逆渗透技术在中水深度净化中的应用.docx

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逆渗透技术在中水深度净化中的应用

逆渗透技术在中水深度净化中的应用（部分）

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前言

应用逆渗透（ReversesOsmosis，RO）膜分离技术实施高浓度有机废水的深度净化处理，可极大的提高处理后水质，使处理后水中的污染物含量降到最低水平；目前，多数企业对逆渗透系统并不陌生，但由于没有系统的掌握逆渗透的应用技巧，在应用于高浓度有机废水的处理项目中，不能保证系统的良好稳定运行。

所以，在拟定应用逆渗透进行废水深度处理之前，必须认真考察使用环境和使用条件，从系统设计到设备制造以及运行方式，每一步都必须严格考证，针对不同的源水水质条件，根据膜自身的性能，合理选配相应的膜产品，在工艺制定之初，还须考虑到系统的完整性、后续增容改造的可能性；此外，在合理地工艺配置条件基础上，还应提高控制系统的自动化程度，完善控制系统的功能性，从而保证系统在安全状态下，长期、稳定地运行。

1、深度净化处理

深度净化处理是指在原有净化结果的基础上，采用更高分离精度的净化系统进行再次处理，较为彻底的分离去除原水中绝大部分的痕量杂质，使终端水质更为洁净；

1.1不同种类的逆渗透膜

膜产品的改良一直是迎合着实际应用需要来进行的，金无足赤，单一品种的膜产品往往只对应较窄的应用范围，“逆渗透”是指人为逆向施压克服自然渗透的一种操作方式，而非膜产品的名称，人们通常说的“纳滤”其实也是逆渗透，正确地理解应该是“可在纳米尺度范围内实现选择性分离的过滤”，应针对实际情况，根据不同膜产品的具体适用范围加以选择，对于较高溶质浓度的液体分离，还应该辅以其它处理工艺，分段分梯度进行处理，以减轻膜系统的负担，延长系统使用寿命；

针对不同的膜材料和制备工艺，膜本身的荷电性和微孔结构也有所区别，其组件形式和断面结构也不同，大致可分为以下几种：

1.1.1芳香族聚酰胺材质的卷式膜

卷式膜组件多为复合膜，即在微米级过滤基材上涂覆致密滤层，此种类型的膜同样为单表皮层的不对称膜，并且同样为外压膜；特点是截留精度高，操作压力大，机械强度较高，由于其渗透压较大，不可以通过反向冲洗清除进入膜微孔的溶质粒子，只能进行正向等压冲洗，对反冲洗液的纯净度同样要求极高，不洁净的冲洗液会直接污染膜表面，影响清洗后的通量恢复；同时，在对系统进行化学清洗时，还应针对不同的污染性状配置相应的清洗液，错误使用清洗液的化学性质会直接影响膜表面，致使膜的分离性能遭受不可逆的损伤；

1.1.2醋酸纤维素材质的中空纤维逆渗透膜

醋酸纤维素材料本身的化学稳定性级机械强度均高于芳香族聚酰胺，其抗氧化性是芳香族聚酰胺的10～100倍，抗拉伸及撕裂强度是芳香族聚酰胺的3～5倍；用改性醋酸纤维素制成中空纤维状的逆渗透膜，单位体积的表面积大于卷式膜，其组件形态的特殊性使得中空纤维膜组件的抗污染性几倍于卷式膜组件，更为适用于高浓度溶质的液体分离；应用中空纤维膜组件可在同等条件下得到较高的膜表面流速，使膜表面不易污堵结垢，寿命可延长2～3倍；

1.2逆渗透膜的脱盐率

对于逆渗透膜的分离性能，脱盐率仅是其中之一，膜的脱盐率多根据分离处理后透过液中盐类浓度计算得知；脱盐率为原料液与透过液盐浓度差与原料液盐浓度的百分比，用来定义逆渗透过程对透过液一侧无机盐浓度的降低程度，用百分率表示，计算方法为：

