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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独家所有,将来的换膜和服务也别无选择。

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最大化,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最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。

MF/UF系统需要简单的预处理,一般预处理精度要求:MF500微米以下,UF150微米以下。有时添加铁盐混凝剂,可获得较好的有机物去除效果。

MF/UF膜的典型通量在35-110 gfd之间(60-180 l/m2hr)。悬浮物浓度较高或污染倾向较强的料液系统,运行通量也较低;高通量用于处理的悬浮物负载的料液系统(比如地表水的通量可以是70gfd)。应用研究工作的一个重要方面是,在不进行现场试验的情况下,能够利用原水的污染参数(如浊度、悬浮固体等)设计出合理的通量。

MF/UF透过液的水质在浊度或SDI等指标上明显好于传统预处理水。一般MF/UF的产水浊度在0.04-0.1 NTU之间,而且不随原水浊度波动。典型的MF/UF产水的SDI为0.3-2,较低的SDI降低了反渗透的污染速度。

MF/UF改善反渗透的经济性

利用浊度和SDI都非常小的MF/UF优质产水,反渗透设计通量会大大提高。采用MF/UF的反渗透系统通量可设计为12到20gfd。采用传统预处理的废水反渗透系统的典型设计通量为:废水处理8-12gfd,地表水10-15gfd。采用了更高的通量,需要的膜元件、膜壳和管线都减少了,系统的固定资产投资便降低了。而且提高通量还有一个好处,可以将产水透盐量减少20-50%。

LFC:一种用于集成膜系统的新型反渗透膜

采用MF/UF预处理后增加膜通量设计的一个最大的担心是反渗透膜的有机物污染问题。MF/UF对有机物的去除作用很小,最大也只有20-30%。传统的聚酰胺复合膜带有负电荷,有机物污染会导致操作压力的明显提高。现场观察表明,使用低污染膜对于获得长期稳定的通量和操作压力非常重要。低污染膜具有电中性表面,而且更加亲水,这样便降低了对带有电荷的疏水性有机污染物的吸附,在化学清洗时也能更有效地除去[3]。

与传统的聚酰胺膜相比,在污染物为有机物时,LFC膜在长期的通量恢复稳定性方面具有显著的优势。依靠LFC膜的这种耐污染能力,我们在预处理中不需要象从前那样将有机物的去除考虑得非常重要。

低污染反渗透膜

在集成膜系统中使用的降低有机物污染效果最好的膜元件,应该具有电中性的膜表面以及天然的亲水性,这样便能最大程度减少与带电污染物的接触。还可以采用生物杀灭剂来控制生物污染,更高的膜装填面积以降低单位通量,提高错流速率等措施。在过去,醋酸纤维素(CA)膜具有电中性表面性质,而且能够耐受1ppm的氯,或26,280ppm-小时的耐氯能力,CA膜在复杂水质的处理方面显示了良好的耐污染性能。然而与一般的负电性聚酰胺复合膜相比,CA膜的pH范围有限,运行压力高,透盐率高。现在我们可以使用新一代低污染聚酰胺复合膜了。LFC膜具有独一无二的优越性能,脱盐率和压力与耐久聚酰胺膜相同,与CA膜一样具有电中性表面(表-1)。LFC膜本身是一种聚酰胺材料,耐氯能力与传统聚酰胺膜类似,为1,000ppm-小时。

MF/UF系统的投资及运行费用

MF/UF系统的投资及运行费用随情况而定。首先,原水的水质及其对系统设计通量的影响是固定资产投资的一个因素。一种高污染倾向的原水需要设计较低的通量,这样就需要更多的膜组件、更大的反冲洗及化学清洗系统,固定资产的投资自然就高了。影响运行费用的首要因素是系统的设计通量、回收率合原水的污染倾向。运行费用升高的因素有:料液压力的升高、降低回收率导致的料液流速的提高、反冲洗和清洗周期的增加以及清洗组件数目的增加等。

设备投资可以从0.1mgd(70gpm)的系统每gpd产水1.00美元,到0.7mgd(486gpm)的系统每gpd产水0.50美元,再到5 mgd(3,472gpm)的系统每gpd产水0.40美元。小系统的设备投资偏高,其中辅助反冲洗合化学清洗台架所占的比例较大。上述设备投资估算基于系统设计通量为70gfd的情况。。-1是通量为70gfd的MF/UF系统以及通量为15gfd的反渗透系统的设备投资随规模变化的情况(二者均含有清洗系统)。如果将设计通量从70提高到100gfd,一个大型的MF/UF系统投资将减少30%,而将设计通量从70降低到40gfd,则投资增加50%。运行费用估计在每1000加仑产水$0.10-$0.40之间,取决于运行费用的计算方法。最简单的算法包括能耗、清洗用化学品以及每6年一次换膜费用。

(二)LFC1低污染膜在市政废水回用处理方面的应用

摘要:市政废水回用工程中的膜污染引起人们对废水回用设计和运行的关注。膜污染是因为在进行二级处理之后,市政废水还含有高浓度的悬浮物、胶体和较高的生物活性。使用膜技术处理市政废水需要在反渗透系统之前进行非常好的预处理。建立在消毒、絮凝、澄清和介质过滤基础之上的传统多级处理步骤,仍使反渗透膜有非常高的污染倾向。大量的现场测试和商业反渗透系统应用结果表明不管膜材料是醋酸纤维素还是复合聚酰胺,污染速度都非常快。为维持设计的产水量,膜必须频繁进行清洗。近来一种新的预处理技术用到了市政废水的反渗透工艺上,它由可反洗的中空纤维结构的微滤和超滤膜组成。这种膜预处理系统能处理二级排放水并能保持稳定的过滤水量和操作压力。中空纤维技术可以为反渗透提供高质量给水。中空纤维膜出水中胶体和悬浮物含量比传统的预处理工艺出水低很多。在使用中空纤维膜预处理的废水回用厂,反渗透膜的污染速度大幅下降。采用低污染复合膜LFC1之后,反渗透膜污染速度下降得更多。在低污染膜中,脱盐层改进为更具亲水性表面并且降低了其对溶解性有机物的亲合力。在市政水回用系统中使用低污染膜的运行结果表明,其污染速度比清洁地下水源的RO系统还低。低污染速度归功于溶解性有机物在LFC1亲水性表面较低的吸附力。很明显在低污染膜中,吸附的溶解性有机物层和膜表面之间的亲合力相对较弱。本文描述低污染膜技术的性能并比较传统和中空纤维膜预处理的不同结果。市政废水回用系统的性能将与传统膜技术进行比较。中空纤维超滤膜预处理市政二级排水并使运行参数最优化的结果也将在本文中细述。

传统预处理

传统处理市政废水的反渗透系统中,膜污染导致产水通量的降低。这表现为需要明显增加给水压力才能维持设计透水通量。经过二级处理的市政排水含有高浓度的胶体物质、悬浮物和溶解性有机物。二级处理过程通常包括生物处理(活性污泥澄清),导致排水中较高的生物活性。在进入反渗透系统之前,应降低二级排水中胶体和固体物质并抑制生物活性。传统预处理的一个典型结构如。-1所示,是目前建在加州桔县21水厂(WF21)的5mgd反渗透系统的三级预处理流程。。目前的预处理工艺是在原始设计基础上发展、改进和简化后的流程(1)。预处理包括絮凝、石灰澄清、用CO2再次碳酸化沉淀和慢速重力过滤。采用加氯法控制生物活性。石灰澄清是提高给水水质非常有效的方法,但是太昂贵,占地面积大且产生难以排放的淤泥。在一些更小的系统中,石灰澄清和重力过滤由在线絮凝取代,然后是二级压力过滤和精密过滤。在21水厂,回用系统主要选择由醋酸纤维素制成的反渗透膜,这种膜在运行期间污染迅速。。-2和。-3是21水厂醋酸纤维素膜的运行结果。给水压力(。-2)最初是200psi左右,在一段时间后不得不升至260psi以维持正常的透水量,在短时期内给水压力又不得不升至300psi以上。尽管每2至3星期就频繁地进行一次膜清洗,给水压力仍持续上升。与水透过率不同,脱盐率始终稳定在94~96%之间(。-3)。在21水厂进行过大量的现场试验来评估复合膜在废水回用方面的应用情况。令人鼓舞的实验结果是明显的高水通量、低给水压力、低电能消耗和高脱盐率。超低压复合聚酰胺膜ESPA在21水厂有代表性的运行结果请见。-4、5、6。ESPA膜的给水压力初始为60psi,比200psi的醋酸纤维素膜低得多(。-4)。然而为维持设计水通量,给水压力也不得不升至300psi以上,这相当于特性水通量下降80%以上。频繁的清洗也没有能够缓和水通量衰减的问题。同醋酸纤维膜的运行一样,ESPA膜的脱盐率稳定在97%左右(。-5)。考虑到给水中含有2~6ppm的总氯(以氯胺的形式),这个结果非常突出。RO给水中氯胺的存在似乎控制了生物活性并阻止细菌在RO系统中生长。在运行两年间,膜间压降保持稳定(。-6)。上述膜快速污染和通量下降等结果清楚表明传统的预处理工艺在处理市政排水时不能提供足够好的水质给RO系统。

