双膜法污水尾水处理工艺

目前，膜技术大多应用于饮用水处理领域。随着对城市污水处理厂出水水质要求的不断提高，将膜技术应用于城市污水厂的出水标准已成为一种趋势。City 污水处理工厂大多采用生化处理去除有机物，一些水中难以生物降解的有机物仍残留在出水中。常用的污水厂二级出水深度处理方法有:增加活性炭或臭氧装置、氧化塘、氧化沟、曝气生物滤池等生物技术。但存在占地面积大、建设成本高、污水厂二级出水中残留有机物难以降解等缺点。膜技术占用空间小，结构紧凑，有利于污水厂尾水升级。纳滤膜直径1nm，纳滤膜表面多带电荷，能有效截留水中各种有机物、二价以上无机物和微量污染物。出水水质稳定，能满足更严格的排放标准。超滤膜的孔径介于微滤和纳滤之间。作为纳滤膜的预处理工艺，可以有效防止纳滤膜的污染。然而，运行过程中不可避免的膜污染限制了膜技术的应用，因此有必要对污水处理厂二级出水的膜再生进行研究。

一.材料和方法

1.1测试设备

测试流程如图1所示。

试验在污水处理工厂的深度处理车间进行。原水经进水泵加压后进入砂滤池，去除悬浮物、胶体、藻类等不溶性污染物。经超滤增压泵加压后进入超滤膜单元，超滤出水作为纳滤进水，再经纳滤增压泵加压后进入纳滤单元。采用超滤内压膜壳一体式超滤膜，两个并联，一个外形尺寸为φ90mmx590mm，使用合金PAN膜丝。安全运行时，pH值范围为2 ~ 11，运行温度为5 ~ 40℃。纳滤采用DF-400纳滤膜，两个并联，浓水与第三个串联。单个膜芯尺寸为φ70mmx340mm，膜材料为芳香族聚酰胺。

1.2测试水

实验以城市污水厂高效沉淀池生化处理后的废水为原水。具体水质为:COD为21~52mg/L，平均值为29mg/L；TP为0.43-0.84mg/L，平均值为0.6mg/L；NH3-N为0.24-0.77mg/L，平均值为0.4mg/L；电导率为870-890μS/cm，平均值为881μS/cm。

1.3测试方法

装置间歇运行，超滤产水进入超滤储水箱。当达到设定水位上限时，超滤停止运行，纳滤开始运行。当超滤储水箱水位降至设定水位下限时，超滤开始运行，纳滤停止运行。入口流速由入口阀调节，入口和出口流速由转子流量计测量，使得超滤入口流速为10、15、20、25、30和35L/min，而纳滤入口流速分别为2.75、3.25、3.5、3.75和4L/min。记录每个入口流速下的产水流速、跨膜压差以及超滤和纳滤的电导率。在超滤进水流速为25L/min、纳滤进水流速为4L/min的条件下，每隔110min记录一次跨膜压差、电导率、COD、TP和NH3-N值，考察累积过滤水量对膜性能的影响。当跨膜压差增大，膜被污染时，超滤膜进行物理清洗(反洗30分钟，冲洗20分钟)，用pH 11的NaOH浸泡14h，用2.7%-3.3%的H2O2浸泡6h，用pH 3的HCl浸泡6h。纳滤膜分别在pH值为10的NaOH和pH值为3的HCl中浸泡6小时进行清洗和再生，记录清洗前后跨膜压差的变化。物理清洗在无压力或低压大流量的条件下，利用水流的剪切力将膜表面污染物去除。化学浸泡清洗时，关闭膜组件的进出口阀门，清洗每种化学药剂后用清水冲洗，直至出水PH值呈中性。

1.4分析项目和方法

COD用锯酸盐法测定，TP用扣锁分光光度法测定，NH3-N用纳氏试剂分光光度法测定。电导率由CCT-3320V电导率仪测量。

二。结果和讨论

2.1进水流量对膜性能的影响

2.1.1进水流量对膜产水流量和跨膜压差的影响

图2显示了进水流速对膜产水流速和跨膜压差的影响。可以看出，随着进水流量的增加，超滤膜和纳滤膜的产水流量和跨膜压差都呈增加趋势。

电导率反映水中溶解离子的含量，通过电导率的变化分析进水流量对膜分离性能的影响。结果如图3所示。可见超滤膜对电导率的去除效果并不显著，保持在1%以下。超滤只能去除少量附着在不溶性大颗粒上的离子，水中的游离离子仍然可以通过超滤膜。超滤采出水的电导率与进水电导率有关，随着进水电导率的降低而降低。而纳滤对电导率有很好的去除效果，平均去除率在88%左右，出水电导率稳定。纳滤膜对电导率的去除率随着进水流速和跨膜压差的增加略有增加，去除率仅从86%增加到90%。纳滤膜孔径小，表面带电，唐南效应，高价离子具有较高的势能，与膜的相互作用力大，容易被膜截留，所以纳滤可以更好的降低原水的电导率。

