水的深度处理及回用技术

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2014年执业医师考试指导临床执业医师口腔执业医师中医执业医师医科大考查课试题

微滤分离技术是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。在给定压力下(50~100kPa),溶剂、盐类及大分子物质均能透过孔径为0.1~20.0μm的微滤膜,只有直径大于50nm的微细颗粒和超大分子物质被截留,从而使得溶液或水得到净化。它是一种精密过滤技术,其原理与普通过滤类似,但过滤的微粒比普通过滤小很多,是过滤技术的最新发展。

1.2.2超滤分离技术(UF)

超滤是一个压力驱动的膜分离过程,主要由筛除机理去除水中杂质。以压力差为推动力,分离膜的孔径在0.0015~0.02μm之间,推动压力在100~1000kPa左右。超滤适用于分离大分子物质、胶体、蛋白质等,可有效取出水中的悬浮物、胶体、有机物等杂质,是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的新一代预处理产品。

1.2.3正向渗透膜分离技术

用只能透过溶剂而不能透过溶质分子的半透膜将溶剂和溶液隔开, 溶剂分子将在渗透压的作用下自发地从溶剂侧透过膜进入溶液侧, 这就是渗透现象, 也即所谓的/正向渗透0。渗透过程的驱动力是膜两侧的渗透压差, 或理解为膜两侧水的化学势的差值, 水流方向为从渗透压低(水化学势高)的一侧流向渗透压高(水化学势低)的一侧。

1.2.4无机膜分离技术

无机膜(inorganic membrane)是指以金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、多孔玻璃等无机材料为分离介质制成的半透膜,特殊的材料性质使其对高温、高压、强酸、强碱及高浓度有机溶液等极端苛刻反应环境具备较强的适应能力,这是其他水处理方法包括有机膜分离技术所无法比拟的。作为一种应用前景广阔的高新水

处理技术,无机膜分离技术在工业废水处理领域展现出独特的技术优势,已在工程领域得到成功应用并将拓展到更大的发展空间。

1.3高梯度磁分离技术

高梯度磁分离(High Gradient Magnetic Separation,简称HGMS)是20 世纪60 年代发展起来的一种新型磁分离方法。其工作原理是通过填充大量不锈钢毛作为过滤基质,电流的磁场效应使不锈钢毛磁化,在附近产生高梯度磁场,导磁的钢毛对液体中悬浮杂质的磁力作用大于水流拉力和颗粒本身重力作用,悬浮杂质被截留在钢毛基质上,使其被去除,从而达到净化目的。

第二章主题

2.1微滤分离的应用

微滤膜系统将污水中尺寸大于膜微孔孔径的的絮体和悬浮物截留在膜纤维微孔外部, 而水在压力驱动下穿过纤维壁,从而实现水与絮体和悬浮物的分离, 达到去除水体中絮体和悬浮物的目的。图 1 是MF 系统污水深度处理的中试试验流程, 系统运行包括过滤、自动反冲洗和排污过程。MF 系统采用天津膜天公司生产的6 英寸( 15. 24 cm) PVDF 中空纤维膜组件, 系统共有3 支膜组件。每支膜组件长度为1 740 mm, 纤维内径为0. 6 mm , 外径为1 m m, 膜纤维微孔平均孔径为0. 22

( m, 单支膜组件膜过滤面积为42 m2, CMF( Continuo usMicr o Filt rat ion, 连续微滤分离) 系统单支膜组件设计水通量为1. 5~2 T/ h, 水回收率大于96%。

当系统工作时, 打开进水阀门并调节阀门, 使进水压力P1 = 0. 07~ 0. 09 MPa, 错流循环出口压力P 2= 0. 03~ 0. 05MPa 。当系统工作30 min 后或透膜压力( TMP) 增加到系统设定时, 系统将进行自动反冲洗。关闭进水阀门, 打开反冲洗管路上阀门, 调节阀门使反洗水流量为0. 5~1. 5 T/ h, 15 s 左右后将反冲洗水量调整到6~9 T/ h, 气体流量计读数为12~18 m3/ h, 清洗时间20~100 s, 然后打开排污阀门进行排污,排污完成回到工作状态。