膜预处理

过去已有使用超滤膜做为RO预处理工艺的绝对屏障(2)。超滤和微滤膜有能力生产出比传统预处理工艺好很多的水质。传统的预处理工艺包括石灰澄清、介质过滤和精密过滤,然而传统的卷式结构超滤膜不适合处理高污染的废水。膜表面没有严重污染和给水通道没有堵塞时,超滤膜也不能在高水通量下运行。高错流给水流速,需要降低浓差极化,从而导致高电量消耗。频繁膜清洗非常繁琐且不能有效恢复透水通量。近来中空纤维结构的微滤和超滤技术开始出现(3)。纤维丝孔内径为0.7~0.9mm,外径为1.3~1.9 mm。新的商业用中空纤维膜有两个新特性:

● 纤维丝频繁、短时、自动地进行冲洗 (或一定模式下反洗),使系统在短期脱机时能保持稳定的透水通量;

● 能在非常低的错流流速下运行,即使在直流过滤模式时也如此。

相比传统过滤器反洗,中空纤维丝超滤膜脉冲清洗的脱机时间非常短。频繁脉冲清洗的结果是稳定的透水通量。给水压力范围是5~20psi。新预处理方式的主要优势在于膜技术的本质:给水与透水之间膜屏障的存在,使胶体物质与病菌下降几个log值。在市政废水回用应用中,新型可反洗中空纤维膜预处理取代石灰澄清、介质过滤、保安过滤器。二级排水有非常高的污染倾向,且中空纤维膜技术的应用需要合适的膜种类和运行条件以维持可靠性能。在现场条件下我们发现亲水性聚合物制成的中空纤维丝膜比传统的疏水性材料受溶解性有机物的污染倾向小。但即使是亲水性纤维膜,清洗之间的运行周期也太短,只能持续几天。然而在中空纤维膜系统之前的二级排水中加入絮凝剂,运行周期可以明显延长。。-7为海德能HYDRAcap中空纤维超滤膜在San Luis Rey (Oceanside) 废水回用厂的运行结果。该。说明为维持稳定过滤通量所需的压力值。膜组件以直流死端过滤模式运行,水通量为32gfd。最初几天内给水压力急速上升。每3~5天需要进行一次膜清洗。然而,在超滤系统给水中加入氯化铁FeCl3之后,不进行清洗的运行周期可延长至30天以上。这样明显的性能提高的原因目前还不十分清楚,推测为Fe(OH)3在纤维丝表面形成高透水的多孔弹性层,吸附有机物和胶体。在反洗步骤中,此层脱离膜表面并从纤维丝中冲掉。目前实验还在进行以便更清楚此过程原理。中空纤维膜能完全除去胶体,但对TOC的去除率不高。用中空纤维膜进行预处理,在市政排水系统中使用ESPA膜的性能见。-8。初始给水压力约70psi并且迅速增加到140psi,之后稳定下来并且在运行一年半期间随着给水温度的变化而波动。最初透水量衰减约60%,然而明显低于采用传统预处理的同种膜水通量85%的衰减量。使用中空纤维膜做RO系统的预处理使复合膜在废水回用领域得以应用,使之比使用醋酸纤维膜的操作压力更低、脱盐率更高。

低污染反渗透膜

相比传统的复合聚酰胺膜 ,最近推出的低污染复合膜LFC1,具有亲水性膜 表面且膜表面不带电荷。亲水性表面降低了给水中有机物质在膜表面的吸附。LFC1膜在21水厂和San Pasqual 水处理设备厂,以中空纤维膜做预处理,处理市政排水。在San Pasqual的运行结果见。-9。LFC1膜的特性水通量小于ESPA的特性水通量。因此,初始压力约为90psi,稍高于同样运行条件下ESPA膜的操作压力。然而在运行期间给水压力始终保持稳定,水通量为12gfd。在运行后期水通量逐步升到17 gfd,这样的水通量对于废水处理系统来说是非常高的,因为废水反渗透系统通常设计的平均水通量为10gfd。。-10为特性水通量的计算值。结果表明在初期下降约15%后,特性水通量在运行期内一直保持稳定。由于膜性能的稳定性,在这八个月的运行期内,膜元件没有进行清洗。在运行期结束后,LFC1膜在标准测试条件下进行了一次测试,结果概括在表-1中。相比于厂外的测试数据,八个月运行后的平均水通量下降约为10%。由0.5%NaOH溶液循环的清洗步骤可使水通量完全恢复。

膜完整性

在废水回收系统中,膜的完整性和膜去除病菌的能力非常重要。卷式反渗透膜的完整性可以通过真空试验检测,传统的卷式膜只能在膜元件装入反渗透系统前进行此类检测。中空纤维超滤膜和微滤膜可以在组件装入系统中之后进行完整性检测。最普遍的中空膜组件检测是压力保持试验:向系统施压并监测压力衰减情况。在此类研究中,系统的完整性由超滤膜与微滤膜对MS2病菌的脱除率确定。试验结果见。-11和。-12。结果表明每套膜系统可以脱除5 log的细菌。

商业应用

使用LFC膜的大型系统实例为新加坡的一些废水回用厂,Bedok水厂于2000年4月起开始运行。给水是二级市政排水,由微滤系统进行预处理。阻垢剂和硫酸加在微滤系统的出水处,给水pH保持在6左右。反渗透系统包括两套生产能力各为5000吨/天的系统,设计通量为18.7 L/m2/hr(11gfd)。反渗透设计为28 : 14 : 8三段排列,每支压力容器中装6支元件,设计回收率是85%。在运行初期反渗透第三段会出现结垢现象,其主要是磷酸钙垢,采用柠檬酸清洗后能恢复膜的性能。结垢的原因主要是阻垢剂不适用,在更换阻垢剂后系统将会实现稳定可靠的运行。即使给水源自市政排水,LFC膜系统的给水压力一直很稳定,维持在设计的800~1000 KPa (116~145psi) 范围内,没有压降增加的现象。生物活性由反渗透系统给水中保持约2ppm的余氯进行控制。尽管给水中有余氯存在,LFC的脱盐率非常稳定并且高于设计值。

处理结果

废水回收系统中的膜污染与给水水质和膜材质有关。结果表明两种污染成分:胶体和溶解性有机物在膜表面沉积构成污染层。此污染过程称为复合污染(4),主要影响透水性。表-2概括了因采用不同预处理的不同膜元件污染引起的透水通量的衰减。由表-2可以明显看出,采用超滤膜进行预处理后,反渗透膜的污染速度下降。采用膜预处理的主要结果是反渗透给水中的颗粒物减少。微滤和超滤处理很少改变给水中的有机物浓度。天然有机物非常容易吸附在疏水性膜材质上(5、6、7),很大程度上是有机物的吸附导致采用膜预处理的废水系统中复合膜的通量下降。亲水性膜材质很少吸附有机物(5),通量损失也很低,所以亲水性膜可以在较高水通量下运行。废水回收系统中的污染过程不会导致系统压降的明显增加,这是因为给水中的余氯明显降低生物活性。使用中空纤维膜预处理提供进一步的屏障,降低了反渗透给水中的细菌量。采用LFC膜处理市政废水的设计观念,通过中试系统研究和开发,在大型商业反渗透系统中得以成功应用。给水压力和脱盐率等性能保持了长期稳定。生物活性,通常是废水回收应用中的主要问题,通过余氯的存在得以控制。

(三)ESPA1超低压反渗透膜元件应用介绍

1 简介

美国海德能公司1995年推出的新型超低压反渗透膜元件,ESPA1是ESPA系列中的第一种膜元件。是它将反渗透运行条件推向了一个新的领域。目前,ESPA系列的应用范围极广。这部分主要以标准超低压反渗透膜元件ESPA1为例,分以下几个部分对超低压反渗透膜元件的应用技术做一个介绍:

● 现场试验总结:运行参数,原水成份,各种离子的透过率和稳定性。

● ESPA1膜元件的应用。

● ESPA1膜元件在各种运行参数下的特性。

● ESPA1膜元件在设备投资与运行费用方面的优势。

● 采用ESPA1膜元件的系统设计要点。

● 使用ESPA1膜元件时的计算系统设计。

● 相关技术服务文件:膜元件的保管、处理及清洗。

2 ESPA1膜的现场测试

(1) 各测试点的水源条件

美国海德能公司使用ESPA1-4040超低压反渗透膜元件,在美国各地进行了为期几个月的大量现场测试。主要目的是将其置于各种给水条件下来综合评价其性能。本节给出了不同地区的水质数据,测试条件及测试结果。

