4微滤/超滤
采用超滤/微滤预处理工艺的反渗透/纳滤系统叫做集成膜系统(IMS)。与采用传统预处理工艺的反渗透系统相比,IMS设计具有一些明显的优势。
● MF/UF透过液水质更好。SDI和浊度更低,明显降低了对反渗透的胶体和有机物、微生物污染负荷。
● 由于膜在这里是污染物的绝对屏障,MF/UF滤液的高质量可以保持稳定。即便是地表水和废水等水质波动异常频繁的水源,这种稳定性也不会改变。
● 由于胶体污染减少,反渗透系统的清洗频率明显降低。
● 与一些传统过滤工艺相比,MF/UF系统操作更容易,耗时更少。
● 与采用大量化学品的传统工艺相比,MF/UF浓缩废液的处置比较容易。
● 占地面积更小,在一些大系统中,有时只相当于传统工艺的1/5。
● 有利于系统的扩大增容。
● 运行费用基本相当,在一些情况下会较少。
● 设备投资基本相当,在一些情况下会较少。
(1)MF/UF膜的特性
市场销售的微滤膜的孔径一般在0.1-0.35mm。用于反渗透预处理的超滤膜的切割分子量一般在
20,000到750,000道尔顿(0.002-0.05mm)。
常见的操作跨膜压差(TMP)在3-30psi。膜材料有聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚丙烯、纤维素类和其他专有配方。大多数膜材料具有相当宽的pH范围,以便于在低和高pH条件下进行化学清洗。大多数膜还具有耐游离氯的性能,可以进行周期性或连续消毒处理。聚合物膜的最大运行温度为40℃,但陶瓷膜可以在较高温度下使用。
MF/UF膜有许多构型:卷式平板膜、管式、中空纤维和板框式。用于RO预处理比较普遍的是中空纤维和卷式,这主要是由于考虑到投资、能耗、耐污染以及在冲洗和化学清洗的情况下的通量恢复性能。
(2)MF/UF运行特性
MF/UF膜有两种不同的运行模式:全量过滤和错流过滤。全量过滤操作模式(也叫做死端过滤)与筒式滤器相类似,即只有料液流和滤液流(没有浓缩液流)。全量过滤方式可以实现水回收率的最大化,达到95-98%,但一般限于原水的悬浮固体含量较低的情况(比如浊度<10NTU)。错流操作模式的典型水回收率为90-95%。
在一些情况下,MF/UF系统的原水回收率可以达到99%以上,需要将浓缩水和周期性反冲洗水进行收集和处理。二次处理可以通过采用传统固体沉降或另外一套MF/UF系统。
如果MF/UF系统需要预处理,只是简单的筛网过滤器,精度在100到150μm。有时添加铁盐一类的混凝剂,以获得最好的悬浮固体去除效果。
MF/UF膜的典型通量在36-110gfd之间(60-183l/m2hr)。悬浮物浓度较高或污染倾向较强的料液系统,运行通量也较低;高通量用于处理低悬浮物负载的料液系统(比如地表水的通量可以是70gfd)。MF/UF透过液的水质在浊度或SDI等指标上明显好于传统预处理水。一般MF/UF的产水浊度在0.04-0.1 NTU之间,而且不随原水浊度波动。运行良好的传统预处理水的浊度为0.2—1.0NTU。典型的MF/UF产水的SDI为0.3-2,而运行良好的传统预处理水的SDI为2-6。更低的SDI降低了对反渗透膜的胶体物料沉积污染。
(3)MF/UF改善反渗透的经济性
利用浊度和SDI都非常低的MF/UF产水,反渗透设计通量会大大提高。采用MF/UF的反渗透系统通量可设计为12到20gfd。采用传统预处理的反渗透系统的典型设计通量为:废水处理8-12gfd,地表水10-15gfd。采用了更高的通量,需要的膜元件、膜壳和管线都减少了,系统的固定资产投资便降低了。而且提高通量还有一个好处,可以将产水透盐量减少20-50%。
5 气浮
在水中注入大量的微小气泡,气泡黏附在悬浮颗粒表面将其夹带浮上水面,从而实现固液分离。气浮主要用于油污、水藻等难以沉淀的污染物去除。在工业废水、地表水和海水预处理中应用较多。
实现气浮分离的必要条件有两个:首先要向水中注入足够数量的微细气泡,15~30微米的气泡尺寸比较理想;其次,疏水性悬浮颗粒有利于气泡粘附。影响气浮效果的因素有:微气泡尺寸,决定于溶气方式和释放器构造;气固比,取决于空气加注量;进水浓度、工作压力和上浮停留时间;药剂的作用。
目前应用较多的是溶气气浮(DAF),有加压溶气和真空产气两种工艺。
6 保安过滤器
所有RO/NF装置上都配有筒式保安过滤器,滤器的过滤孔径要求至少为10mm。保安过滤器是膜和高压泵的保护装置,防止可能存在的颗粒物引起的破坏,是最后一道预处理手续。推荐保安过滤器的孔径不大于5mm。当浓水中硅的浓度超饱和时,宜使用1mm的滤芯,用来降低硅与铁和铝胶体的相互作用。
5.4生物污染的控制和预防
1反渗透膜的生物污染
微生物污染的主要来源是进水,预处理也可能是生物污染源。通常,生物污染是一个缓慢的过程,在许多情况下,它是一个难以发现的隐藏问题,有时和其他因素有关。生物污染的标志和症状:
◆ 膜通量下降;
◆ 进水压力和系统压差逐渐增大;
◆ 脱盐率逐渐下降。
膜的微生物污染会导致:
◆ RO系统清洗与维护费用增加;
◆ 产品水水质明显变差(水可能要后处理);
◆ 膜寿命明显下降。
2生物污染的鉴别
被微生物污染的膜经过碱性化学清洗和杀菌清洗,膜性能会有显著的恢复。在膜元件中产生的微生物粘泥非常像膜表面带上生物薄膜。检验沉积微生物特性的一个简单的现场方法是从表面上刮取一小部分,放在火焰上燃烧,其气味与毛发燃挠的气味十分接近。粘泥的稠度、气味及目测的结果都能证明膜受到了微生物污染。
生物膜的特点如下:
◆ 水含量高(70%-95%);
◆ 有机物含量高(70-95%);
◆ 菌落形成单元(CFU)和细胞数高(显微镜计数);
◆ 碳水化合物及蛋白质含量高;
◆ 三磷酸腺苷(ATP)含量高;
◆ 无机物含量低。
不同类型污染之间的相互作用会使情况变得复杂。如氧化铁或生物膜等污染物在膜面上聚积,会促使难溶盐(如石膏)产生过饱和结垢,从而形成复合污染层。铁垢和生物膜均易清洗,石膏垢则不易洗去。在极恶劣的情况中、上游的泥沙污染能够在单元的下游部分形成低流量区。这使膜起到作为深层过滤区而不是错流过滤器的作用,并当诸如钡、钙或镁的硫酸盐,氟化钙,或二氧化硅等的浓度超过它们在横过膜表面的低流速区域中的饱和度时就会产生不溶物的沉淀,便能导致次级污染。