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他山之石|美国是如何解决市政废水处理中的反渗透膜污染的?

2017-03-16 14:46来源:膜分离技术交流关键词:污水处理污水排放反渗透膜收藏点赞

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羟基自由基通常由具有能量的氧化剂产生,如臭氧或过氧化氢与紫外光的组合能够制备出高活性的羟基自由基。然而研究表面对二次污水流出物进行单独的臭氧AOP处理。臭氧与次级流出物中的有机物质反应,产生羟基自由基。该反应不需要紫外的额外能量。

AOP替代评估

作为生物污染控制技术审查的一部分,UAJA和RETTEW联系了各种提供臭氧化、紫外消毒、二氧化氯或过氧化氢的生产商。RETTEW从微滤流出物中提取样品,并提供给各个供应商,以测试各制造商系统的有效性并确定决定操作经济性的关键性能指标。由于主要目的是为RO提供预处理,所以过氧化氢的有限应用没有足够的经验值得进一步考虑,并不包括在实验室测试规模中。该过程用异养菌平板计数法(heterotrophic plate s)去除作为生物污染控制的关键指标。实验室测试表明紫外、臭氧、二氧化氯的性能等同于管理局现有的生物污染控制,并能够将板数降低到最低。

RETTEW随后审查了每个替代方案的实施和经济影响(表2)。所有的选项是为了将现有的处理系统更加经济。

管理局和RETTEW同样考虑了可以被修改为AOP技术的潜在好处。虽然PADEP目前没有规定间接饮用再利用水需要采用AOP,但是国家的趋势表明未来可能会需要用到,因此该方法迅速成为类似管理局的再利用系统的水再利用的必需技术。此外美国环保署水资源利用指南手册建议在间接饮用再利用中实施AOP,管理局最终在其项目的后期阶段实施了此方法。由于AOP可以提供符合国家监管标准和指南的这一附属益处,故优先考虑了该技术。在所测试的替代品中,臭氧可以根据EPA水再利用指南提供给AOP消毒额外的优势。虽然紫外消毒为管理局提供了最大的经济节省,但是臭氧氧化的AOP的潜在长期的优势让管理局选择其作为首选的方法。

UAJA的AOP系统

AOP过程由臭氧生成系统和将臭氧注入RO料液以及二级安全设备组成。系统需求包括:

1.液氧供应

2.臭氧发生器

3.气体冷却和冷却器

4.测流气体注入系统

5.臭氧接触器

6.臭氧淬火喷射系统

7.废气收集和销毁系统

第三方供应商提供氧气,氧气储存在专为此制造的外部冷却塔中。当需要使用时,蒸发器将液氧转化为高纯度气态氧,并在压力作用下将该物质输送到AOP系统中。为提高操作性能,管理局将其氧气冷却至最低零下60华氏度(零下51℃)的露点温度(dew point)。

臭氧发生器将冷冻的气态氧转化为臭氧气体,最大产能为每天53磅(24kg)浓度为5%的臭氧。未来增加气体中的臭氧浓度,能够获得额外的产能。臭氧气体先通过文丘里管注射器(venturi injector)施加到侧流水进料中,然后与RO进料和臭氧接触器混合。

臭氧接触器是一个4200加仑的不锈钢挡板箱,设计是用于提供最小的反应接触时间。基于进行的可处理性研究,在4.0 mg/L臭氧的剂量下,设计的接触时间为5分钟,通过臭氧接触器中的臭氧破坏滑块来去除顶部空间气体控制除气。然后将气体排放到建筑物外部的大气中。管理局监控废气的臭氧浓度,确保无臭氧排放。

作为能够损坏复合RO膜的薄膜部分的侵蚀性氧化剂,管理局必须在水中淬灭残余的臭氧。RETTEW调整了现有化学计量系统的一部分,在RO进料前将液体亚硫酸氢钠进料到水中,可以提供充分的去除和保护。

建设

于2014年夏季开始建设,2015年初开始运作。设备成本低于AOP评估的预期,节省了约10万美元的成本,与AOP部分相关的总项目成本约为80万美元。

截至目前,功率和氧气消耗已经低于预期。操作系统监测总有机碳和相关污染物的减少。目前来说操作系统非常稳定,与使用之前的氯化/脱氯方案相比,使用臭氧对AOP没有任何性能下降。


结论

适当的生物污染控制对于RO系统的成本控制是重要的。然而,任何生物污染控制的经济优势需要定期的评估和修改。虽然AOP技术对于UAJA来说不是特别必要的,但其应用已经被证明是控制膜生物污染成本的有效手段。除去相关的污染物,AOP证明是对传统生物污染控制策略的有效替代方法。

作者:Michele Braas和Jason Wert

翻译:陶振

延伸阅读:

技术干货:反渗透膜污染以及设备维护

原标题:【他山之石】美国是如何解决市政废水处理中的反渗透膜污染的?
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