ESPA1膜元件在各地运行时前三个月的平均水通量约为14 GFD,三个月后将水通量提高到20 GFD。

各地水源条件的综合比较见。-1,每种成分的浓度以所占总含盐量的百分数表示(总含盐量以TDS计)。每个测试点的平均给水TDS值(以mg/L表示)示于地名旁边的括号内,这些TDS是由各溶解离子浓度相加而得的。

(2) 各种不同离子的透过率

在现场试验时进行了定期分析以确定各种离子的透过率,表-2所列为每种离子的实际透过率及标准化后的透过率(以CI-透过率为基准)。这些数据是各测点在运行三个月后取样并加权平均得出的。这里,膜的水通量为20 GFD,换成公制单位为34 LMH。

(3) 性能稳定性

因为ESPA1膜呈现出较低的污染速度,所以在各地区可以观察到产水量相当稳定。在佛罗里达州Ft. Myers测试运行时,充分证明了ESPA1膜的低污染速度。虽然与其他地区相比,该水源的含盐量相对较低(377 mg/L),但在TDS中TOC、铁、碱度及硬度均占很高的百分比。这些物质均会对膜有较为严重的污染,但是ESPA1超低压反渗透膜元件经受了考验。表-3列出的是佛罗里达州Ft. Myers市原水水质。

在Ft. Myers测试时,膜元件开始时在平均水通量为10 GFD条件下工作,但在89天后增长到20.1 GFD给水的平均温度为25 ℃。

校正基于方程式:

水通量降低值 = 操作天数-FDC

式中:水通量衰减指数FDC在水通量为10 GFD时等于0.013;在水通量为20 GFD时等于0.019。基于水通量为10 GFD和20 GFD时所算出的水通量衰减系数可折合成三年后产水量分别下降9%与12%。

3 ESPA1超低压反渗透膜的应用及性能

(1)应用

由于ESPA1膜具有高的脱盐率,因而它可应用于芳香聚酰胺膜所适用的所有领域。其应用包括:

● 饮用水生产:各种含盐量的苦咸井水及地表水的脱盐

● 工业应用:工艺用水及锅炉补给水(独立使用反渗透或与离子交换配合使用)

● 超纯水精制工艺

● 轻工业应用:自动售水机、汽车清洗、小型工业系统

● 民用饮水机

在以上所有的应用中,使用ESPA1膜的系统产水含盐量与使用传统苦咸水淡化膜的系统产水含盐量类似,但其给水压力降低了25 - 40%。由于所需给水压力较低,ESPA1膜也可应用于饮用水软化。在三卤甲烷生成物不多的场合,ESPA1膜可用来对部分原水进行脱盐处理,并将产出的淡水与原水按一定的比例混合以获得所需要的饮用水。

(2)性能

由于ESPA1膜的特性产水量(0.20 GFD/psi)是传统苦咸水淡化膜特定水通量(0.12 GFD/psi)的约2倍,因而出厂试验时的给水压力从225 psi降至150 psi,同时8寸和4寸元件的膜面积分别增加到400 ft2和85 ft2。此外,ESPA1膜元件的其他应用参数与CPA2相同。

在给水压力、平均给水含盐量及给水温度参数相同的情况下,ESPA1与CPA2元件性能相类似。但是,随着压力的增加,ESPA1膜水通量的增加值平均高出CPA2膜一倍。。-5至-8及表-4表示出运行参数变化范围内ESPA1膜元件性能的变化。

膜在不同产水通量下的脱盐性能

(给水温度为25 ℃)

4 ESPA1超低压反渗透膜的节能效果

ESPA1膜元件由于其更低的运行压力以及高的产水通量,可同时节省设备投资及运行成本。

(1) 设备/投资的节省

由于膜元件的组装密度增加了约12%,且运行压力降低了约25% - 40%,投资费用明显减少。ESPA1超低压反渗透膜的系统设计有如下的特点:

● 生产特定的淡水需要较少的元件数与外壳数。

● 给水压力的降低,致使给水泵费用及给水管路费用降低。

● 减少了给水泵体积。

● 处理低盐份给水的小型系统可以使用管道压力,无须加压泵。

(2) 降低运行费用

使用ESPA1膜元件不仅减少了设备投资,而更明显的节省是由于给水压力需求的降低,在整个膜的使用期内,电能的消耗降低了25% - 40%。

费用节省的程度与运行参数、泵的效率及当地的电费有关。与现存的技术相比,ESPA膜用于高水通量的系统或用于低温给水的场合,可获取最大的节能效益。

(四)ESPA4的优化设计

引言

从上世纪60年代初的第一代醋酸纤维素反渗透CAB膜开始,反渗透膜制造技术和应用技术日益进步,目前反渗透已经广泛应用于各种工业和市政水处理场合。海德能公司从1989年停止生产需高压操作的纤维素膜,全面采用第二代聚酰胺复合膜CPA工艺。海德能公司在1995年在世界上率先推出了第三代节能型的超低压聚酰胺ESPA膜元件。与CPA膜相比,ESPA膜的运行压力降低了许多。然而对于节能和高脱盐率膜的需求是无止尽的。2002年制膜化学的进步带来了第四代反渗透膜的诞生,这就是ESPA4系列膜元件。这种最新的膜元件可以在更低的压力下保持高脱盐率,采用ESPA4膜可以大大降低运行费用。为了从这种新型膜元件上取得更多的收益,我们需要制定新的设计规则。

ESPA4膜的特性

表述RO膜性能的两个最重要的指标,就是脱盐率和透水性。脱盐率Rej是指膜截留给水中离子的能力。脱盐率的计算公式如下:

Rej (%) = 100 x (1 - Cp / Cfavg) (1)

其中Cp 和Cfavg分别为产水浓度和进水/浓水平均浓度。

膜的透水性或称特性产水通量Ka是产水通量Jp和净推动力NDP的比值。

Ka = Jp / NDP (2)

净推动力NDP按下式计算:

NDP = Pf - dP - Pp -P (3)

其中:

Pf = 进水压力;

dP = 流动压力损失;

Pp = 产水压力

Pp =给水和产水的渗透压差

以脱盐率和透水性作为基本膜特性参数来表述反渗透膜的进步过程,。-1表示了从第一代醋酸纤维素CAB膜到第四代反渗透膜ESPA4的变化趋势。。-1 是在100psi给水压力、15%回收率、25℃和pH7条件下作成的。

ESPA4膜的透水性即单位压力下的产水通量最大,达到同样产水量时ESPA4的能耗最低,ESPA4的节能优势非常明显。

ESPA4的系统特性

众所周知,有了好的RO膜,没有好的系统设计仍不能保证RO系统性能达到最佳。采用第四代超低压膜ESPA4,需要优化整体RO系统的性能。

正如(2)式和(3)式表达的那样,采用透水性较低的膜元件需要较高的净推动力,此时进水压力比浓水的渗透压高得多,因此渗透压对于系统性能的影响不大。但膜的透水性提高之后,需要的进水压力减小了,渗透压对系统性能的影响就成了主导因素,透水性的影响相对非常弱了(1)。从一个按照表-1条件运行的假定二级反渗透系统,可以考虑到这些局限。

 

ESPA4系统设计改进

上述的系统产水效率沿程降低不是只有ESPA4膜才有的新现象。水温较高,进水含盐量较高及水回收率较高的情况下,ESPA1膜系统也有类似的情况。为了改善RO系统前后段产水不平衡程度,针对超低压ESPA系列膜,已经推出了一系列的系统设计改进方法来提高系统效率(参考文献2、3、4)。通常可使用三种改进设计:第一段产水加背压节流,第二段进水加增压泵和第一、第二选用透水性不同的RO膜。

如。-5a所示,第一种改进设计是在第一段的产水管道上安装节流阀。这个阀门部分关闭时会增加产水端压力。根据(3)式,增加产水背压会降低NDP,也就是会降低第一段膜元件的通量。为了补偿第一段的通量损失,需要增加进水压力来平衡第二段膜元件的通量。但增加进水压力的结果是抵消了采用节能型膜元件的效果。

为了平衡各段膜的产水效率并使节能效果最大化,第二种改进设计在第二段进水设置了增压泵(。-5b)。增压泵避免了第一种设计方案中第一段进水压力的增加,并使两段产水量平衡状况趋于合理。

第三种改进设计是两段采用不同型号的膜元件,第一段使用透水性较小的CPA3膜或ESPA1膜,而在第二段使用透水性高的ESPA4膜。与产水背压方案类似,两种膜混用方案的进水压力比单独使用ESPA4的系统的进水压力高。然而,在第一段使用较低透水性的膜可以发挥其高脱盐率的优点。这种方案不仅解决了产水通量分布均衡的问题,而且还能够提高产水水质。
(a)在一级产水安装截流阀 (b)在二段前设置增加泵


在选择三种改进设计方案时,设计者必须考虑到节能问题。计算特性能耗(SPC)是比较各种方案节能效果的适当方式。SPC是进水压力(Pf)、系统回收率(R)和马达及泵效率(Em、Ep)的函数。以C作为单位转换因子,SPC可按下式计算:

SPC = C x Pf / (R x Ep x Em) (5)

