膜法水处理技术与集成.doc 8页

'膜法水处理技术与集成，包括污水资源化、自来水安全净化等。   1.  难降解工业废水生物增效技术研究：   为了解决由于含复杂成分难降解工业废水中的悬浮物、胶体、污泥絮体等造成严重的膜污染问题，的生物增效技术作为一种强化二级生物处理技术以其独特的优势在难降解工业废水处理领域得到了广泛的关注。该技术是从自然界中找到降解某种污染物的最佳微生物或将已有高效降解菌通过诱变或基因重组等技术制成新型工程菌，并通过分离、筛选得到该目标污染物的高效降解菌株，扩大培养后投入到受污染环境中，最终降解污染物、消除污染的一类技术。我所在研的石化废水生物增效关键技术研究，能在不改造或扩充现有废水处理设施的基础上，提高废水水处理的范围、效果及抗冲击负荷的能力，改善污泥的沉降性能。    2. 膜曝气生物反应器研究   膜曝气生物反应器采用透气性致密膜(如硅橡胶膜) 或微孔膜(如疏水性聚合物膜) , 通过膜腔体供氧, 在保持气体分压低于泡点的情况下, 可实现向生物反应器的无泡曝气。其具有曝气量少、硝化与反硝化一体化、污泥产生量小以及运行管理方便等特点, 在环境领域日益引起广泛的关注。本课题采用课题组自主研发的新型PVDF微孔疏水膜进行膜曝气生物反应器相关研究。 膜污染机理和控制方法及其节能降耗膜污染机理膜污染的发生机制十分复杂,不仅与膜材质、微孔结构和表面特性,以及被处理料液的基本物性有关,而且与膜生物反应器的结构设计、操作条件等相关。Bentem等[2]研究发现,原水经格栅预处理后,原水中的SS可去除30%~60%,COD去除率为10%~15%,这样可以改变原水成分,从而改善后续工艺的处理效果,减轻膜污染,减小剩余污泥产量并改善污泥性状。HKShon等[3]研究表明,吸附絮凝的预处理过程可以使膜达到最高的通量,同时也可使料液中的总有机碳去除率超过90%。谢元华,膜生物反应器中膜污染机理及其防治许多研究者的运行结果显示,将微滤和超滤技术应用于给水处理时,其膜清洗周期较处理污水的短[4~6]。用于处理微污染源水的MBR一般沿用了处理污水的反应器结构形式,如在反应器内设导流板、膜组件下方设曝气管等,其运行参数也基本是参考MBR处理污水时的经验参数。但是,MBR处理微污染源水时的料液性质与污水处理系统存在很大差别,导致二者的膜污染特征不同[7]。由于微污染源水的贫营养环境,微生物浓度较低且代谢产物少[8、9],因此很难形成絮状菌胶团,游离菌体更容易造成膜孔堵塞[10]。当MBR与PAC组合时,PAC存在选择优化问题,致使膜污染速度可能更快[11]。 PAC粉末活性炭由于清水冲洗只能去除滤饼层污染,NaClO通常用于去除有机污染物,酸液用于去除无机污染物。膜污染迅速发展的原因分析①料液性质。微污染源水属于贫营养环境,生物反应器内微生物浓度较低,胞外聚合物分泌较少,很难形成菌胶团絮体,而游离态的菌体由于其大小与膜孔尺寸相近,容易引起膜孔堵塞[14]。② 　反应器和膜组件结构。在制作反应器时未像处理污水的反应器那样设中间导流隔板,反应器内混合液不能形成明显的升流区和降流区,膜面错流速率小,不利于控制污泥呈流化状态。另外,膜组件的上部膜丝距底部的曝气管较远,上部膜丝上附着的滤饼层不能在曝气冲刷作用下充分脱落,清洗时发现上部膜丝上附着的污染物明显比下部膜丝上附着的污染物多。为减缓滤饼层的形成,有必要开展反应器结构和曝气条件的优化研究。结论膜污染以滤饼层沉积和有机物污染为主,同时伴随着少量的无机物污染。使用0.3%~0.5%的NaClO浸泡足够时间,可使膜过滤性能基本得到恢复;而在碱洗后增加稀酸清洗,可进一步提高膜过滤性能。程家迪，MBR/PAC工艺处理微污染源水的膜污染机理及控制MBR出水中的胶体颗粒和有机物是引发RO膜污染的重要原因[2]。deRoever等人使用环境扫描电镜发现胶体颗粒普遍存在于膜面污染层中,对膜污染有重要的贡献[3]。Li和Mo等人以MBR出水中的有机物为研究对象,认为有机物会与水中的二价离子尤其是Ca2+发生络合反应,在RO膜面形成致密的凝胶层,引发严重的膜污染[4、5]。Contreras综合考虑了胶体颗粒和有机物,发现有的胶体颗粒会吸附有机物,在膜污染中产生交互作用,发生联合污染[6]。 2·2　污染层初步形成时冲洗对膜通量的恢复①初步形成的污染层运行MBR/RO系统,水中的污染物首先与RO的膜面接触并初步形成污染层,此时的污染层结构相对松散[9]之后随着的运行污染层不断被压实、加厚,最终形成严重的膜污染。以高于临界通量的产水运行RO系统,膜污染迅速发生,35h后标准通量下降为0.71。重复试验一次,35h后标准通量下降为0.74。由试验中标准通量的变化可知,当以高于临界通量的产水运行RO系统时,标准通量下降很快。在短时间内污染物迅速聚集在膜面,认为此时形成的污染层为初步形成的污染层。②冲洗对膜通量的恢复初步污染后,分别用清水和50mmol/L的NaC溶液对RO膜进行低压高通量冲洗,期间测试标准通量。结果表明,分别用清水和NaCl溶液冲洗120min后,标准通量均有良好的恢复。