脱盐率V＝（原液浓度A－透过液浓度B）÷原液浓度A×％

不同的逆渗透膜品种和微孔结构体现了不同的脱盐效果，在确定选择有效分离效果的逆渗透膜时，如何延长膜组件的使用寿命成为关键，相对于水中离子污染物较多的脱盐过程，并非一定要选择高脱盐率的逆渗透膜组件，由于过小体积的离子污染物对膜微孔容易造成堵塞（多为电中性物质），对膜组件构成致命伤，故应具体分析水中的污染成分，在保证系统净化效果的基础上，适度的允许部分此类物质透过，避开对膜表面微孔的污堵形成，才能保证膜系统长期稳定的运行；对于逆渗透膜而言，其分离过程不单纯是一个表面过滤，分离效果与膜本体材质的荷电性及操作方式有关，主要体现为逆渗透膜对不同离子荷电性具有相应的选择，膜表面会形成道南电势，因此更全面的解释不单是膜的孔径大小，膜的表面化学特性也很关键，孔结构是重要因素，但不是唯一因素，另一重要因素是膜表面的化学性质；此外，逆渗透膜分离过程还受诸如液体温度、使用环境等因素影响，同样地膜系统配置在不同的使用条件下所表现出的脱盐率也是不同的。

1.3逆渗透膜的清洗

1.3.1逆渗透膜的清洗方式：

逆渗透膜组件的清洗方式不同于超滤，其反向清洗仅针对于进料端被严重污堵的组件，并且不能在膜的透过液一侧反向施压，以免使膜本身出现机械性损伤，此处的反向清洗是指在膜组件的浓排端泵入清洗液，在膜外侧进行组件内循环，使清洗液流经膜表面，适当的流速在膜表面形成一定的冲刷力，将系统内和膜表面的污染物清除排出；

1.3.2由清洗液确定的清洗方式

根据清洗液的不同，分为原料液冲刷、清洗液（水）清洗，化学清洗等方式，原料液冲刷指在系统正常运行过程中，定期的提高系统内循环流速，以提高原料液对膜表面形成的冲刷力，将系统内被浓缩的污染物排出；清洗液清洗一般用洁净的水，通过正向或反向操作对膜表面和膜本体内部的污染物进行清除；化学清洗针对系统内污染性状的不同，配制相应的化学清洗剂，将化学药剂与污染物产生的化学反应作用于膜，使膜在特定的化学条件下恢复原有的性能；

1.3.3清洗液的洁净度要求

清洗液的洁净度直接影响清洗效果，清洗液中较多的杂质及颗粒物在对膜系统造成二次污染的同时还会对膜表面造成一定的机械性损伤；用于反向清洗的清洗液中小分子杂质应尽可能的少，较为理想的清洗溶剂为逆渗透系统的透过液；

1.3.4清洗温度对清洗效果的影响

清洗液的温度条件对清洗效果的影响极大，在合理的温度范围中，尽可能的提高清洗液温可更有效地恢复超滤膜的原有性能；首先，较高的清洗温度可以使清洗液的溶解度和洗洁力有所提高，再者，高于正常工作温度的清洗液有助于膜微孔的扩张，促进微孔内容污物的排出；

1.3.5清洗操作压力及背压对清洗效果的影响

传统的清洗多采用开放式操作，即一端施压，另一端开放，清洗效果往往不尽人意；合理的操作压力应区别正、反向清洗，在原有基础上确定是否系统背压，从而改变清洗过程中的动态环境；

1.3.6较为合理的科学清洗方式

系统清洗可有效地清除堆积滞留在膜表面或微孔表面的污染物，但对于透过膜表面微孔滞留在支撑层内的溶质（多位胶体粒子），则难以透过膜本体或通过冲洗清除，造成不可逆的堵塞：