SPC的单位为kWhr/kgal。在系统配置二段进水增压泵的情况下,增压泵的动力被加算在进水泵动力之中。从表-2可以看出,段间增压设计的节能效果是三种改进设计方案中最好的。

表-2各种设计方案的特性能耗

运行条件:平均产水通量13.5gfd、1500ppm TDS 、15%回收率、25℃和pH7

膜元件型号
 设计方案
 特性能耗,kWhr/kgal
 
ESPA
 标准设计
 1.84
 
一段ESPA,二段ESPA4
 方案3,两种膜混用
 1.68
 
ESPA4
 方案1,一段产水背压50psi
 1.65
 
ESPA4
 标准设计
 1.41
 
ESPA4
 方案2,二段进水增压50psi
 1.32
 

ESPA4的应用

工厂测试和现场试验表明,ESPA4膜可以适应多种操作条件。在使用美国科罗拉多河水的现场试验中,采用微滤预处理,反渗透装置的排列方式为2:1,每只膜壳装6支4英寸膜元件。中试装置在76psi(0.53MPa)操作压力下产水量达到2.84m3/h。进水电导约500ms/cm,产水11ms/cm,系统脱盐率达到99.1%(表-3)。

另外一个现场实验,建立了两套并行RO装置,每套采用4支串联的4英寸膜元件,分别装入ESPA1-4040和ESPA4-4040膜。采用浓水回流使系统回收率达到75%。ESPA4和ESPA1膜的性能对比见表-4。同样的产水量,ESPA4的进水压力低22%。

在美国佛罗里达有一套220m3/h的工业RO装置,原来采用CPA2膜用于地下水处理。在经过了8年的成功运行之后,为进一步降低能耗。老的CPA2膜被新型的ESPA4膜更换了。并在一段产水管路上安装了节流阀门,采用一段产水背压的方式来控制流量分配。。6为膜更换前后的系统给水压力,。7为膜更换前后的系统产水量。可以看出,用ESPA4替代CPA2膜之后,进水压力降低了23%,产水量增加了21%,充分说明了ESPA4膜的节能效果。

讨论

ESPA4的透水性增加了,随之而来的问题是渗透压对系统的影响也增加了。因此在准备使用ESPA4膜时,要仔细考虑进水TDS、设计的机动性、能耗和产水目标之间的关系。

如果采用了典型的75%系统回收率,使用ESPA4膜的首要限制是进水浓度。对于1000ppm以下的进水水质,不需要考虑文中提到的任何一种设计改进。而且,与低透水性膜相比,ESPA4的化学特性使进水含盐量对透盐率的影响更加明显。进水含盐量较低时膜脱盐率高,随着进水含盐量的增加,脱盐率会明显降低。从。-8可以看出,当进水含盐量降到2000ppm以下时,膜元件的脱盐率明显增加。个别离子的大小和电荷性也影响透盐率。ESPA4膜可以用于低盐度水去除特定污染物,在一个实例中还被用来去除超标的砷同时实现软化。ESPA4膜还常用于市政给排水的就地处理。

在两级RO系统中,一级产水的TDS低,在二级使用ESPA4膜就发挥了高产水通量的优势。但由于两级系统回收率高,进水的渗透压会快速增加,建议采用两种膜混用设计。另外在使用ESPA4膜处理TDS较高(1000ppm < TDS < 2000ppm)的给水时,应该考虑前述三种改进设计之一。在三种改进设计中,一段产水背压浪费了ESPA4膜节省出的能耗。按照从特性能耗的角度看,除了产水品质较高之外,两种膜混用设计与一段产水背压类似。两种膜混用设计在对旧系统进行改造时更有意义,避免了过多的硬件增加。对于新建项目,以能耗作为主要考察指标时,可以选择段间增压泵设计。但这种方式会增加投资和系统的复杂性,但将ESPA4膜的节能、降低运行成本的作用体现最多。

结论

第四代反渗透ESPA4膜使得节能降耗的空间更大,增加了反渗透技术在水处理应用方面的竞争力。采用ESPA4膜可为用户节能10% -35%。但由于透水性大,使用ESPA4膜元件的标准设计会产生前后段产水通量差异过大,前端的膜超量产水,后端的膜产水量低。故应考虑采用改进设计。

ESPA4膜的应用指南归纳如下:

● 进水含盐量较低(<1000ppm)时,可采用一般的标准设计;

● 特别适用于两级反渗透系统的第二级;

● 中等含盐量水源(1000~ 2000 mg/L ),新建系统建议采用段间增加泵,旧系统改造采用两种膜混用设计;

● 适用于市政给排水就地处理市场。

随着ESPA4膜的推出,也带来了未来进一步发展的问题。从本文开始的。-1中可以看出,超越ESPA4意味着继续增加透水性和脱盐率。但与ESPA4膜相关的设计局限性表明,我们已经摸到了透水性的极限,膜的限制因素已经不再是操作压力了,而在操作压力足够低时,渗透压的影响更加巨大。未来的发展应该是对与混合料液更高脱盐率的追求。

(五)SWC海水淡化膜应用实例

实例1:日本冲绳(40000吨/天)海水淡化厂简介

摘要:自从1996年以来,开放式取水的反渗透海水淡化厂一直在日本冲绳当地企业局的海水淡化中心运行。根据该地区的生态环境保护设计要求,该厂采用了新的浓水排放系统。它由特殊海底分散装置的浓水排放系统组成。用在预处理中的絮凝剂氯化铁也进行回收以减少对环境的负面影响。自从该厂投入运行以来,没有关于该厂运行破坏环境问题的报道。40000吨/天的反渗透产水由8套5000吨/天系统构成。整套系统共安装3024根8寸芳香族聚酰胺卷式复合膜,采用一级反渗透。随着季节不同给水温度在20~30℃之间变化,通过调节操作压力范围6~6.5MPa来使系统回收率保持在40%。反渗透产水含盐量一直小于300mg/L。根据水库存水量的不同,反渗透产水在5000 ~40000吨/天范围内变化以满足城市供水。因为在计算和运行条件下,反渗透产水中只有硼超过饮用水标准,所以将反渗透产水和地表水进行适当混合,以达到饮用水标准。

冲绳海水淡化中心

日本目前最大产水量——40000吨/天的冲绳海水淡化厂,自1996年初建在冲绳的一个主要岛屿——Chatan镇。冲绳岛位于日本的西南部,处于亚热带气候区。由于地理和地质原因,多年来冲绳岛上的饮用水源非常有限。通过建设多用途水坝和水库,水资源得以增加,但还不足以供给。这是因为当地的人口密度非常高而且平均每人每年的降雨量也比全国平均水平低。虽然这里有300条左右的河,其中有一个在冲绳本岛,但它们都是小且短的流域。因为河床的陡峭坡度,水流不稳定且很难加以利用。河水也长期缺乏,因为降雨主要集中在夏季和台风季节,因而降雨的利用率也很低。每年的降雨量波动很大。过去20年中有13年,当地居民被严格限制用水,有时还有停水现象,在过去20年里曾有1130天连续限制用水的记录。因此冲绳决定采用反渗透海水淡化厂作为提供新水源的一个措施。这个由冲绳当地企业局所有的海水淡化厂,即冲绳海水淡化中心,对一起学习海水淡化厂运行和维护技术的普通公众和参观者开放。企业局是一个饮用水最大产量约为470000吨/天的商业机构,服务30个市政局,总人口数约190万。水来自4个不同水源,其中水坝68.1%、河水19.4%、地下水6.4%、淡化海水6.1%。

1.海水淡化厂概况

a) 40000吨/天反渗透水厂设计基础

位置: 邻近Chatan 水处理厂,该厂自来水供水量214,300 m3/天

厂区面积: 约12,000 m2

建筑面积: 9,000 m2

地基面积: 17,600 m2 (4层大楼)

反渗透系统最大产水量:40,000 m3/天 (40%回收率)

日东电工提供PA卷式复合膜 NTR-70SWC-S8(同海德能公司的SWC3)和TORAY(SU-820).

