245
273
290
317
323
345
356
378
389
390
5.18
5.15
425
427
429
431
433
435
437
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- 采用 双膜法 深度 处理 有机 废水 实验 研究