混合超滤反渗透系统在游泳池水处理的反冲洗水回用中的应用 9页

'学号：10415104常州大学毕业设计（论文）外文翻译（2014届）外文题目ApplicationofacombinedUF/ROsystemforthereuseoffilterbackwashwaterfromtreatedswimmingpoolwater译文题目混合超滤/反渗透系统在游泳池水处理的反冲洗水回用中的应用外文出处Desalination178(2005)41—49学生学院环境与安全工程学院专业班级给水101班校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务二○一四年一月 混合超滤/反渗透系统在游泳池水处理的反冲洗水回用中的应用FlorianG.ReiBmanna*,EvaSchulzeb,VolkerAlbrechtb"InstituteforUrbanWaterManagement,DresdenUniversityofTechnology,D-O1062Dresden,GermanyTel.+49(351)463-34687;Fax+49(351)463-37204;email:Florian.Reissmann@mailbox.tu-dresden.debWassertechniseherAnlagenbauPlauenGmbH,Re~igerGewerberingI1,D-08525Plauen,GermanyReceived15October2004;accepted22November2004摘要：由于超滤、反渗透相结合的处理工艺的全面应用，把处理过的游泳池水重用作过滤器反冲洗水是有效的。超滤处理表明滤料的缩小是十分重要的。浊度值从5-25FNU下降至0.02FNU。在这项研究中被调查的设备，90分钟就能实现过滤。根据这样的结构，超滤设备达到了97％以上的效率。为了避免盐和溶解的化合物浓度的增加，多达三分之一的超滤滤液直接用于反冲洗设备。结果，据观察，游泳池水质没有恶化，特别是消毒副产物的浓度没有增加。成本比较显示，每年可节约的费用取决于膜的预期使用寿命。如果膜的预计使用年限超过7年，每年的节省将可能超过4300欧元。对于直接排放浓度的阈值，悬浮固体浓度，可吸附有机卤化物以及化学需氧量的浓度，也有特别的作用。关键词：游泳池水处理，过滤反冲洗废水，中水回用，超滤，反渗透1.引言：把不同用途的水回收使用变得更加重要。水资源短缺和干旱的严重威胁并不只限于发展中国家。即使在像德国这样的国家，供水厂和企业为满足未来用水需求，扩大水的循环使用将成为一种可能的选择的，这种公司的数量也越来越多。伴随着许多改进的设计和技术，膜处理为水的重复使用提供了许多优势。来自饮用水生产的过滤反冲洗水的重复使用，目前被认为受到越来越多水供应商的亲睐。在过去，过滤反冲洗水经常被排放到污水理厂，导致升高了排放费用也加大了原水或饮用水的消耗。不同的试验点和大规模的工厂证明了对重复使用的过滤反冲洗水进行超滤处理的可能性[1,2]。在许多情况下，通过对些废水进行膜处理，可以有效的降低排放费用[3]。此外，应用膜处理技术处理过滤反冲洗水和回用水，最近被越来越多的用于游泳池中[4,5]。像砂滤或者超滤与氧化工艺结合这样不同的处理组合，可能而且能够被用到游泳池的循环用水系统中[6]。但是，水质不能因为游泳池的循环用水系统而受到影响。在德国，在DIN19643标准当中[7]，水质要求和可能的处理组合都要考虑。水质方面，尤其是包括限制参数，如三氯甲烷（THM，0.02mg/l），余氯（0.3-0.6mg/l），或微生物污染物[总数（HPCS），菌胶团，大肠埃希氏菌，假单胞菌属）]等消毒副产物。另外，还有一种特殊的要求是，为了达到稳定的水质每人每天至少30升的补充水量。如果要回收不同的水量，例如过第8页共8页 滤回水，游泳池水质不恶化是应该的。