原海水取水: 开放式取水方式 (在离海岸深9.5 m处的取水点,通过直径1.2m×220m长海底管道系统输送。最大取水量为108,000吨/天)

浓水排放: 在经过直径0.7m×230 m 长管道系统之后,浓水通过快速分散装置排放。排放位置在潮汐下游,离取水点62米。最大排放量67,000吨/天。

总建设费用: 约347 亿日元,85%由政府资助

设计基础和运行结果 :主要设备规格

预处理步骤: 在沉淀池加入 NaClO (3mg/L以Cl2计) 进行氯化

二级直流过滤系统中在线加入絮凝剂 FeCl3 (1.5~3.0 mg/L)

双介质过滤器: 32m2/单元×13单元〔设计通量=12m/h (1单元备用)〕

剖光砂滤器: 33.6m2/单元×9单元〔设计通量=17m/h (1单元备用) 〕

化学药品: 用 H2SO4调节pH=6.5~7.0,用亚硫酸氢钠消毒泵:

给水泵: 8.94 m3/min×H45m×1760rpm×90kW×9单元 (1 单元备用)

高压泵: 卧式三级螺旋泵8.91m3/min×650m×3580rpm×1300kW×8单元

能量回收涡轮: 卧式三级螺旋泵5.64 m3/min×545m×3580rpm×约386kW×8单元

反渗透系统:

出力: 每套 5,131m3/d×8套

排列: 每根压力容器装6支膜,63根压力容器 (7排×9行)/套

反渗透膜总数量: 3024 支

反渗透水通量: 13m3/d/支膜 (约11gfd)

操作压力范围: 6~6.5MPa

给水温度范围: 20~30℃

反渗透产水水质: 反渗透产水水质设计为含盐量TDS<360mg/L,电导率<720ms/cm


b) 反渗透系统性能

。-1为启动后反渗透性能与时间关系。,其中两个系列中有日东电工NTR-70SWC-S8 (同海德能公司SWC3)膜。一个系列于1996年8月启动,另一个于1997年3月启动。至今为止膜没有进行过更换。

c) 水处理费用和人员

按产量40000吨/天计算,产水费用和人员如下:

电能消耗: 5.36kwh/吨

化学药品: 0.104美元/吨(12.5日元/天,1美元=120日元)

(按NaClO、FeCl3、H2SO4、NaHSO3、NaOH、柠檬酸额定使用量计算)

雇员数: 13人(3班倒)

2.保护环境设计要求

我们做了排放高含盐量浓水对珊瑚礁的影响调查。 Nakano、Yamazato、Iso分别采用浓度为3.5%、3.9%、4.4%、5.3%的浓水对四种生礁珊瑚做试验,测试共生藻类的生长和生存,呼吸作用和光合作用能力。结果表明3.5%和3.9%的含盐量不会影响共生藻类的数量、呼吸和光合作用。然而,更高的含盐量会降低海洋生物种类的生长率。

根据上述试验,冲绳珊瑚海周围的浓水含盐量最高值设计为3.9%。

海洋生物种类的生物鉴定试验

对排放区常见海洋生物品种的生物鉴定试验,浓水排放不会导致:

● 令人讨厌的水生物的生长

● 本地生物的退化

● 海洋生物群落的退化,包括脊椎动物、无脊椎动物和植物种类等

在本工程中,珊瑚床附近设定的最大目标含盐量为TDS 3.8%,因为据报道,海洋生物在TDS 4%以下不会受到影响。模拟浓水排放系统的运行表示稀释后的反渗透浓排水流到海床时不会导致超过0.1%TDS的升高。因此估计海水淡化厂的运行不会对环境造成负面影响。

合适的浓水排放方式

为达到足够稀释,有必要加强浓水与周围海水的混合。这可以通过提高最初的排放流速,并尽可能地使排放水流在达到海底时保持抛物线状。一般来说,在湍流中或在海底的陡坡处选择一个浓水排放点也是可行的。在冲绳,排放点的位置比取水点约深2米。

浓水布置

在冲绳海水淡化系统中,浓水排放设备为特殊水下分散装置:16个直径100mm呈45°角的喷管。需排放的浓水含盐量比附近的原海水含盐量高,具体如下:

典型海水: 3.48% TDS;密度:1.0216 g/cm2 (温度:30℃)

排放的浓水: 5.81% TDS;密度:1.0388 g/cm2 (温度:31℃)

如。-2所示,浓水趋向于下沉且向海底扩散,因此在排放管道尾端的分散装置需具有很好的混合与稀释功能,目标值为不超过原海水0.1% TDS。在距离分散装置12米处,海水被稀释至3.54%TDS。

排放量: 67000吨/天

排放速度: 6.0米/秒

浓海水: 5.8%

原海水: 3.5%


。-2 浓水排放分散装置

絮凝泥浆处理

预处理流程包括初级双介质过滤器和二级剖光砂滤器。两种过滤器都是水平压力池。氯化铁在双介质过滤器中用作絮凝剂。双介质过滤器和砂滤器的反洗排水以及反渗透膜的化学清洗排水最初储存在废水罐中,定期送到浓缩池中。在将上部的清水和沉淀的泥浆分离后,清水通过下水道处理系统排放掉。如果沉淀的泥浆没有冲洗就进行干燥,泥浆中将含有盐分,因为沉淀的泥浆海水含量很高。用淡水在一级和二级稀释池中对泥浆进行冲洗,使之脱盐。冲洗后泥浆保存在储存罐中。然后在加压条件下用无毒添加剂使泥脱除65%水分。最后,泥浆制成约12mm的泥块,可以通过漏斗装到车上并定期运走。

主要设计规格:

泥浆生产量:25m3/天

浓缩泥比重:35000mg/L

固体产量:880公斤/天

脱水泥块水含量:≤65%

脱水设备:过滤布固定/半自动压缩机械型/压力脱水泥

压缩机放置活塞泵:64m3/h×60H×3.7kW(3套)

压缩高压多级泵:28L/min×160mH×5.5kW(2套)

因此,在海水淡化厂运行且保持环境的同时,它还考虑到减轻最终处理地负荷,以使工业废物和对环境的负面影响降至最低。

硼浓度和措施

海水淡化厂产水的硼浓度引起了民众、政府和工程公司的广泛关注。海水包括约5mg/L硼,以B(OH)3或B(OH)4-形式存在。脱硼率明显低于其它成分脱除率,因为硼在中性pH范围内几乎不带电。目前商用的海水淡化反渗透膜的脱硼率约在85%。因此40%回收率的情况下,根据pH、温度、给水压力等条件变化,反渗透产水中将含有0.7~1.4mg/L硼。在冲绳,为了使硼含量符合饮用水标准,将反渗透产水与邻近的Chatan水厂的地表水进行了适当的配比混合。对于干旱和没有可混合水源地区,在反渗透水厂中实际应用了高脱硼海水淡化膜。

大型海水淡化厂投入运行5年间没有遇到严重问题。虽然没有日东电工与Toray反渗透膜的对比数据,但两种膜性能都能满足设计要求。至今日东电工NTR-70SWC膜没有进行过更换。

在反渗透产水中的所有成分中,只有硼超过饮用水标准(日本标准原为0.2mg/L,1998年修订为1mg/L)。冲绳的反渗透产水和地表水混合后可以符合饮用水标准。

在干旱地区或没有可供混合的水源地区,需要高脱硼海水淡化反渗透膜。

 

实例2:新型高脱硼卷式海水淡化膜

摘要:反渗透膜可用于各类脱盐应用。由于世界范围内的水资源短缺问题,反渗透海水淡化市场增长迅速。目前的卷式反渗透膜对很多离子都有较高的脱盐率,通常对总溶解固形物(TDS)的脱除率在99%左右。因此反渗透膜的产水中,大多数成分能满足饮用水标准。然而反渗透膜的脱硼率较低,在海水的自然pH值下不能完全脱除硼。在海水淡化中,产水中的硼浓度通常超过饮用水标准。因此,反渗透产水需和含有低浓度硼的陆地水混合;另外也可以将产水再经过另一套反渗透系统以进一步降低硼浓度,但这样做导致脱盐费用太高并使反渗透系统变得复杂。

日东电工/海德能公司开发出一种新型涡卷式结构反渗透膜,在海水淡化应用中有较高脱硼率。这种新膜既具有高脱硼率,又能抗化学物质侵蚀。因此这种膜可以替代传统交叉链的聚酰胺膜,并可采用传统的清洗方法。在日本冲绳的SESOKO水厂,新膜与传统海水淡化膜进行了比较试验。新膜产水中的硼浓度是传统膜元件的一半。新型脱硼膜元件已经运行了一年以上,性能稳定。

1.简介

当今世界上反渗透海水淡化厂总产水能力将达到两百万吨/天。多个产水能力在几万吨/天的大型海水淡化厂已在兴建(见表1)。另外几个10~20万吨/天的巨型海水淡化项目计划在中东、北美、拉美、欧洲和东南亚等全世界范围内兴建。在21世纪初,作为解决全球水资源短缺的最佳措施之一,反渗透海水淡化法将在全世界繁荣发展。

因为可以去除有害物质如三卤甲烷,预计从现在开始芳香族聚酰胺复合膜将被更多采用。

总的来说,海水淡化反渗透系统产水水质很好,产水中除硼含量不能达到世界卫生组织(WHO)水质标准外,TDS值可低至100~200 mg/l。

海水中的硼浓度为4~5 mg/l,在自然的海水pH值范围内不能离解成离子形态以致于反渗透膜很难将它们去除,特别是与其它无机物相比膜的脱硼率较低。根据给水温度和浓度不同,海水淡化的产水中硼浓度在0.8~1.5 mg/l左右,不能满足WHO1997年颁发的临时标准[2]中的0.5 mg/l硼含量。为达到该标准, 淡化厂不得不将RO产水与由地下水或地表水制成的饮用水和(或者和)经MSF多级过滤的饮用水混合,这些饮用水几乎不含硼。然而在很多没有足够陆地水源的地区,这类混合处理无法实施。