2.2超滤分离技术的应用

超滤膜分离技术既可以应用于饮用水的生产,也可以用于含油废水、纤维工业废水、造纸工业废水等工业废水处理,应用前景十分广阔。我国广大农村地区人口居住分散,饮用水水源多样,水质千差万别,而农村的饮用水往往仅经过了简单的处理,无法去除水里的细菌、病毒、农药残留等,严重威胁百姓的身体健康。为了改善农村地区的饮用水状况,我国南方某省在农村地区建设了多套分散式膜法处理装置,效果良好。超滤膜分离技术具有很高的过滤精度,该工程中采用的超滤膜公称过滤精度为0.03 μm。该膜去除水中悬浮物和微生物的能力很强,可以去除99.99 %以上的大肠杆菌,产水浊度通常在0.02NTU 以下。这种超滤膜虽

然无法去除溶解态的亚铁离子和二价锰离子等,但可以去除90 %~95 %以上的铁、锰、铝等胶体。经检测,该项目生产的饮用水各项指标达到了《生活饮用水卫生标准》的要求。

20 世纪70 年代,人们开始研究超滤分离技术在造纸领域的应用,目前它是造纸工业研究和应用较多的膜技术。它可以用于浓缩制浆废液后送碱回收,提纯黑液浓缩液中的木质素并进行分子量分级,漂白废水中有机物脱色,AOX 类物质去除等。通过选择恰当的超滤膜处理碱性硫酸(亚钠)麦草浆黑液,可以去除80 %左右的CODCr,去除约90 %的色度,截留80 %的固体物质,回收80 %以上的木质素。选用透过6000~8000 相对分子质量的超滤膜去除漂白废水中的COD、AOX、色度,可以得到很好的效果。用中空纤维式和板式超滤器在线处理印钞废水,可以回收80 %~90 %的废水。

2.3正向渗透膜技术

膜生物反应器( MBR ) 是将微滤( MF) 或超滤 ( UF)膜分离技术与传统活性污泥工艺有机结合而成的新型污水处理工艺, 具有出水水质好、占地少和产泥率低

等特点, 在污水处理及再生回用中发挥着越来越重要的作用。将MBR 与纳滤或反渗透工艺联用, 系统产水可满足饮用水水质的要求。近年来一些研究者将正向渗透膜分离技术与MBR 联合, 进行了一些开创性的研究[ 6 ] 。正向渗透膜生物反应器( OsMBR)是将浸没式FO 膜置于生物反应器中替代常规的MF和UF 膜, O sMBR 的工艺流程见图2。

选择合适的提取液和提取液浓缩工艺(如RO或蒸馏等) , 即可获得优质的产水。如采用N aC l溶液作提取液, 则既具有高渗透压, 也易于通过RO 等脱盐工艺进行再浓缩。相比采用有孔膜的常规MBR 工艺, 采用半透膜的O sMBR 工艺具有更高的污染物截留率, 产水水质更优而所需外压更低。同时, 一些研究表明, 与常规MBR 工艺相比, OsMBR的不可逆膜污染倾向更小, 因而反洗频次更低。采用RO作为提取液浓缩单元的OsMBR工艺,由于FO 膜对小分子有机物及部分离子的高截留率, 因而在RO 单元中可采用更高的通量运行。与常规的MBR /RO组合工艺相比, RO 单元的膜污染程度也相应更低。同时, OsMBR 工艺更加紧凑, 且FO 与RO两级屏障可保证更高的回用水质安全性。

2.4无机膜分离技术的应用

现阶段,工业化进程推动无机膜分离技术在液相分离领域得到充分应用,但由于无机膜组件成本较昂贵、膜分离渗透稳定性欠佳、装填密度较小、运行费用较高等问题的存在,无机膜分离技术仍然难以在整个水处理领域得到大范围或大规模工程应用。

无机膜在水处理领域中的工程应用,主要集中在钢铁企业生产过程产生的乳化液废水处理、化工与石化废水处理以及其他类型工业废水处理方面。我国自上世纪末开始研究陶瓷膜处理钢铁乳化液废水,偏重于陶瓷膜材料微结构与表面性质对