在这项研究中，效果SFBW重复使用使用池水联合超滤和反渗透工艺DIN19643质量特别考虑到影响。此外，实验包括调查膜性能，illtrate水质和浓缩处理。废水过滤会用水的效果使用了一个把超滤和反渗透工艺相结合的工艺，在游泳池，关于DIN19643的质量被调查了。另外，实验包括膜性能调查，水中杂质过滤，和浓缩处理。2.材料与方法在这项研究中，最大容量为2.5立方米/小时超滤设备，被安装在齐尔恩多夫市的（巴伐利亚州）现有的一个游泳池中。现存的传统工艺和过滤回水处理概况如图1所示。图1.齐尔恩多夫市游泳池水的处理流程来自不同游泳池的循环用水通过传统的混凝和絮凝处理，然后通过随后的直接过滤过程。在这项研究中的游泳池的调查中，双介质的砂滤器有粒状活性炭和沙子。将滤液用次氯酸钠消毒并回到池中。根据客人的数量以及过滤器的1-5天的运行时间。平均每天处理35.2-37.9立方米的水，反冲洗后的砂滤器，过滤反冲洗水直接进入一个容量为43立方米的沉淀池。经过0.5到2小时沉淀后，澄清过滤反冲洗水直接用泵送至超滤设备。污泥送至下水道。为了使联合膜过滤装置能够稳定的运行，一个带有45平方米的有效膜超滤装置就足够了。在研究中的超滤设备是一个已获专利的德国“多底”结构的组件。这种膜模型的一个结构结合了7个单毛细血管。其结果是，提高了膜的稳定性，并降低纤维断裂的可能性。聚醚砜膜的分子质量减少了100KD[8]。流道空的直径为0.8毫米的纤维，以恒定2立方米/小时的连续流流动。实验以至少2小时沉淀和10到15分钟的过滤开始，因为反冲洗回水的有效过滤时间是短的，所以澄清阶段缩短到30分钟。在研究中过滤阶段的最大需要时间是90分钟。进行反洗的膜从滤液渗透贮槽的反冲洗水流量为150L/（m2.h）。为了保证恒定的流速，第8页共8页 化学处理在每个反冲洗区间使用次氯酸钠进行处理。过滤设备的滤液用NaOCl消毒，随后的处理液收集在一个滤液体积为1.6立方米的储罐，作为膜冲洗泵的填料。随后，将滤液分为两部分。第一个流入反渗透设备，而另一部分是直接回到游泳池。反渗透设备用于减少溶解的化合物。因为水的循环作用，像盐或DOC等化合物的溶解浓度的不断增加可在游泳池观察到。因此，要应用一个处理步骤来减少这种化合物。反渗透是一种为减少溶解化合物的行之有效的方法。约三分之一（700至1100升/小时）滤液直接到反渗透处理系统。由于反渗透膜不能耐氯，反渗透系统之前必须安装填充有颗粒的过滤器活性炭。几分钟的接触时间就足够催化反应余氯。除了连续记录膜的性能参数（TMP和焊剂，浊度），采取填料中的样品，滤料，集中浓缩并进行TSS，金属和有机物和参数（DOC和紫外线的254nm波长处的吸光度）的分析。UV吸光度是一个估计存在复杂的化学化合物的有用的参数。特别是波长为254nm吸收共轭碳双键链接和已知芳环的光。特别的，UV吸收光（SUVA）从DOC和提供现存基础组织信息UVA计算到。基础信息则在分析水样中有机物的性质的中。微生物调查包括羟丙基纤维素的分析，以及在滤料中的假单胞菌，总大肠菌群和大肠埃希氏菌。3.结果与讨论3.1膜性能在实验过程中，观察到膜的性能（通量，TMP和磁导率）无显著变化。由于实验已进行了3个月，在图2典型的超滤膜性能经营期参数超过约24小时作为一个例子。在其他实验期间得到相似的结果。在低于200毫巴的非常低的TMP要保证64L/（m2.h）的稳定的流量。20°C的正常渗透率在高于330L/（m2.h.bar），这表明膜的性能良好。由于在过滤过程中10-15分钟的期间增加的TMP几乎可以忽略，过滤时间增至90分钟时，如图所示2所示。在一个特殊的试验时期，间隔使用NaOCl的化学清洗是为了达到一个稳定的渗透性,并且使滤液不受任何微生物污染。结果这些实验表明几乎恒定的TMP，即使没有NaOCl的增加也能进行膜的反冲洗。相反，在滤液中被发现一个微生物污染（高羟丙基纤维素和假单胞菌），表明无任何化学品的使用，标准滤液反洗消毒不足以抑制微生物再生长。