综合考虑水流量、电导率去除效果、耗电量等因素。在超滤膜进水流量为25L/min、纳滤膜进水流量为4L/min的条件下，考察了累积过滤水量对膜性能的影响。

2.2累计过滤水量对膜性能的影响

2.2.1累积过滤水量对跨膜压差的影响

累积的过滤水对跨膜压差的影响如图4所示。

从图4可以看出，测试中的进水温度为10 & # 12316；15℃时，随着累积滤水的增加，超滤膜的跨膜压差明显增加，从0.29MPa增加到0.4MPa，由于原水污染程度的波动，中间部分压差略有下降。从累积滤水对纳滤膜跨膜压差的影响可以看出，纳滤膜的跨膜压差在0.4MPa左右波动，没有明显的上升趋势。为超滤膜和纳滤膜提供了相对稳定的进水条件，有效减少了纳滤膜的污染。

2.2.2累计过滤水量对膜分离性能的影响

双膜法对COD的去除效果如图5所示。可以看出，随着累积滤水量的增加，超滤膜对COD的去除率总体呈上升趋势，从37%上升到59%。在过滤的初期，超滤膜是干净的，可以透过粒径较大的污染物。随着累积滤水的增加，膜表面被污染，膜的孔隙被堵塞，膜的有效孔径减小，可以截留粒径较小的污染物，从而提高COD去除率。原水经超滤膜处理后，COD浓度为9~21mg/L，为纳滤膜提供了稳定的进水条件。纳滤膜对COD的去除率为83%~94%，出水平均COD为3.8 mg/L，纳滤膜具有良好的COD去除能力，可进一步降低废水的COD，可作为提高COD去除率的保障措施。

双膜法对TP的去除效果如图6所示。超滤膜对TP的去除率随着滤水累积量的增加先增大后趋于平缓，再呈下降趋势。当累计过滤水量为450~2250L时，超滤膜对TP的去除率从47%提高到71%。当累计过滤水量为2250-5850L时，超滤膜对TP的去除率稳定在64%左右。当累计滤水量为5850~7200L时，TP去除率从68%下降到56%。纳滤膜对TP的去除效果较好，基本稳定在96%左右。这是因为超滤膜的孔径较大，主要起筛选作用。在过滤初期，膜的有效孔径较大，更多的污染物颗粒通过。过滤中期，超滤膜吸附的污染物颗粒趋于饱和，去除率达到稳定状态。过滤后期，超滤膜吸附的污染物离开膜，由于浓差极化的影响，去除率下降。污水中磷主要以磷酸盐、聚磷酸盐和有机盐的形式存在。由于唐南的作用，纳滤膜与水溶液之间形成电位差，阻止了同价离子通过纳滤膜，而异价离子则吸附在纳滤膜上，所以纳滤膜对TP有很好的去除效果。

双膜法对NH3-N的去除效果如图7所示。

从图7可以看出，超滤膜对NH3-N的去除率平均为27%，超滤膜产水曲线的变化趋势与原水基本一致，说明超滤膜对NH3-N的去除效果与进水NH3-N的浓度有关，双膜法对NH3-N的平均去除率为68%，去除效果与进水水质呈正相关。超滤膜对NH3-N的去除主要是通过筛分，原水浊度较高时去除效果较好。原因是水中颗粒多，通过颗粒的碰撞和吸附可以去除部分NH3-N。纳滤膜的孔径约为超滤膜的1/10，可以通过超滤膜进一步去除NH3-N。水中的NH3-N主要以离子的形式存在，纳滤膜与污水有静电相互作用，可以有效去除溶解态氮。