在一篇关于两级反渗透系统的运行报告中,第一级采用高压海水淡化反渗透膜,第二级采用低压反渗透膜来降低硼浓度[2]。但这样做不仅增加了饮用水工艺的成本,而且还使反渗透系统的设计变得复杂。因此对高脱硼海水淡化膜的需求持续增加。

传统的脱硼方式

1. 将硼分解成离子

在原子反应器、铁合金等应用中,硼是中子吸收源。另外,硼酸是一种化合物,被广泛用在玻璃制造、陶瓷上釉和化妆品中。

摄取少量硼将引起食欲不振或虚弱,但中毒严重时会导致呕吐、腹泻、胃痛等等。

在1993年WHO颁发的饮用水质量标准中, 硼含量值小于0.3 mg/l。 在1997年WHO修改的临时标准是0.5 mg/l[2]。

硼在海水中以硼酸形式存在, 其水分解反应式如下:

H3BO3 + H2O <=> H+ + B(OH)4-

pKa = 9.25

。1所示为pH值与分解反应式之间的关系。

在pH=7中性水中,硼很难分解成离子,因此反渗透膜的脱硼率比无机离子低得多。


另一方面当pH>9.5,多数硼以B(OH)-离子形态存在。因此反渗透给水pH越高,脱硼率越高[3]。

然而因为高pH值下容易形成垢,如CaCO3垢,反渗透系统不能在高pH值下稳定运行。因此需要研究其它降低硼浓度的可行方法。

2. 实际运行水厂中传统海水淡化反渗透膜的脱硼率

日本冲绳海水淡化厂(40,000吨/天)已经投运, 。-2是工艺流程。。

该厂全部选用卷式芳香族聚酰胺复合膜(日东电工NTR-70SWC,东丽公司SU820)。采用一级运行方式,操作压力6 MPa,回收率为40%。原海水TDS(总含盐量)和硼含量分别为38,300 mg/l和4.59mg/l;在25℃时产水中的TDS为154 mg/l,硼含量为1.08mg/l;在30℃时,产水中的TDS为194 mg/l,硼含量为1.34mg/l [4]。各项水质见表-2。

可见脱硼率非常低,在71~76%之间,而TDS脱除率却高达99.5%~99.6%。

为满足日本权威机构制定的硼含量为1.0mg/l的饮用水标准, 该水厂采用反渗透产水与由源自陆地水的几乎不含硼的净化水进行混合。

3. 两级处理方式

虽然混合水方式可以降低硼浓度,如果没有足够可用的陆地水源或经MSF多级过滤水时,就无法采用混合水方式。

为解决这一难题,有试验表明利用硼在pH>9.5时分解为离子态的特性,采用两级反渗透法,以提高膜的脱硼率[2]。

该试验采用NTR-70SWC/SWC3海水淡化膜和超低压ES20/ESPA2膜。在各自的1*和2*测试条件下,每种膜对NaCl溶液的脱除率和产水量分别是99.5% / (16m3/d)和99.7% / (30m3/d)。

*1 — NTR-70SWC/SWC3主要测试条件: 3.5% NaCl 溶液,压力5.5 MPa

*2 — ES20/ESPA2主要测试条件: 0.5% NaCl 溶液,压力0.75 MPa

含硼2.3mg/l的原海水经过絮凝沉淀处理后,调节其pH=6.5以防止结垢,然后成为第一级的NTR-70SWC/SWC3海水淡化膜的给水。

在第一级反渗透膜的主要运行条件是回收率为40%,运行压力为6 MPa。在第一级产水中硼浓度是0.95 mg/l。通过投加NaOH来调节其pH值到9.5,然后再供给第二级的超低压ES20/ESPA2膜上。

第二级系统主要运行参数是回收率33%,运行压力1 MPa。产水中硼浓度0.16mg/l,满足WHO制定的0.5 mg/l临时标准。

但两级反渗透方式使得饮用水工艺成本更高、系统更复杂。还应当指出的是产水中的矿物质如钙含量过低。因此还需要尽可能多的采用高脱硼海水淡化膜的一级海水淡化处理方式。

新型高脱硼海水淡化膜的开发

日东电工/海德能公司开发了一种新型海水淡化膜,其脱硼率明显比传统海水淡化膜高。

新型膜产水中硼浓度0.44mg/l,传统海水淡化膜产水中硼浓度为 0.78mg/l,也就是说相比后者,前者产水中硼浓度低40%或更多。按脱硼率计,新膜提高到91%,而传统膜为85%。

示范水厂中使用新型高脱硼海水淡化膜进行长期连续运行测试

为验证新开发的反渗透膜在示范水厂运行的长期稳定性,我们在日本冲绳Sedoko实验室进行了示范试验 (产水量80m3/d)。。-3是示范测试系统流程。,采用卷式反渗透膜元件,一级方式运行,产水80m3/d。

1. 原海水取水方式

开放式取水:原海水取自离岸100米处的取水口。

2. 预处理

水厂采用絮凝沉淀系统作为预处理。原海水储水池供水到一级介质过滤器,然后通过水泵进入二级介质过滤器。在一级介质过滤器前面,投加FeCl3絮凝剂,在同一个加药点,投加NaClO杀菌剂以防止海水生物在系统内滋生。不能被一级介质过滤器去除的悬浮物可被二级介质过滤器截留,然后处理过的水进入过滤水池。

3. 反渗透水厂

过滤水池出水通过加压泵加压输送到保安过滤器,在保安过滤器前面投加H2SO4和SBS。H2SO4用来调节反渗透给水pH值至6.5~7之间,防止膜元件内结垢;SBS用来去除水中余氯,以防止余氯损坏膜。有机物能在H2SO4加药后的管道中繁殖,因此每天自动投加一次最高浓度为500ppm的SBS,以进行杀菌。然后水通过高压泵加压到60~70kg/cm2送到反渗透系统。

运行条件: 产水量80 m3/d,回收率43%。

反渗透膜: 6支8"直径、长度40"的膜元件。

4. 示范水厂运行结果
给水中硼浓度为4.3 mg/l时,随着温度在22~31℃范围内变化,产水中硼浓度在超过500天的时间内一直稳定在0.5~0.6mg/l。反映膜水通量的纯水渗透系数(数值A)和反映透盐性的透盐系数(数值B)都保持稳定。

运行条件 —— 原海水浓度:TDS 38000mg/l,硼4.3mg/l;产水量:80m3/天;回收率:43%

结论

1. 与传统海水淡化膜相比,我们开发的新型高脱硼反渗透膜能够降低产水中硼浓度。

2. 新型高脱硼反渗透膜在示范厂温度为22~31℃范围内运行500天以上。 产水中硼浓度稳定在0.5~ 0.6 mg/l范围内,目前水厂还在连续运行。

3. 与传统反渗透膜的脱硼率71~76%相比,新型膜的脱硼率高达86~88%。

4. 新开发的高脱硼膜,即SWC3-B,已被选用在塞浦路斯Larnaca的产水量为13.7MGD的海水淡化项目上。

(六)2×70m3/h炼油废水回用处理ESNA纳滤膜

装置工业运行分析

1. 前言

炼油厂综合废水是一种成份复杂、不易处理的工业废水,一般有三个来源构成:1. 炼油厂工艺废水;2. 成品油的脱水;3. 厂区生活污水。通常,该综合废水经过生化处理系统后排放。。-1为生化处理的工艺流程。。
由于目前对石油化工行业的吨油耗水量提出了更严格的要求,因此炼油工业废水的深度处理回用被逐步提到了重要地位。但是常规方法很难完成,而膜分离技术作为一种新兴的分离技术,在工业废水回用方面不断取得新的进展。目前,超滤和反渗透膜已经在部分炼油企业中得到了应用。但是,在大多数回用领域并不需要过高的脱盐率,因此反渗透设备较高的运行压力会使得成本过高。这时,运行压力低、产水水质好的纳滤膜在炼油废水处理回用上具有优势。目前,我国尚未大规模在工业废水处理回用中使用纳滤膜。中石油新疆克拉玛依炼油厂采用美国海德能公司的纳滤膜元件ESNA1处理炼油厂综合废水并回用,该项目是目前国内规模最大的、用于工业废水回用的纳滤膜系统,工艺流程见。-2。该系统一期累计运行已经超过一年,预处理系统采用传统多介质过滤、臭氧和生物活性碳联合工艺。预处理产水分为三部分:1. 部分供给纳滤膜系统;2. 部分作为绿化用水;3. 另一部分与纳滤产水混合后作为冷却水供入厂区,混合水以电导率小于1500 ms/cm为标准。二期系统也已经稳定运行3个月,采用美国海德能公司最新推出低污染型、亲水性和电中性纳滤膜元件ESNA1-LF。

美国海德能公司对该系统进行了长期跟踪本文针对该纳滤系统的运行状况以及处理效果。本文主要对纳滤膜系统的运行状况进行了深入分析,探讨了纳滤膜元件对废水中主要成分的去除效果,并对今后纳滤在工业废水中应用的前景做出了预测。

