超滤应用于中水系统反渗透浓水回用的试验研究

纯水在25e时,无定形硅的溶解度约为100mg/L(以SiO2计)。溶解度随温度呈直线变化,这些数据示于图4中。由图5可知,在中性pH值条件下,溶解的是硅酸;在碱性溶液中,pH>7.8,无定形硅的溶解度较中性溶液大。

自水中析出的硅沉淀物称硅垢,表现形式可能是无定形SiO2。无定形SiO2的溶解度与下列平衡式有关:

很显然,上述平衡受pH值的影响。无定形SiO2的溶解度在pH=6~8的范围内保持恒定,在pH=8.5以上趋于增加。无定形SiO2溶解度如表4所示。

由表2可知,超滤进水中的全硅质量浓度为156.2mg/L,其中可溶性硅质量浓度为145.6mg/L,试验时的水温在25e左右。由图4和表4可知,pH值为7.62时进水中析出的硅垢最多,约为40mg/L,其次是pH值为5.57时,pH值为4.45时进水中的硅大部分已处于溶解态,pH值为9.60时进水中所有可溶性硅完全处于溶解态,超滤仅能去除进水中约10mg/L的胶体硅。

由此可以看出,pH值为7.62时超滤膜通量衰减最快的主要原因是水中析出大量无定形硅造成超滤膜堵塞过快,并非对水中有机物具有较好的去除能力;而pH值为9.60时对超滤膜通量影响最小,是因为在此pH条件下,可溶性硅完全处于溶解态,超滤仅去除了少量胶体硅;pH值为5.57时超滤对水中硅有一定去除能力,pH值为4.45时,由于水中的硅大部分已处于溶解态,超滤对硅的去除率不高。

2.3pH值对有机物去除效果的影响

中水回用中主要关心的是中水中的有机物。Manka[9]等研究了二级出水中溶解态有机物的组成,发现有机物中40%~50%是腐殖质,包括腐殖酸和富里酸,还有其他一些化合物,富里酸是这类物质的主要成分,剩下的还包括阴离子洗涤剂、多糖、蛋白质、丹宁和木质素等。Manka和Rebhum的研究表明,大多数污水厂出水中溶解态有机物的分子量大于20kDalton。污水二级出水的两种主要成分是腐殖酸和蛋白质。

污水厂排放的中水经石灰混凝处理后,能有效去除大分子有机物,而对小分子有机物去除效果较差。有研究表明[10],混凝对于30~10kDalton分子量区间的有机物去除效果较差,分析表明这一区间有机物的分子结构或所带电性等有机物本身性质,是混凝效果较差的主要原因,而腐殖酸、环境荷尔蒙等不易为生物处理除去的有机物大部分以小分子形式存在,混凝处理基本不能有效去除这一部分有机物。

因此,超滤进水即反渗透浓水中的有机物以小分子的腐殖酸为主。有研究表明[11],随着pH值的下降,有机物的表观尺寸呈变小的趋势。水中的腐殖酸在中性环境下带负电荷。pH值的下降导致腐殖酸类有机物的质子化,由于羧酸类官能团的电荷被掩蔽,它们之间的相斥作用减弱,表观尺寸变小。

当超滤膜处理pH值为7.62的进水时,膜对有机物去除效果较差,仅能去除一部分小分子量有机物。当pH值降至5.57时,膜对所有的相对分子质量的有机物都显示出较好的去除效果,这进一步说明pH值为7.62时超滤膜通量的衰减并不是有机物的截污形成的,而是由于SiO2大量析出造成的,而pH值5.57在降低一部分SiO2的同时对所有相对分子质量的有机物均有较好的去除作用。

2.4超滤反洗参数试验

我们还对超滤运行周期和反洗参数进行了试验,结果发现:1超滤运行超过30min后,产水量衰减较快,为保持系统产水量,采用了25min的运行周期;o加药反洗采用加NaOH反洗,必须将反洗水pH值调整至11.0以上;?至少每2次反洗必须加碱1次,如果2次反洗均不加碱处理,第3次运行时初始产水量偏低,且膜通量衰减很快。

3结论

(1)pH值为5.57时能有效提高超滤对反渗透浓水中有机物的去除效果,且对浓水中的SiO2有一定的去除。

(2)pH值为7.62时超滤膜通量衰减最快,这主要是由于SiO2大量析出造成的,该pH值下对有机物的去除效果不是很好。

(3)pH值为9.60时超滤膜通量衰减最慢,说明该pH值下对反渗透浓水中有机物和硅的截污能力最差。

(4)pH值为4.45时超滤对有机物的去除仅次于pH值为5.57时的,但该pH值下浓水中SiO2大多已呈溶解态,因此pH值为4.45的效果不及pH值为5.57的。

参考文献略

《工业安全与环保》作者:龙潇，王仁雷，孙小军，张建华，王清华

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