本研究以陜西榆林某煤化工廢水處理裝置的反滲透濃水為對(duì)象，設(shè)計(jì)規(guī)模為中試。模擬實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行工況，連續(xù)運(yùn)行90d。采用納濾膜分離技術(shù)，考察納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留效果，通過(guò)調(diào)整納濾膜系統(tǒng)的運(yùn)行條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)不同條件下納濾膜對(duì)有機(jī)物的去除率，分析納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留特性;通過(guò)對(duì)比分析不同型號(hào)的納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留效果，為實(shí)際工程項(xiàng)目納濾膜的選擇及工藝參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 水樣及測(cè)試方法
實(shí)驗(yàn)用煤化工廢水處理裝置的反滲透濃水，處理水量1m3/h，電導(dǎo)率為59.2～72.7mS/cm，COD為170～250mg/L，pH為9.23～11.56，氯化物、硫酸鹽的質(zhì)量濃度分別為7.995～10.83、20.94～26.17g/L，二氧化硅的質(zhì)量濃度21～87mg/L。
COD測(cè)試方法按GB11914-89進(jìn)行。
1.2 納濾膜
實(shí)驗(yàn)用納濾膜參數(shù)見表1。
1.3 實(shí)驗(yàn)流程
實(shí)驗(yàn)流程見圖1。采用2只8英寸納濾膜，2段布置方式，進(jìn)水壓力在1.8～2.2MPa，膜通量在6～10L/(m•2h)。
2、結(jié)果與討論
2.1 截留COD效果
裝置調(diào)試完成后，連續(xù)運(yùn)行90d，進(jìn)水平均電導(dǎo)率62.7mS/cm、pH為10.16。使用1#膜，在運(yùn)行壓力1.8MPa條件下連續(xù)運(yùn)行10d，考察納濾膜對(duì)COD的截留效果，結(jié)果見圖2。
由圖2可知，進(jìn)水COD在170～240mg/L，濃水側(cè)COD為250～350mg/L，產(chǎn)水COD穩(wěn)定在78～110mg/L，COD平均去除率為53.4%。盡管進(jìn)水COD存在波動(dòng)，但出水COD相對(duì)平緩，這說(shuō)明納濾工藝對(duì)有機(jī)物的去除有一定的穩(wěn)定性。分析原因可能是煤化工廢水經(jīng)過(guò)前端生化和過(guò)濾截留作用，反滲透濃水中主要是殘留的大分子難降解有機(jī)物，這些有機(jī)物可以被納濾膜截留下來(lái)得以去除，所以納濾系統(tǒng)表現(xiàn)出對(duì)COD有較高的去除率。
2.2 壓力對(duì)截留COD的影響
采用1#膜，進(jìn)水平均電導(dǎo)率62.7mS/cm、pH為10.16。通過(guò)調(diào)節(jié)高壓泵的頻率，分別調(diào)整不同的運(yùn)行壓力各連續(xù)運(yùn)行10d，測(cè)試納濾膜對(duì)COD的截留效果，結(jié)果見圖3。
由圖3可知，在進(jìn)水COD在170～250mg/L條件下，產(chǎn)水側(cè)COD平均分別為80、78、75、55mg/L，COD平均去除率分別為54.0%、56.8%、57.0%、59.9%。納濾對(duì)COD的去除率隨運(yùn)行壓力的增大而升高，運(yùn)行通量隨運(yùn)行壓力的增大而升高。納濾過(guò)程為壓力驅(qū)動(dòng)過(guò)程，隨著壓力的增加，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)膜的溶劑體積逐漸增加，而單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)溶質(zhì)的量卻沒有變化，所以其截留率出現(xiàn)相應(yīng)的增加。
2.3 回收率對(duì)截留COD的影響
采用1#膜，進(jìn)水平均電導(dǎo)率62.7mS/cm、pH為10.16，COD為170～250mg/L。結(jié)合實(shí)際工程納濾的回收率，考慮進(jìn)水平均電導(dǎo)率較高，故將納濾系統(tǒng)的回收率分別控制在40%、45%、50%、55%和60%這5種條件下，結(jié)果見圖4。