2. 纳滤系统工艺

纳滤膜系统采用了96支ESNA1系列膜元件,美国海德能公司于1996年推出的ESNA1节能型纳滤膜元件,可以有效的脱除硬度、铁、色度及三卤甲烷等物质。在极低的压力下即可获得高水通量。低压操作不仅仅能耗低,而且相关的水泵、管路及压力容器等也更为便宜。这种膜均为性能可靠的表面带负电性的芳香聚酰胺复合膜,由于在使用过程中能明显的节省设备及运行费用,因而应用日益广泛。

在ESNA1的基础上,新开发的ESNA1-LF具有低污染特性,这主要是改变了膜表面的亲水性和电性,经过改性的纳滤膜分离层,具有更好的亲水性,且膜表面从负电性转变成电中性。这些改变使得膜元件更加亲水,且污染物更不容易在膜表面吸附沉积。这些优点是美国海德能公司的纳滤膜元件更是以使用在工业废水和生活污水的深度处理回用中。表-1是两套纳滤系统的一些运行参数。该系统的进水是综合废水经生化处理后的排水,其水质分析见表-2。

3. 运行参数及处理效果

由于给水中CODcr的含量平均达到32.2 mg/L,最高时甚至达到279.8 mg/L,纳滤膜元件面临着严重的污染。因此在系统运行过程中,为了尽量减少水中污染物对膜表面的污染,每日有2次物理冲洗,冲洗采用纳滤产水,每次历时约20分钟。采用纳滤产水进行冲洗主要是由于纳滤产水的溶解能力比原水更强,对污染物的冲洗效果更好。系统运行约60天后,需进行一次化学清洗。

当产水量下降而运行压力升高时,经过清洗可以非常有效的恢复原有的水量和压力。下面通过对一个清洗周期的分析,可以更清晰的说明纳滤膜系统的运行状况。

3.1 产水量和回收率的关系

一个化学清洗周期内纳滤膜系统产水量和系统回收率的关系。由。中可以看到,纳滤膜系统的回收率在一个周期内绝大多数时间均大于75%。在周期末的几天,由于膜表面污染加剧,产水量有所下降达到52 m3/h,致使系统回收率降低。这表明系统需要进入清洗步骤了。而在周期开始的前几天,产水量达到90 m3/h,这说明前一个周期末的化学清洗效果十分明显。

3.2 运行压力的变化

通过对同一个运行周期内的进水压力及浓水排放压力的分析。如。-5所示,绝大多数时间内,两段纳滤系统的压力损失在0.15 MPa。进水压力与农水排放压力的差是一个非常重要的参数。在两段纳滤系统中,通常有12支膜元件串联的系统中,0.15 MPa是一个相当低的压力损失,这不但保证了泵工作的稳定,同时也降低了能量消耗,使系统运行更加经济,成本更低。同时也说明膜污染并不严重。

3.3 纳滤系统脱盐率的变化

在全部的四百多天的运行过程中,进水电导率和产水电导率如。-6所示。进水电导率在1500ms/cm和3000ms/cm之间波动,而产水电导率稳定在250ms/cm左右。脱盐率的变化记录在。从该。中可以看出,系统运行稳定后的脱盐率始终在90%以上,初期脱盐率稍低是由于系统运行初期的进水电导率较高。同时,膜元件内部存在部分亚硫酸氢钠保护液,需要一定的时间漂洗。

(七)LFC3-LD低污染反渗透膜

用于石化废水回用处理系列现场试验研究


1.前言

污水回用是水资源可持续战略的重要组成,有助于同时解决水资源短缺和水环境污染问题。污水回用处理是对已经达到排放标准的市政污水和工业污水进行深度处理,去除有机污染物和无机盐,处理后的水质要达到具体回用用途相关水质标准,因此能够完全去除溶解性污染物的反渗透技术成为污水回用处理的核心工艺。反渗透工艺能否成功的关键在于对于原水中污染物的适应性。目前工业污水的回用处理技术目前已经开始在钢铁、石化、电力和市政等各个耗水量大的行业进行推广。但由于污水水质复杂多变,受到生水水质、生产工艺及处理工艺的影响,同一类型的污水在不同的时间和地点的膜污染特性会有较大区别。

石油化工行业是典型的用水大户,但由于石化污水、废水具有COD高、含油等独特的复杂性,对于如何将其合理的处理回用,业界一直持谨慎态度。海德能公司率先在石化系统开展了一系列现场试验。现场试验完全模拟实际工业运行状况,采用24小时连续运行,试验反渗透系统回收率约70%。需要指出的是,这些现场试验采用了海德能公司一直倡导的集成膜工艺(IMS),使用海德能公司的HYDRAcap中空超滤膜系统作为反渗透的预处理工艺,性能稳定水质优异的HYDRAcap超滤技术与海德能先进的低污染膜相结合,完成了对于水质复杂多变且污染性极强的石化废水的深度净化处理。本文总结了三个石化废水现场试验中反渗透膜系统的运行情况和水质变化,三个试验的原水分别是乙烯厂二级排放水、化肥厂冷却循环水排水和烯烃厂冷却循环水排水。

水源特点
 1) 、有机物含量高
2)、冲击试验时反渗透
进水COD为:110mg/l ;
含油量:10mg/l
 1)、有机物含量高
2)、温差变化大
3)、溶硅含量高
4)、加药复杂并有化学渗漏
 1)、复杂阳离子型药剂投加
2)、硬度碱度高
3)、溶硅含量高

4.结论

通过三个试验地点不同水质的现场试验,LFC低污染膜表现出对于高污染性石化废水的良好适应性,特别是新型低污染反渗透LFC3-LD膜能够耐受循环排污水水质大范围波动及冲击加药的影响。连续的现场运行表明LFC膜的耐污染能力及稳定的分离性能完全可以实现规模化工业应用,具体如下:

1) 低污染反渗透膜元件在以超滤为预处理工艺的试验中,表现出良好的耐受COD与油的特性:低污染膜元件在平均进水COD小于30mg/L时在试验中长期稳定运行;低污染膜元件在平均进水含油量小于1mg/L时在试验中长期稳定运行。

2) 在模拟工业系统末端膜元件的运行试验中,反渗透膜元件的产水通量在12~16 GFD间运行稳定。

3) 低污染膜元件的电中性特点使系统能够承受不同类型(阳离子、阴离子或中性)药剂与表面活性剂的冲击。

4) 低污染反渗透系统对复杂的化工循环冷却排污水有较强的适应性,能够耐受长期高温运行(平均40℃,高达44℃)并保持脱盐率。

5) 在石化污水处理过程中,以超滤作为反渗透的预处理,能够保证反渗透进水的SDI值,从而保证反渗透膜元件的稳定运行。

 

(八)反渗透浓水处置的现状和趋势

摘要

反渗透浓水是反渗透装置的排放水,原水中的杂质在其中得到了浓缩,直接排放会对环境产生不利影响。本文简要介绍了国外目前使用较多的几种反渗透浓水处置方法:地面水排放(海洋、潮水)、深井注射、喷灌、废水处理装置和蒸发塘。

引言

与离子交换、电渗析和蒸馏等工艺相比,反渗透、纳滤工艺在水脱盐净化处理方面有节能、化学品用量少、产水品质高和装置易于扩展等优势。从上世纪八十年代开始在欧美国家被广泛应用于工业生活用水的净化处理,目前反渗透、纳滤工艺已经成为一种水处理的标准工艺。我国从九十年代后期开始大规模使用反渗透技术,主要集中于电厂锅炉补给水、瓶装饮用水和食品医药用水的脱盐处理,近来兴建的一些较大规模的工业污水回用装置也将反渗透作为核心工艺。据粗略估算,我国的反渗透装机总容量约50-80万m3/h,2003年新增处理量5-6万m3/h,近三年来年增长率20-30%。虽然反渗透工艺只有在装置清洗时才会产生化学品污水,在正常运行中不会产生新的污染物。但必须注意的是,在优质脱盐水的同时,进水中的杂质被浓缩了。如果反渗透浓水中得不到妥善的处置,直接排入天然水体,必然会对水环境产生不利影响。国内目前对于反渗透浓水基本没有进行特别的处置,多数采用就地排放的方式。

反渗透及纳滤系统的废物有预处理淤泥、清洗液、保护液以及浓水等副产物。除浓水之外,其他副产物与传统水处理设施一致,都有现成的处置方法可以参照。由于含浓水盐量高,传统的给排水处理都无法有效地解决这个问题。浓水水质受到原水水质、处理药剂以及回收率的影响。一般在确定浓水浓度时的简单估算方法按100%脱盐率来进行计算,浓缩因子CF的计算公式为:

 

