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水处理应用技术

文章来源:东北亚水网 作者:水处理设备维修 时间:2010-10-16 09:41:11

水处理应用技术

对于反渗透(RO)和纳滤(NF)系统的用户们来说,现在该认真考虑膜法(微滤(MF)和超滤(UF))预处理的操作费用和性能优势了。特别是在我们要面对那些地表水、废水以及开放抽提海水等高污染性水源的时候,这种优势就更加明显。所谓集成膜系统(IMS),就是指在反渗透系统的预处理工艺中采用了其他的膜系统。与采用传统预处理工艺的反渗透系统相比,IMS设计具有明显的优势。
● MF/UF滤液质量更好。SDI和浊度更低,明显降低了反渗透的胶体污染负荷。

● 由于膜在这里是污染物的绝对屏障,MF/UF滤液的高质量可以保持稳定。即便是地表水和废水等水质波动异常频繁的水源,这种稳定性也不会改变。

● 由于胶体污染减少,反渗透系统的清洗频率明显降低。

● 与一些传统过滤工艺相比,MF/UF系统操作更容易,耗时更少。

● 与采用大量化学品的传统工艺相比,MF/UF浓缩废液的处置比较容易。

● 占地面积更小,在一些大系统中,有时只相当于传统工艺的1/5。

● 有利于系统的扩大增容。

● 运行费用基本相当,在一些情况下会较少。

● 设备投资基本相当,在一些情况下会较少。

历史回顾

对于采用MF/UF作为高污染性原水(比如地表水和废水)反渗透的预处理工艺的兴趣可以追溯到十九世纪八十年代。微滤、超滤的确在当时无法取代传统预处理。比较明显的理由是:

● 设备投资:MF/UF的设备投资是地表水处理所无法接受的。单算MF/UF系统的投资便相当于反渗透系统的100%,而传统预处理系统(如澄清、重力过滤、石灰软化、多介质过滤、碳过滤等)只有反渗透系统的20-50%。

● 操作费用:没有来自现场试验装置的原始数据积累,无法确认和保证MF/UF工艺能够比传统工艺节省运行费用。

● 需要现场试验:小系统和工业用户在政府对其没有特别要求的情况下,从时间和费用等方面考虑,一般不愿意接受现场试验。

● 性能保证:OEM对于系统的整体性能要全面负责。没有现场试验数据来确保MF/UF系统在投标条件下的优势,默认的预处理系统自然是传统预处理的各种组合。

● 对于未确认技术的恐惧:那时超滤、微滤工艺的确是一个新的技术。购买这样一套系统便意味着在许多方面要冒先吃螃蟹的危险:只有很少可选择的MF/UF供应商,MF/UF膜及组件的设计为各公司所有。

当前的状况

在过去两年的市政用水市场上,微滤、超滤技术在水过滤工艺中的应用呈爆炸性增长趋势。世界各地有数百套MF/UF系统在运行之中,微滤、超滤处理水量超过了200mgd(每天百万加仑)。在市政用水市场上MF/UF的迅速崛起,得益于对以地表水源为主的自来水水质指标日益增长的严格控制。在美国,MF/UF作为高质量饮用水制造设备得到了普遍的认可,因为能够有效控制病原微生物和有潜在致癌危险的消毒副产物(DBP)。这些微生物和DBP控制指标的提出是联邦政府行为,已经被确定为今后的“地表水处理规则(SWTR)”、“改进地表水处理规则(ESWTR)”和“消毒剂/消毒副产物规则(D/DBPR)” 的一部分。

市政市场大量采用微滤、超滤工艺,无论是在技术是还是商业上,都获得了明显的收益,其他水处理市场也开始对MF/UF产生了巨大的兴趣。市政用水市场的巨大容量引起了私人资本的注意,对于微滤、超滤技术的投资也增加了。现在对MF/UF的投资使我们回忆起过去的两次投资高潮,一次在上世纪七十年代电力工业引起的,另一次是上世纪八十年代电子工业引起的。本次投资高潮带来了诸多好处:

● 膜生产厂商开发出了先进的毛细管和卷式微滤、超滤膜。

● 微滤、超滤膜制造商及其OEM开发出了先进的运行技术,将污染速度和化学清洗频率降低到了可以接受的程度。

● 目前MF/UF膜产品的巨大销售量降低到了制造系统所需的MF/UF的制造成本,可以于传统预处理进行竞争。

● 市政市场的需求能够允许进行大量经过仔细设计的现场试验,这些现场试验能够得到高水平工程咨询公司的指导。广泛的现场试验评价数据促进了膜供应商的能力,能够为变化的水质条件、清洗频率和滤液质量提供更好和操作参数方案。

MF/UF作为反渗透预处理

市政市场上将MF/UF技术开发成为商业化过滤工艺的主要活动首先集中在生产适宜于饮用的过滤水方面。接下来的市场开发焦点便是将MF/UF工艺用于集成膜系统,MF/UF用作RO的预处理。对于MF/UF作为RO预处理的市场需求实际上起源于日益增长的低污染水源(比如井水)的不足,以及对更加复杂的原水(如地表水、工业废水和市政排水)进行处理的需求。

MF/UF膜的特性

市场销售的微滤膜的孔径一般在0.1-0.2微米。用于反渗透预处理的超滤膜的切割分子量一般在8~50万道尔顿(孔径0.01~0.05微米)。

常见的操作跨膜压差(TMP)在3-30psi。跨膜压差被定义为驱动水透过膜所需的压力,为进水压力和过滤液压力的差值。孔径较小的膜所需的跨膜压差也较大,在水温较低、通量较高以及发生污染时,跨膜压差也较高。

常见的高聚物膜材料包括聚砜、聚烯烃、聚醚砜、聚偏氟乙烯、纤维素类。大多数膜材料具有宽的pH忍耐范围,以便于在低和高pH条件下进行化学清洗。大多数膜还具有耐游离氯的性能,可以进行周期性或连续杀菌处理。聚合物膜的最大运行温度为40℃,但陶瓷膜可以在较高温度下使用。

MF/UF膜有许多构型:卷式平板膜、管式、中空纤维和板框式。用于RO预处理比较普遍的是中空纤维和卷式,这主要是由于考虑到投资、能耗、耐污染以及在冲洗和化学清洗的情况下的通量恢复性能。

MF/UF膜的基本分为外置加压式和浸没负压式。

MF/UF运行特性

MF/UF膜有两种不同的运行模式:全量过滤和错流过滤。全量过滤模式与筒式滤器相类似,即过滤时只有进水和产水(没有浓排水)。全量过滤可实现水回收率的大化,达到95-98%,但一般限于原水的悬浮固体含量较低的情况(比如浊度<20 NTU)。错流过滤用于进水浊度较高时。

在一些情况下,MF/UF系统的原水回收率可以达到99%以上,需要将浓缩水和周期性反冲洗水收集后进行二次处理。二次处理可以通过采用传统固体沉降或另外一套MF/UF系统。

众多的MF/UF供应商开发了各种各样的膜和元件设计以及运行技术,用来控制运行期间的污染速度并大程度地降低完全停车化学清洗频率。然而所有这些设计的共同目的却无外乎在于对膜采用高速的正向冲洗和反向冲洗来去除膜面和原水流道上的污染物。对污染物的反冲洗一般采用透过液,空气或化学药品(如:氯)被用来增强反冲效果。冲洗周期一般少于2分钟,设置一定的冲洗频率(一般为15-60分钟一次)来保持系统的性能的长期稳定。