当用清水冲洗时,标准通量由0.71恢复到0.87,这与GozálvezZafrilla等人的试验结果相似[10];当用NaCl溶液冲洗时,标准通量由0.74恢复到0.93,冲洗效果更好。但是当用清水冲洗60min时,标准通量由0.71恢复到0.79,而用NaCl溶液冲洗60min时,标准通量可由0.74恢复到0.86,这说明短时间冲洗时,盐溶液对初步形成的污染层有更加明显的去除效果。2·3　稳定运行时定期冲洗对膜污染的缓解当低于临界通量运行RO系统时,保持回收率为27%,RO运行稳定。此时,考察定期冲洗对缓解膜污染的作用。①清水冲洗对膜污染的缓解RO稳定运行,每24h用清水冲洗1 h,考察用清水冲洗和不清洗两种工况下一个周期内标准通量的变化。结果表明,RO运行初期标准通量快速下降、后期趋于稳定,这与Nghiem等人的试验结果相似[9]。进行清水冲洗后,RO的运行周期由342h延长到373h,延长了9.06%,可见采用清水定期冲洗可缓解膜污染。发生上述现象的原因如下:首先,本体溶液中的胶体颗粒和有机物与膜面接触并迅速在膜面累积,形成初步污染,通量迅速下降。而由前文所述,清水冲洗可有效破坏初步形成的污染层,此时对膜通量有很好的恢复效果。相比未冲洗的工况,当进行清水冲洗时,标准通量在初期下降的速率相对缓慢,并且在冲洗后标准通量有明显的恢复。其次,随RO的运行,初步形成的污染层不断被压实,污染层一方面聚集更多的污染物,一方面在RO系统的错流速率下被削薄,污染层缓慢加厚,标准通量缓慢下降。文献[11]也表明,在膜面形成的污染层,其下层密实而上层相对松散,而清水冲洗对上层新形成的污染层依然有一定的破坏作用。②不同浓度的NaCl溶液对膜污染的缓解RO稳定运行,分别用10、30、50和80mmol/L的NaCl溶液进行冲洗,冲洗频率为每运行24h冲洗1h,考察此时RO的运行周期并与清水冲洗效果作对比。结果表明,相比清水冲洗,用NaCl溶液冲洗时RO的运行周期得到更为显著的延长,且运行周期随NaCl浓度的增大而延长。尤其当NaCl浓度为50mmol/L时,运行周期可达到401h,相比未冲洗时提高了17.25%。此后再增大冲洗液中NaCl的浓度,运行周期变化不明显。③不同类型的盐溶液对膜污染的缓解分别使用50 mmol/L的KCl、NaNO3和Na2SO4溶液为冲洗液,每运行24h冲洗1h,考察RO系统的运行周期,并与50mmol/L的NaCl溶液的冲洗效果进行对比。结果表明,当冲洗液浓度均为50mmol/L时,在所选的4种盐溶液中,NaCl溶液缓解膜污染的效果最好,其余三者的效果相差不大,且三者的运行周期均比未冲洗时提高了13%左右。2·4　讨论在MBR/RO组合工艺中,有机物是引发RO膜污染的主要因素之一,而在有机物污染中,溶液中的二价离子尤其是Ca2+可以络合有机物分子的羧基官能团,显著加重了有机物污染的程度,在有机物污染中起到了关键作用[12]。这是因为,Ca2+可通过络合羧基官能团在有机物间形成架桥,将大量有机物分子紧密结合起来。这从两个方面加重了膜污染:第一,紧密结合的有机物增加了有机物污染层的密实程度;第二,Ca2+与有机物结合后降低了有机物所带的电荷,从而降低了有机物间的静电斥力,加速了有机物间的聚集,加重了有机物污染的程度[5]。 当本体溶液中存在高浓度的钠盐或钾盐溶液时,膜面的有机物污染层将发生变化。首先,溶液中的一价阳离子与有机物污染层中的Ca2+发生置换反应,破坏了Ca2+在有机物间的架桥作用,降低了有机物分子间的结合力。Lee等人用高浓度的NaCl溶液循环清洗发生有机物污染后的RO膜,检测到清洗液中的Ca2+浓度随清洗时间的延长而增大,这说明Na+置换出了有机物间的Ca2+[13]。其次,高浓度的本体溶液产生了较高的渗透压,迫使污染层发生膨胀,使得失去Ca2+络合架桥的有机物污染层的结构变得相对松散,容易受到水力冲刷的破坏。因此,当用高浓度的钠盐或钾盐溶液冲洗时,不但可消减表层的污染层,而且对下层相对密实的污染层也有一定程度的破坏,从而更为有效地缓解了RO膜污染,延长了RO的运行周期。3　结论①　当RO膜面初步形成结构松散的污染层时,用清水和NaCl溶液冲洗均可使RO的标准通量得到良好的恢复。②　RO系统稳定运行时,标准通量经历了初期快速下降、后期缓慢下降的变化。加入清水冲洗后,RO的运行周期由342h提高到373h。③　相比清水冲洗,用NaCl溶液冲洗可更为显著地延长RO的运行周期,且运行周期随NaCl浓度的增大而延长。当浓度均为50mmol/L时,NaCl溶液缓解膜污染的效果较KCl、NaNO3、Na2SO4溶液好。④　溶液中的二价离子尤其是Ca2+可络合有机物分子的羧基官能团,加速有机物的聚集,显著加重了有机物污染。采用高浓度的钠盐或钾盐溶液冲洗,不但可消减表层的污染层,而且对下层相对密实的污染层也有一定程度的破坏,从而更为有效地缓解了RO膜污染,延长了RO的运行周期。邢锴，MBR/RO组合工艺中定期冲洗缓解RO膜污染的研究'