根据膜分离的特性，在静态恒压条件下，溶液中的溶质作用于膜表面时，首先表现出基本吸附，对于膜表面微孔则体现为大于微孔尺度的溶质被截留（筛分）；小于微孔尺度的溶质粒子进入微孔，一部分（如胶体粒子）滞留于表皮层内，另一部分随溶剂透过膜；然而，处于临界截留范围内的溶质粒子接触微孔后，会直接污堵微孔，且逐渐在压力作用下深入沉积；

溶液中的溶剂作用于膜表面时，首先是溶解，继而渗透的过程，提高微孔对溶液的切割线速可有效地降低溶质对膜的污染，同样使膜清洗变得相对容易；值得注意的是：

不论内压膜还是外压膜，过高的膜两侧压差会对膜造成一定损伤，同时，在进行反向清洗时，不洁的清洗液都还会对膜本体造成二次污染！

1.3.7 清洗液的系统内滞留问题

膜分离系统的化学清洗主要为酸法和碱法两种，具体采用何种方式取决于系统污染性状，大多数情况下采用两者交替进行的方法，但一定要注意酸、碱法不能连接进行，以避免酸碱中和产生盐类析出，合理的酸碱清洗顺序应该为：

酸洗→水洗（直至PH呈中性）→碱洗 →水洗（直至PH呈中性）

碱洗 →水洗（直至PH呈中性） →酸洗→水洗（直至PH呈中性）

在进行化学清洗之后，系统内的化学清洗液不得滞留或残留于系统内，必须尽快冲洗排净，避免对系统造成新的污染；膜表面沉积的盐类污垢经化学清洗脱落后如不能彻底排出，会堵塞系统流道或形成更大面积的聚积，导致膜组件损坏；系统清洗结束后，不得直接停机搁置，最好让系统正常运行1小时以上，并于停机前进行浓水外排冲洗，之后才可以进行停机封存；

1.4逆渗透膜分离技术用于中水深度净化的特点

当原水水质条件较差时，完全应用超滤膜实施污物分离不能取得较好的处理后水质，可以在此基础上，增加配置逆渗透系统，进一步实现固液分离……

衡量逆渗透膜分离的效果一直是用脱盐率来表示的，理论上讲，脱盐率为99％以上逆渗透膜的透过液极为纯净，几乎不含任何杂质，但逆渗透膜的脱盐率亦非绝对值，而是相对脱除指标，逆渗透膜不仅是一个表面过滤器，其净化效果还与自身材质（荷电性）有关，再者，操作压力、表面流速以及系统回收率等条件因素都对脱盐率有直接的影响，对于系统回收率较高的操作条件下，盐的透过率增加一般是高压状态下的强迫行为；此外，根据道南平衡理论，当提高系统回收率时，系统压力亦随之升高，但系统流速随之降低，此时会减弱膜表面的道南效应，使得靠近膜表面的净水层难以形成，致使细微的盐类物质在压力条件下散落沉积在膜表面，一部分强行透过膜，一部分滞留在膜表面形成结垢，其余随浓缩液排出；在中水回用项目中，为延长逆渗透系统的使用寿命，稳定处理后水质，须合理地配置逆渗透前置预处理系统，

各种膜的使用范围，应根据被分离溶质的性质加以选择。

单从过滤角度来讲，一套完善的膜分离处理工艺须构成对被分离物质的梯度处理。

如微滤+超滤，又或者超滤+逆渗透。

为了降低水中污物对后续系统的污染，前处理中采用中空纤维外压超滤系统，配置最新专利清洗技术；继而进行分子级过滤，滤除水中的胶体等污物，出水SDI指数小于3；完全可满足逆渗透系统入口水质要求，从而延长了逆渗透系统的使用寿命，保证了系统终端水质的稳定。

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柠檬酸废水处理工程设计

1.概述

柠檬酸是一种重要的有机物，广泛应用与人造饮料和食品工业、医药工业、化学工业和洗涤工业，用作食品和饮料的酸性调味剂、食用油的抗氧化剂、添加钙铁离子的强化剂、医药原料、金属表面的洗涤剂，还可用于水泥混凝、含SO2废气处理和食品包装薄膜的增塑剂等。