在表1的例子中，显示了取样的三个微生物的结果。结果表明，对反冲洗装置的初步的消毒是不够的，并在10/23/03，滤液中仍然含有高浓度的高羟丙基纤维素和假单胞菌。改变化学消毒的剂型点，进行延长消毒，完整的冲洗超滤系统，特别考虑到管道的安装后，在以下抽样调查过程中（如表1所示，只有两个抽样）没有更多的微生物污染被发现。此外，滤液存储槽中没有发现微生物污染，这表明没有发生微生物再生长。最后，45分钟过滤期间和化学净化的滤膜在每一秒的反冲洗时，一个稳定的通透性，以及滤液没有受到任何微生物的污染。由于微生物的分解，就满足了德国DIN19643准则，滤液可以返回到池中并且水质没有受到任何影响。第8页共8页 图2运行大约四周后主要膜性能参数典型控制表1.微生物分析3.2去除率过滤回水经过超滤处理后，滤液中的浊度值从5和25FNU之间下降到低于进料0.02FNU，表明颗粒物几乎完全去除。为了提供优质的游泳池水，增加消毒剂是必要的。在大多数情况下，使用氯气对池水进行消毒。由于化学消毒剂的作用而产生的消毒副产物的量，如氯的量受水中有机物量的影响。在提供良好的游泳池水质中有机化合物的减少起着关键作用。在图3中显示了进水中（SFBW），在超滤处理后的过滤水中，以及随后使用NaOCl消毒过的水中的重要的有机物的总参数。与此相反，颗粒物通过超滤处理，有机化合物的更低的去除率是能够实现的。平均来说，只有最多约11％的DOC能够恢复。这些值与在其他处理来自饮用水生产的过滤回水处理实验中的值是非常相似的[2]。与此相反，在超滤处理以及随后的氯消毒后UVA254（波长是254nm的紫外线）值增加约10％。表明有机化合物的芳香性增加了。第8页共8页 通过加氯消毒，有机化合物的结构发生显著地改变。简单的有机化合物，其特征在于低UVA254值，如多糖的氧化物和更复杂的有机化合物的生成，导致UVA254值升高。然而，计算的SUVA（紫外吸光度）值从0.39到0.481/（m.*mg）呈小幅增加，并且这些发现已经被证实。虽然在填料中的SUVA（紫外吸光度）值水平以及在滤液中是非常低的，有机化合物的结构的清晰的转变表明这些化合物芳香性的增加。因此，如果水是循环多次的，连续增加芳香性和有机物腐殖质是必须要考虑的。然而，迄今还没有被观察到游泳池水质受到负面影响。除了增加UVA254（波长是254nm的紫外线）和相应的SUVA（紫外吸光度）值，测量消毒副产物THM（三氯甲烷）的浓度从0.005到0.007毫克/升同比增长40％。但是，THM（三氯甲烷）浓度低于德国DIN19643标准，该标准为0.02毫克/升，结果，过滤水的质量应该不会影响游泳池水质。图3在超滤处理前后有机物聚集参数比较3.3成本效益考虑到过滤回水超滤/反渗透联合处理的成本，排放费用显著降低，对饮用水供应费用降低的实现具有重大意义。此外，用于饮用水加热的能量消耗要低得多。在表2中对Zirndorf（齐尔恩多夫市）游泳池的预期成本与反冲洗水回收系统进行了比较。可以看出，每年约9,500立方米的水可以被重复使用。基于废水排放的平均费用和饮用水供应的成本，通过联合超滤反冲洗设备使每年降低成本23750英镑似乎是可能的。此外，每年可节约能耗估计约7,300英镑。与此相反，设备安装的费用以及运营的成本需要考虑。对联合超滤/反冲洗设备的投资成本估计约90,000英镑。运营成本的计算公式为：•化学品（用于反渗透设备的NaOCl和反渗透阻垢剂）：每年3,800英镑•能源成本（例如，泵）：每年5,600英镑第8页共8页 •进行监督检查成本：每年3300英镑基于这些计算，每年联合膜设备的成本可以决定下来，并且与现有的没有回水修复系统的成本比较。在图4，每年的预期成本就取决于这两种情况下设备的使用寿命。表2.废水处理，饮用水，加热的联合超滤渗透反冲洗系统的费用降低图4有废水回收系统以及没有废水回收系统的成本比较可以清楚地看出，预期寿命在5年以上，应用联合超滤/反渗透设备的成本都低于无需反冲洗水回收系统的操作成本。