由圖4可知，隨著回收率的升高，納濾膜對(duì)COD的截留率逐漸升高，但升高幅度較小;同時(shí)隨著回收率的升高，滲透通量逐漸升高，這與運(yùn)行壓力的影響是一致的?？紤]納濾膜對(duì)COD截留率上升的比較緩慢，主要原因是反滲透濃水含鹽量較高，溶液逐漸被濃縮，膜表面濃差極化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，部分溶質(zhì)透過(guò)，滲透液中的的溶質(zhì)含量隨著回收率的上升而逐漸增大。因此，在工程案例設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理地選擇膜回收率是比較關(guān)鍵的。
2.4 鹽含量對(duì)截留COD的影響
采用1#膜，運(yùn)行壓力2.1MPa，進(jìn)水平均pH為10.16?？紤]到實(shí)際工程反滲透濃水的含鹽量較高，故采用電導(dǎo)率表征鹽含量。測(cè)試反滲透納濾膜在不同電導(dǎo)率下對(duì)COD的截留效果，結(jié)果見圖5。
由圖5可知，進(jìn)水COD在150～250mg/L，產(chǎn)水側(cè)COD為40～100mg/L，濃水側(cè)COD為230～350mg/L。COD的去除率隨電導(dǎo)率的升高逐漸降低，并逐漸趨于平緩穩(wěn)定。分析原因是隨著鹽含量的增加，在相同壓力下，納濾膜分離有機(jī)物時(shí)的滲透通量下降比較明顯，且在高含量鹽存在的條件下，其通量隨著鹽含量的上升的趨勢(shì)逐漸下降。同時(shí)由于膜表面存在鹽析現(xiàn)象，使鹽溶液透過(guò)的同時(shí)附帶少量有機(jī)物溶質(zhì)，導(dǎo)致通量和截留率均有所下降。因此，納濾對(duì)有機(jī)物的截留率在鹽含量較高的條件下，隨著著鹽含量的增加其截留率下降。
2.5 pH對(duì)截留COD的影響
采用1#膜，運(yùn)行壓力2.1MPa，進(jìn)水電導(dǎo)率平均為62.7mS/cm。堿性條件下，分別在不同pH(8.0～11.5)下測(cè)試納濾膜對(duì)有機(jī)物截留效果，結(jié)果見圖6。
由圖6可知，隨著pH的升高，有機(jī)物去除率雖然存在波動(dòng)，但無(wú)線性相關(guān)趨勢(shì)?？赡茉蚴?，納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留率，一是與膜切割分子量(MWCO)相關(guān)[8];二是受膜表面帶電基團(tuán)和帶電物質(zhì)之間的靜電作用力影響，而廢水中的有機(jī)物表現(xiàn)的荷電性不明顯，調(diào)節(jié)pH無(wú)法改變有機(jī)物帶電集團(tuán)的荷電性[9]。因此，pH對(duì)納濾截留反滲透濃水中有機(jī)物的影響較弱。
2.6 不同膜對(duì)截留COD的影響
在相同pH(9.5)、壓力(2.1MPa)和進(jìn)水電導(dǎo)率(60mS/cm)條件下，測(cè)試1#、2#、3#納濾膜對(duì)COD的去除效果，連續(xù)運(yùn)行20d結(jié)果見表2。
由表2可知，不同的納濾膜對(duì)有機(jī)物截留效果的表現(xiàn)存在一定差異。表明不同的納濾膜制備工藝和材料不同，有機(jī)物的截留性能差異較大。
3、結(jié)論
針對(duì)榆林某煤化工項(xiàng)目的反滲透濃水，采用納濾膜技術(shù)去除廢水中的COD，通過(guò)實(shí)際中試，主要得到以下結(jié)論：
1)在實(shí)際進(jìn)水COD在170～250mg/L時(shí)，1#芳香聚酰胺納濾膜對(duì)COD的平均去除率為56%，產(chǎn)水COD在80～100mg/L。
2)納濾過(guò)程為壓力驅(qū)動(dòng)過(guò)程，當(dāng)改變納濾系統(tǒng)的運(yùn)行壓力時(shí)，納濾對(duì)COD的去除率隨運(yùn)行壓力的增大逐漸升高;當(dāng)提高系統(tǒng)運(yùn)行的回收率時(shí)，納濾膜對(duì)COD的截留率逐漸升高，但升高幅度較小;當(dāng)進(jìn)水實(shí)際鹽含量升高時(shí)，由于膜表面存在鹽析現(xiàn)象，使溶液透過(guò)的同時(shí)附帶少量有機(jī)物溶質(zhì)，導(dǎo)致納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);pH對(duì)納濾膜截留有機(jī)物的影響較弱
3)不同的納濾膜，由于制備工藝和膜材料不同，納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留性能存在差異。在相同的運(yùn)行條件下，1#、2#、3#納濾膜對(duì)有機(jī)物的截留率分別為48.8%、57.8%、63.0%。
因此，納濾對(duì)有機(jī)物的截留與操作條件密切相關(guān)，選擇合適的操作壓力、鹽含量和回收率，才能達(dá)到最佳的分離效果。( >
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