该公司在生产柠檬酸中要排放大量的废水、废气和废渣，由于投资技术以及运行成本等原因，该公司三废排放基本处于任意排放状态，严重污染环境，同时重庆田野实业公司地处长江流域，为保护环境，减少向三峡库区水体排放污染物，对该公司柠檬酸废水进行处理，要求达到GB8978-1996一级排放标准。

2.工程基本情况简介

在柠檬酸生产过程中，薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合，在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。

发酵后的混合液中，大部分是溶解态的柠檬酸，并含有许多其他杂质与代谢产物，如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。

将滤液加温到70℃以上再开始加碳酸钙，随着温度升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而其他杂质逐渐呈溶解状态，此时进行抽滤，即可得柠檬酸固体。

含有其他钙盐和物质的溶液即可排出，这股废水一般称为浓糖水。

所得的柠檬酸固体还需[i]要用80℃左右的热水洗涤，以提高其纯度，所排出的洗液称为洗糖水。

洗糖水和浓糖水的COD都很高，颜色呈褐色，主要含有还原性糖、非发酵性糖、多糖及草酸钙、葡萄糖钙及蛋白质等杂质。

浓糖水和洗糖水是柠檬酸生产的主要废水，该废水虽然无毒，但有机物含量很高，须处理后排放。

本次处理工程是重庆田野实业的的生产废水处理工程，设计处理能力为：

1000m3/d，其污染物的含量和控制标准见表1。

表1 废水的污染状况及执行的排放标准

序 号

污染物

平均含量

排放标准

1

CODcr（mg/L）

12000

100

2

BOD5（mg/L）

3000

20

3

SS（mg/L）

3500

70

4

pH

6

6~9

3.工程主体工艺流程确定

在工艺流程确定的过程中，主要考虑以下几条原则：

（1）柠檬酸生产废水含有机质多，浓度，同时本工程中废水排放要求较高。

（2）柠檬酸生产废水可生化性较好，易于生物降解。

（3）本工程要求低运行成本。

根据上述原则，确定采用图1所示的处理工艺流程。

生产工艺废水通过格栅池进入污水处理段调节池，调节水质水量，气浮池在絮凝剂和物理作用下，去除废水中的悬浮物和胶体物质等污染物，降低后续处理单元的工作负荷。

进入二相厌氧反应器之前用清水将污水进行1:

1的稀释降低进入反应器的污水负荷，然后经泵定量提升进入二相厌氧反应器，在厌氧微生物的作用下，将废水中的各种复杂有机物分解转化成小分子有机物,甲烷和二氧化碳等物质，剩余污泥进入污泥沉淀池。

消化后的废水再进入延时曝气池，与污泥中的好氧微生物的进一步作用，去除剩余的有机物，部分随水流带出的悬浮物在斜管沉淀池中得以沉淀出来后废水达标排放。

厌氧接触池、延时曝气池及沉淀池的剩余污泥通过污泥泵进入污泥储存池，加入絮凝剂后，经过板框压滤机脱水处理后运走。

滤液回流到调节池进行循环处理。

整个工艺具体分为如下三个阶段：

（1）废水物理处理阶段。

废水流经格栅池、调节池、气浮池有效去除不溶性悬浮物，减轻后续生化处理的负荷。

（2）废水生化处理阶段。

经物理处理后的废水，先流入二相厌氧反应器中，进行厌氧反应处理。

水解酸化阶段作为不完全厌氧过程,并没有直接降低废水中CODCr及BOD5,而是使废水中结构复杂的大分子有机物降解转变成结构简单的小分子有机物,使它们易于生物降解。