2.3滤膜的再生

超滤主要是通过筛分达到去除污染物的效果。在分离过程中，悬浮物、胶体、微生物、无机盐等。在水中会造成膜孔堵塞，晶体在膜表面沉积，导致跨膜压差增大，产水量降低，从而导致膜污染。施崇格等人认为，运行过程中膜表面污染物浓度引起的浓差极化现象导致跨膜压差增大，出水水质恶化。筛分、粒径排阻和唐南作用是纳滤膜分离污染物的主要原理。⑼刘瑞等人认为，膜孔堵塞、浓差极化、滤饼层形成等因素造成了纳滤膜污染。由于超滤膜孔径较大，物理清洗可以有效去除过滤初期不溶性颗粒堵塞膜孔造成的膜污染。过滤后期浓差极化严重，形成的滤饼层需要化学清洗才能有效再生滤膜。因此，本实验采用物理清洗和化学浸泡的方法对超滤膜进行清洗和再生。纳滤膜孔径较小，运行中跨膜压差没有明显增大，可以通过酸碱清洗对纳滤膜进行再生。

膜分离的基本表达式如公式(1)所示。可以看出，当控制J为常数时，通过观察△P的变化可以反映出膜阻力R的变化，进而可以分析膜污染。

公式中:j为单位膜面积的流速，m/s，a为膜面积，m2，v为渗透体积，m3，t为时间，s；△P为跨膜压差，Pa，μ为料液粘度，Pa & # 8226s；r是膜电阻，m-1。

超滤膜的清洗

在轻度污染和重度污染两种情况下考察了超滤膜的清洗效果，结果如图8所示(膜比压差为污染后的跨膜压差与初始跨膜压差之比)。当膜污染程度较轻时(跨膜压差从0.29MPa增加到0.33MPa)，用超滤水反洗30min，再用低压冲洗20min，跨膜压差恢复到0.29MPa，恢复效果良好。超滤膜严重污染时(跨膜压差从0.29MPa上升到0.4MPa)，停机重启后，跨膜压差部分恢复，达到0.39MPa，采用上述物理清洗方法后，跨膜压差恢复到0.36MPa，NaOH浸泡14小时后，跨膜压差恢复到0.34MPa，采用。在H2O2中浸泡6h后，超滤膜表面的污垢与膜表面明显分离，跨膜压差恢复到0.32MPa，在HCl中浸泡6h后，跨膜压差恢复到0.31MPa。

在超滤膜轻度污染的情况下，主要污染是不溶性浊度。物理清洗方法能有效洗去不溶性颗粒，跨膜压差恢复良好。在超滤膜污染严重的情况下，有机污染和微生物污染在总污染中的比例增加。停机后，浓差极化影响消除，跨膜压差略有恢复。物理清洗方法很难去除有机物污染和微生物污染造成的综合污染，而NaOH清洗主要可以去除有机物和油脂造成的污染。H2O2可以杀菌，盐酸可以去除沉积在滤膜上的无机盐污染物。

2.3.2纳滤膜清洗

超滤出水作为纳滤进水，可以有效延缓纳滤膜污染的发生。同期纳滤膜无严重污染，纳滤跨膜压差由0.4MPa上升至0.42MPa，NaOH浸泡6小时后，低压洗涤至出水pH值恢复至中性，出水电导率稳定后，HCl浸泡6小时，最终跨膜压差可恢复至0.39MPa，低于初始跨膜压差。原因是进水污染程度波动，导致纳滤膜清洗后的跨膜压差略低于初始值。碱性清洗可以去除油脂和有机污染物，而酸性清洗液主要用于去除无机杂质。在纳滤膜轻度污染的情况下，酸碱浸泡清洗效果较好。

三。结论

①随着进水流量的增加，超滤和纳滤的产水流量和跨膜压差增加。超滤膜电导率去除率小于1%，出水电导率与进水电导率呈正相关。纳滤膜对电导率的去除率随着进水流速和跨膜压差的增大而增大。

(2)随着累积滤水的增加，在保持进水流速不变的情况下，跨膜压差会逐渐增大，滤膜会被污染。双膜法对COD、TP和NH3-N的平均去除率分别为87%、96%和68%。采用双膜法后，出水COD、TP、NH3-N平均值分别为3.8、0.02、0.12mg/L，远低于污水排放一级A标准和地表水四类水标准。

③超滤为纳滤提供稳定的水质条件，可有效延缓纳滤膜污染的发生。超滤膜轻度污染后，物理清洗可以达到很好的恢复效果。超滤膜污染严重时，需要进行化学清洗，在进水流量不变的情况下，跨膜压差很难恢复到初始状态。(来源:沈阳建筑大学辽河流域水污染防治研究所)

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