由进一步优化，减少这个使用时间估计能够在设备使用7年之后带来4.300英镑的节约。然而，观察到膜的寿命约在5到7年，甚至更高的年限，这将影响成本发生显著变化。3.4浓缩处理在超滤处理过程中由几乎完全恢复所引起的，颗粒物固体悬浮物的聚集，化学耗氧量（COD）和吸附的有机卤化物（AOX）是非常的聚集。如果要将浓缩物排到污水管道系统，在许多情况下，是违反规章制度的，因为他们往往是有浓度要求的。在案例研究中，过滤回水直接排放到下水道，是未来最可行的处置浓缩物的方案。其结果是，德国联邦以及接收废水公用事业，监管本地指令需要加以考虑。在表3中对重要的阈值和过滤回水直接排放浓度进行了比较。浓缩的值是来自反冲洗超滤膜后的回水的最大样本并没且没有NaOCl。从该表中可以清楚地看出，应用超滤处理后，集中浓度达到被认为是过滤回水直接排放的阀值。固体悬浮物，COD和AOX等参数似乎是最重要的，因为他们超过阈值有二到七个因素。但是，这些值的呈现仅仅在超滤浓缩时才集中。此外，过滤回水30％第8页共8页 来自砂滤，并不是直接排放到超滤设备，并仍然在过滤回水容器内。在原来的过滤回水中AOX的浓度分析在0.09ml/l。整个齐尔恩多夫市游泳池处于AOX的最大平衡，排出的废水中AOX浓度可以计算出为0.17ml/l。其结果是，可以满足规定阈值，并且排放废水到污水处理厂是可能的。为了减少悬浮固体和COD，游泳池操作者和废水污水处理厂运营商的特殊协商是必要的。表3.浓缩分析4.结论联合超滤反渗透处理来自处理游泳池的过滤回水，是一个合适的环保的游泳池水重复利用的方法。基于一个全面的研究，对膜性能和游泳池水质过滤回水的重复使用，废水的处理进行了调查。过滤回水的超滤处理有许多优势。高品质的滤液，可以很容易地返回到游泳池并且没有任何安全隐患。该项研究的结果表示由于超滤处理几乎完全去除了颗粒物质。由于水温高的作用，可以实现大流量，实现一个高超的膜处理。特别考虑到防止滤液中微生物的污染，进行化学处理是必要的。反冲洗是为了减少盐或DOC这样的溶解化合物。大约三分之一的超滤滤液被反冲洗，结果，观察到并没有污染游泳池水质。结果TSS，COD，AOX在超滤设备里积累，德国联邦接收污水公用事业监管的各自的阈值的不能达到，浓缩物排入下水道，将受到额外收费，或必须考虑替代处置方案。然而，随着不断维修和工厂的监督，渗透要求根据现行的法规和洗澡标准生成。另外，通过减少废水量，可以使水的处理费用，以及给游泳池供水的饮用水的费用降低成为可能。基于膜的大约为7年的预计使用年限，的不变能源，水和废水成本，每年节约超过4300英镑似乎是可能的。参考文献[1]T.K6tzle,G.MerklandP.A.Wilderer,Largescalereuseofdifferentfilterbackwashwatersapplyingasubmergedrnicrofiltrationmembranesystem.Proc.ManagementofWastesfromDrinkingWaterTreatment,London,2002.[2]F.G.ReiBmann,H.Wingrich,andP.Krebs,Thebehaviorofinorganicandorganiccompoundsduringultrafiltrationtreatmentofspentfilterbackwashwater.WaterandEnvironmentalManagementSeries(WEMS),inpress.[3]F.G.Reil3marm,M.Scherer,M.WeigandH.Wingrich,Cost-efficiencyofultrafiltration第8页共8页 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