同进水相比,水解酸化阶段其CODcr并没有降低,而是pH值降低,挥发有机酸升高，BOD5/CODCr值提高。

因此，二相厌氧工艺的引入,使废水中难降解的污染物变为易降解的污染物,改变了废水的可生化性,为后续好氧生物降解提供了保证。

在这一过程中，采用了自行设计的二相厌氧器。

在设计中利用了水力自流作用，使废水进出反应器时，无需外加动力。

采用二相厌氧—好氧组合工艺处理高浓度柠檬酸有机废水，要保证最后出水水质，仍是好氧阶段起决定性的作用。

在该项工程中，好氧处理采用了延时曝气法，选用了供氧能力大、氧利用效率高的导流式机械曝气机进行阶段曝气，曝气机的开启与停止，均是根据废水中的DO浓度自动实行在线控制，取得良好效果。

通过现场测定,曝气池内残余溶解氧在1.5～2.5mg/l之间。

经二沉后的废水达标排放。

（3）二次沉淀阶段。

向好氧反应器处理排出的废水中投入微量絮凝剂，使废水中的悬浮物在絮凝剂的作用下，经斜管填料进行最后沉淀。

4.主要构筑物简介

（1）沉淀调节池 

采用钢筋砼平流式沉淀池一座，地下式，置于厂区绿化带下，既不影响厂区美观，又具保温功效，同时由于生产排水不均匀，可兼有调节池功能。

水力停留时间8h，尺寸为：

13.5×6.0×5.0m。

（2）气浮池

采用钢筋砼平流式气浮池一座，地上式，置于平台基础之上，可使污水靠重力自流进入厌氧池节省动力费用，对不溶性悬浮固体的去除效率很高。

尺寸为：

5.5×2.0×3.0m。

（3）二相厌氧反应器 

采用钢筋砼结构，中温消化。

产酸反应器有效容积为：

1875m3，COD容积负荷率6.4kgCOD/（m3·d），BOD5容积负荷率2.89kgBOD5/（m3·d）；产甲烷反应尺寸为：

3500m3，COD容积负荷率2.4kgCOD/（m3·d），BOD5容积负荷率3.2kgBOD5/（m3·d）。

（4）延时曝气池

采用矩形钢筋砼结构，有效容积1351m3。

污泥负荷率（NS）为：

0.1kgBOD5/（kgMLVSS·d），采用4廊道曝气，水力停留时间为16.2h。

采用清华同方生产的导流式机械曝气机8台，4用4备。

单台溶氧量8kgO2/h，配套电机4Kw。

工程运行时采用阶段曝气，曝气机的开启与停止，均是根据废水中的DO浓度自动实行在线控制。

（5）二沉池

采用斜管填料沉淀池，水力停留时间1.5h。

5.主要技术经济指标

（1）人员编制

由于本工程基本无需人员操作，现实行三班一人制，即一共三班，每班一人，主要工作为检查各机械设备的运行情况。

（2）总投资概算

废水处理站工程总投资：

261.9万元。

其中：

土建构筑物：

166.2万元；设备：

73.3万元；间接费用：

22.4万元。

根据以上总投资，折合单位废水投资为2619元/（m3·d）。

（3）运行费用

a.动力费：

废水处理站总装机容量为110kW，实际工作容量为70kW。

每m3废水处理费用为：

70×0.5×24/1000=0.88元/m3。

b.人工费：

操作人员以6人计，每人月工资500元，人工费为：

（6×500）/（30×1000）=0.1元/m3废水。

以上上二相费用合计为：

0.98元/m3废水。

6.工程运行结果

工程经四个月调试后，国家法定环境监测单位对工程出水进行监测，结果为：

CODcr86.4mg/l；BOD519.8mg/l；SS66.2mg/l；ph7.43；色度5倍。

7.环境效益

经处理后,每年可少向环境排放污染负荷为：

CODcr：

（12000-100）×10-6×1000×300=3570t；

BOD5 ：

（3000-20）×10-6×1000×300=894t；

SS：

（3500-70）×10-6×1000×300=1029t。