其中Y为产水回收率。

从这个公式可以计算出,原水TDS为3,000mg/l、回收率为75%时浓水的TDS为12,000mg/l。如果回收率达到90%,TDS会达到30,000mg/l。一个处理能力为10 Mgal/d(百万加仑/天)的膜系统,回收率75%时浓水的产量为3.3Mgal/d,回收率90%时浓水产量为1.1Mgal/d。浓水的水质和水量之间的平衡对浓水的处置方式影响很大,同时回收率的选择也受到了处置可能方式的影响。有时将浓水与其他水或废水进行混合后排放,无论在可行性上还是经济性上都是较好的选择方案。比如将浓水与处理后的城市排水、工业废水或电厂冷却水混合排放。

如何处置浓水或与其他水的混合液,取决于浓水的水量和水质、处置地点的地理环境和对水源、土壤的潜在影响。目前国外的典型处置方法有:

● 地面水排放(海洋、潮水);

● 深井注射;

● 喷灌;

● 废水处理装置;

● 蒸发塘。

1.地面水体排放

将膜系统浓水排入地面水体,首要关心的问题是对水体品质的负作用。排入水体的水质决定是否要在排放前对系统浓水进行处理。一般来说,反渗透浓水的溶解氧含量低、硫化氢含量高而且偏酸。在浓水中的一种或多种普通离子浓度高于或少于接受水体时,称之为“普通离子毒性”。

一种间接排入地表水体的方式是,将膜系统浓水与处理后的污水或雨水进行混合后排放。如果将浓缩海水与1000mg/lTDS的处理污水按2:1的比例进行混合,会将排水的TDS降到与周围海水相近。苦咸水系统浓水按类似的比例混合,也会达到与内陆地表水类似的TDS。

如果在出口的水体循环能力很强,浓水的高TDS浓度会得到快速的分散,但如果将大量的浓水排入盐度较小的湖泊、泻湖、贝壳类繁殖海域或优质鱼类生长水体,将会造成较大的毒害。

周围条件:由于接受水体可能包括河流、湖泊、河口、运河、海洋等水体,周围的条件可能变化很大。周围的条件包括接受水体的底部几何形状、水的盐度、密度和流量。接受水体的盐度、流量和密度会随水的深度、与排放点之间的距离以及时间而不同。

排放条件:排放条件包括排放设施的几何形状和排放流动条件。排放设施可以是一根管子,也可以是一个较长的多口扩散器。排放可以是水面式的,也可以式浸没式的。

排水口结构:排水口的结构要保证达到混合条件,对接受水体不会产生任何破坏,诸如水生物、野生动物和周围的区域等。一般采用简单的管口排放,在高度紊流下将浓水排入大量的接受水中足以保证稀释和混合。但大多数情况都采用仔细设计的排水口结构,以改善混合条件。这种设计叫做扩散器,在一根直管上垂直接出一些支管。

扩散器的特性和设计变量:

扩散器管的长度;

扩散器管的直径;

管子的材质;

排水口和阀门的材质;

排水口和阀门的数量;

排水口和阀门之间的距离;

排水口与主管道的角度。

2.深井注射

浓缩水处置的另一个方法是通过深井注射把浓缩水排入地下。当条件不允许向地面水排放时,诸如水体的可接受性、水泥的可用性或管理的限制,通过深井注射把浓水排入地下是技术上可行的方法。深井注射系统一般用于处理浓缩水、污水以及工业的和危险的废水。深井按使用的类型和注射的流体分类。

深井注射是连续处置大量反渗透浓水的一种简单有效的方式,而且不受天气条件的影响。但实施深井注射的过程非常复杂。对地理条件的要求相当特殊,选择的地点必须与适于饮用的含水层相隔离,所以注射位置要低于所有邻近的含水层,岩土的透射性要相对较高以便于注射。注射一定不能造成含水层的水质劣化。在建造注射井时的试验工作量较大,需要探明该地点的含水层的深度,分析岩土结构并进行打压试验。参考该地点的地球物理学记录,有助于发现其他可能影响注射的因素。确定注射打井位置需要完成以下工作:

◆ 研究的区域必须地震学上稳定。在地震影响的区域和/或注射井的向下斜坡内,注射的地层结构稳定,没有断层。

◆ 为了在合理的注射压力下处理大量浓缩水,必须有高度渗透的、面积广泛的注射区。

◆ 注射区必须含有TDS浓度超过10000mg/l的盐水。

◆ 进入受体水的注射应无经济影响,也不危及矿物资源,也不影响气体贮存或淡水储存系统。

◆ 封闭的注射床必须有足够的厚度且位于不渗透性的缝隙内。

◆ 浓缩水的水质应和蓄水层水泥相容。

为了确定监控区、封闭床、注射地层位量,蓄水层性质,以及加固钻孔的深度,必须收集试验/中间试验洞的打眼及岩心。在试验/中间试验洞完成后,用测井设备在钻孔中进行地球物理的测井记录。地球物理的测井记录至少应该包括单点电触、γ射线、温度、流量计、测径器、双感应、钻孔补偿的声波测井等。

注射系统的设计是基于浓缩水的流速。流速能够借助设计停留系统用于平均流速的峰值而加以调节。加固钻孔尺寸是以每日的平均注射速度和压力、最多工作日和每小时流速的峰值为依据。设计泵系统时要考虑注射压力。压力和井中的摩擦阻力、注射流体的粘度有关。此外,在可行性决策中,必须评估浓缩水、注射层液体间的密度差,以及岩层的底洞推动压力(输水率)。

注射井处理浓缩水较之共处理废水排放液有更严格的设计利施上要求。这是由于它们的工业类别的不向。施工方面的基本差别涉及井的管道和密封垫。

注射外系统应该有补救故障的回洗能力。若在加压下消除堵塞,则回洗可以起到机械清洗的作用。在低流动速度下,定期进行回洗会提高井的寿命和减少堵塞。

注射井设计中另一项考虑是浓水水质的评估。这是考虑加固钻孔类型和选择材料的匹配性。浓缩水对钢有中等的腐蚀性,因而能引起井的密封垫、钻孔加固层和岩层的结壳。浓缩水能向上迁移,因此使用监控井的网络保护上部蓄水层的报警系统,监控并一般设在注射区以上的蓄水层中,以监控水质的降级。通常由监控井采样定期检测各种参数以确定注射井是否常操作。深井注射系统需有后备的处置方法是十分重要的。后备方法实质是一种完全不同的处置方法,或是另一口注射井,或是处置浓水的某些其他的许可形式。虽然深井注射提供了对于地向木排放处置的有生命力的替代方法,但其费用颇高。对于浓水处置,当没有其他可接受的方法时,才采用注射井方法。

3. 废水处理装置

将RO浓水排入市政污水处理系统,由于过高的TDS会对污泥的生长有不利影响,浓水的TDS浓度会受到污水厂的限制。所以在设计之前一定要得到市政部门及污水处理厂的许可。

4.喷灌/陆上应用

浓缩水处置能由应用陆地灌溉完成。浓缩水用于灌溉,因其暂补了用于灌溉的饮用水、地下水或地面水,所以也是一种水保护的方法。虽然此种处置方法可能是有益的,但是它一般受浓缩水水质的限制。在绝大多数情况下,浓缩水因含高浓度的溶解固体和氯化物,所以若不采用共混或大量的项处理,则不能用于喷灌。

喷灌处置只在少数的应用中采用。这样的应用最初作为中间研究计划以评定可能产生的环境影响、植物的忍受力和总体方案的可行性。

浓缩水可以经预处理或和其他水源,如处理过的排放废水共混。提供一种可利用的灌溉水。与此处置方法有关的问题主要集中在植物群、动物和/或农作物的忍受力,以及对地下水和地面水系统的影响上。浓水中受限制的组分通常是TDS、氮化物、放射性元素和金属。在实施喷灌方案前,要注意的问题是盐度,土壤的渗透性,个别离子的毒性,以及组分结垢的影响。

必须评估喷灌水通过渗透对地下苦水层,以及对可能容纳喷灌水的地面水的影响。在进行喷灌研究计划前、在确立计划的可行性和实验草案方面,政府管理机构应进行参与。

一个重要的考虑是要求灌溉水相对接近水源,必须考虑阴雨天浓缩水喷撞的实施和贮存。如果不能实现阴雨天的贮存,则必须使用后备的处置方法。用此类方法处置,应有一种监控井网络系统并定期检测参数,以提供地下水基本水质的数据以及对灌溉方案的影响。

5.蒸发塘

蒸发塘在蒸发量高、降雨量少而且有足够廉价土地的地区是一种比较实用的处置方法。蒸发塘一般要经过放渗漏衬里处理和放溢流处理,这样就不会排放到地下水和地表水水体中去,所以也不需要特别批准。但需要对渗漏进行探测和检测,溢保证不会进入地下水。蒸发残余固体要定期清理,送到垃圾填埋场处置。
蒸发塘的尺寸:蒸发塘的作用是将塘内的水以水蒸汽的形式转移到大气中。转移量决定着蒸发塘的尺寸,尺寸的选择包括面积和深度。面积主要取决于蒸发量,深度要能够满足储水和盐沉淀的要求。

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