简谈纳滤与低压反渗透在冶炼废水处理中的试验 5页

简谈纳滤与低压反渗透在冶炼废水处理中的试验铅锌冶炼行业在生产过程中会产生大量含重金属的废水。废水中重金属离子的种类、含量及其存在形态随不同生产情况差异很大。重金属离子污染成分在环境中只能改变其形态或被转移、稀释、积累，但不能去除或降解，危害大。这些废水排放到环境中，不仅浪费了资源还严重污染环境，对此国家制定了严格的排放标准，含重金属的废水必须进行处理。1深度处理膜工艺的确定1.1中试前运行状况西北某冶炼厂建成了1.4万m3/d规模的工业废水处理站，工业废水处理工艺流程为调节-初沉-混凝-沉淀-混凝-沉淀，其核心技术是采用两级絮凝沉淀的方法。近年来我国对废水的排放标准日益严格，西北某冶炼厂废水经常规物化处理后，排放水质已不能达到2012年1月1日起最新执行的《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)中重金属的排放要求，要想达标排放和满足当地环保要求，冶炼废水还需进一步进行深度处理，水质达到再生水水质标准后可回用，实现废水资源化。1.2中试方案目前，膜技术应用于冶炼废水的深度处理成为一种趋势。西北某冶炼厂为使预处理后的废水达标并回用，经过仔细研讨后，拟定了MMF(多介质过滤)+UF(超滤)+RO(低压反渗透)和MMF(多介质过滤)+UF(超滤)+NF(纳滤)两种废水深度处理方案，为筛选最优方案，开展了3个月的中试研究。1.3中试规模及其进水水质\n中试采用西北某冶炼厂两级絮凝沉淀处理后的废水进行深度处理。废水先经过MMF+UF处理后，其出水分成两等份分别作为纳滤和低压反渗透的进水。两者的进水量均为3.2m3/h，进水水质、《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)和《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)。1.4中试材料及操作条件1.4.1预处理预处理工艺在膜工艺应用中非常关键，良好的预处理效果不但可确保达到膜进水水质要求，还可减少膜元件的通量衰减速度，延长系统化学清洗周期及元件使用寿命，降低运行成本。根据原水的水质特点及工艺系统的经济性，本中试的预处理采用MMF+UF，其中超滤选用德国曼胡默尔低压超滤膜元件，膜材质为外压式中空纤维膜，膜表面空隙率高，支撑层为海绵状网络结构，外压过滤形式。根据中试水质特点确定的超滤反洗周期为30min，每次反洗60s左右，同时1～2d进行一次通量维护，清洗历时1h，可以有效控制膜污染，延长化学清洗周期，对膜稳定运行具有重要意义。预处理工艺主要去除对象一般为悬浮物、胶体、有机物、微生物等物质，同时可对工艺进水pH进行适度调节，以此确保后续膜处理系统对废水中的重金属离子、COD及总硬度的去除。1.4.2纳滤膜纳滤膜特有的功能是反渗透膜和超滤膜无法取代的，它兼有反渗透和超滤的工作原理，具有纳米级的膜孔径，膜上多带电荷等结构特点，其行为与其荷电性能以及溶质的荷电状态和相互作用有密切关系。纳滤膜虽对重金属离子的去除具有显著效果，但它运用于铅锌工业废水处理时，其产水的总硬度偏高。\n考虑到冶炼废水水质特点，选用陶氏FILMTECTMNF90-400型纳滤膜元件，设计膜通量为27L/(mh)。系统回收率为75%左右，脱盐率为86%，操作压力为0.75MPa，操作温度为30～36℃。1.4.3低压反渗透膜反渗透是与自然渗透过程相反的膜分离过程，渗透和反渗透两者都是通过半透膜来实现的。渗透压的大小与溶液的性质有关而与膜无关。反渗透膜及其表面特性在分离过程中起着主导作用。近些年发展起来的低压反渗透是反渗透中的一类，其运行能耗较普通反渗透低。选用陶氏FILMTECTMXFRLE-400/34i低压反渗透膜，即复合式聚酰胺薄膜;允许pH范围2～11;操作压力为0.63MPa;最大污染指数SDI为5;最大操作温度为45℃;最小脱盐率为98%，平均脱盐率为99.5%。2处理效果及结果分析2.1纳滤膜和低压反渗透膜出水水质2.2去除效果比较进出水中铜离子、镉离子、铅离子、锌离子、铁离子、COD及总硬度的变化情况分析如图1所示。2.3中试结果分析对于等量同质的超滤出水，分别通过纳滤和低压反渗透两种不同的膜工艺处理，其中纳滤对Pb2+的去除率明显高于低压反渗透，而对于Cd2+、Cu2+、Zn2+和铁等金属离子的去除率略逊于低压反渗透，总的来说，二者出水均能达到西北某冶炼厂的排放标准。\n纳滤和低压反渗透对超滤出水中的COD有同等的去除效果，且去除率几乎达到100%，而纳滤对总硬度的去除率为96%，低压反渗透对超滤出水的总硬度去除率在99%以上。纳滤对总硬度的去除效果明显逊于低压反渗透。中试期间，对纳滤单元和低压反渗透单元运行成本进行了对比分析。鉴于两者药剂消耗及膜损耗费用相当，两者的运行成本差异主要体现在能耗方面。纳滤单位水量电耗约0.21kWh，低压反渗透单位水量电耗约0.18kWh，电费按照0.51元/(kWh)计算，前者单位水量电耗成本约为：0.210.51=0.11(元/m3)，后者单位水量电耗成本约为0.180.51=0.09(元/m3)。因此，低压反渗透直接动力能耗方面要比纳滤节省18%。低压反渗透脱盐率远高于纳滤，其出水水质也优于再生水水水质指标，作为工业新水补充到循环水系统中，可大大提高循环水系统的浓缩倍数，减少循环水系统补水量，即实现了污水资源化利用，节约了工业新水资源。因此，低压反渗透出水较纳滤出水具有更好的回用价值。综上所述，低压反渗透和纳滤出水均达到了《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中规定的再生水水水质指标。但基于低压反渗透膜在动力能耗方面低于纳滤膜，出水水质优于纳滤膜，且纳滤膜一次性投资高于低压反渗透膜，因此西北某冶炼厂选择低压反渗透作为深度处理工艺，具有可行性和经济性。3结论(1)低压反渗透对总硬度的去除效果明显高于纳滤，且低压反渗透对超滤出水的总硬度去除率在99%以上。(2)低压反渗透对Pb2+的去除率明显低于纳滤，而对于Cd2+、Cu2+、Zn2+和铁的去除率略高于纳滤。(3)纳滤和低压反渗透对超滤出水中的COD有同等的去除效果，且去除率可达到100%。(4)低压反渗透运行能耗要低于纳滤。\n(5)试验证明，西北某冶炼厂两级絮凝沉淀处理后的废水采用MMF+UF+RO的深度处理工艺，其出水完全可达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-2007)中规定的再生水水质指标要求。