影响反渗透系统脱盐率的因素分析

影响反渗透系统脱盐率的因素分析

李心善

佛山市南海环境工程有限公司广东佛山528000

摘要:在水处理领域,膜分离技术被逐渐应用,其中反渗透技术应用范围越来越广泛。本文通过采用锰砂过滤器、活性炭过滤器、阻垢剂投加装置等作为预处理系统,利用反渗透技术对某工业废水的预处理出水进一步处理,并就进水流量、温度、pH、含盐量、回收率等因素对反渗透装置脱盐率的影响进行分析研究。

关键词:反渗透;脱盐率;影响

引言

近年来,随着工业、矿业的迅猛发展,工业废水的排放和处理方式越来越受到人们的关注。与传统处理方法相比,膜分离技术具有安装便利、使用费用低、造价少等方面的优势,已得到了广泛应用。而反渗透技术就是60年代发展起来的一项新的膜分离技术,脱盐率是反应反渗透膜性能的重要技术指标之一。本研究利用反渗透技术处理工业废水,探讨多种因素对整个系统脱盐率的影响,可为今后反渗透工艺在类似工程中的应用提供参考。

1.试验装置及条件

1.1试验装置

反渗透中试装置采用2支陶氏FILMTTEC8英寸抗污染反渗透膜(BW30-365/34i-FR)。陶氏FILMTTEC膜元件进水流道较宽,流动均匀,污染物不容易附着,且污染后的清洗效率很高。BW30-365/34i-FR反渗透膜在1.551MPa(225psi)压力下,2000mg/L的NaCL溶液测试中,产水量为36m3/d,回收率为15%,脱盐率达到99.5%。中试工艺流程如图1所示。

图1中试工艺流程

中试装置由原水调节池、曝气装置、一级提升泵、石英砂过滤器、锰砂过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器、加药装置、反渗透装置等组成,见表1。

表1中试装置主要设备

1.2试验条件

中试装置设置浓水回流设施,运行过程中使部分浓水回流至高压泵的前端,以达到调整反渗透进水电导率的目的。试验持续80d,分别考察反渗透膜进水温度、pH、压力、电导率等对脱盐率的影响。

反渗透产水量维持1m3/h不变,反渗透膜的膜通量14.7L/(m2·h)。在研究某项因素对脱盐率的影响时,维持其余项条件不变。例如,在研究温度对脱盐率的影响时,除了温度变化,进水压力、进水pH、进水操作压力等都维持不变。

根据试验的原水水质,经过专业软件分析、计算,原水中添加阻垢剂型号为纳尔科OSm60(t),投加量为2.7mg/L。反渗透装置示意图如图2所示。

1.3原水水质

中试在某大型钢铁企业尾矿库附近进行,利用潜污泵从尾矿库直接抽水作为中试装置的进水,进水浊度低、硬度高、含盐量极高。原水水质见表2。

图2反渗透装置示意图

从图3可以看出,随着进水温度的升高,反渗透出水脱盐率呈现明显的降低趋势:温度在10℃时,反渗透出水的脱盐率高达97.6%;温度在25℃时,反渗透出水的脱盐率约94.5%。

一般来说,随着进水温度的升高反渗透膜的产水率会有一定程度的提高。但是,温度的升高也会使出水脱盐率下降。这主要是由于:随着温度的升高,原水中离子的扩散速度会加快,离子更容易穿透反渗透膜,造成出水中的离子含量升高,脱盐率下降。在实际工程设计中,需要综合考虑温度对反渗透产水量和脱盐率的影响,保证进水温度在20℃左右。进水温度过低,反渗透膜产水率下降;进水温度过高,反渗透的脱盐率也会明显下降。因此,反渗透进水的温度控制非常重要。

2.2进水压力对脱盐率的影响

反渗透的进水压力是维持反渗透装置正常运行的最主要条件之一。试验过程中,保持反渗透装置的产水量为1.0m3/h,并维持其余条件不变,验证进水压力对反渗透脱盐率的影响。

进水压力采用变频泵进行调节,进水压力分别在0.80、0.85、0.90MPa下各运行10d,每天进行相应记录。在进水压力相同的情况下,由于膜的污染、温度的变化等,脱盐率略有不同。进水压力对出水脱盐率的影响如图4所示。

图4进水压力对脱盐率的影响

从图4可以看出,在产水量恒定的条件下,随着反渗透进水压力的减小,装置的脱盐率也有明显的降低。

反渗透出水的脱盐率主要是由反渗透膜本身的化学性质决定的,进水压力并不会影响离子的透过率。但是,随着进水压力的降低,反渗透的脱盐率也有明显的降低。因为随着进水压力的提高,反渗透膜表面的水流速度也随之提高,水流速度的升高降低了反渗透膜的浓差极化,从而使反渗透装置的脱盐率有了明显的提高。

2.3进水pH对脱盐率的影响

根据陶氏膜组件的操作手册,当反渗透膜进水pH控制在2~11时,pH不会对反渗透的产水量产生影响。然而即使在允许pH范围内,pH对脱盐率也有较大的影响,这主要是基于以下2方面原因:1)反渗透膜表面附着大量亲水性聚合物,pH影响亲水性聚合物的电场排列,电场排列的变化会影响到原水中带电离子的迁移;2)原水中有大量的CO2,CO2在水中的形态受pH的影响。较低pH时,水中CO2以气态形式存在,容易穿透反渗透膜,造成脱盐率较低;较高pH时,水中的气态CO2部分转化为CO2-3、HCO-3,不容易透过反渗透膜,会使脱盐率升高。

通过在线pH调节装置调节进水的pH,连续30d监测进水pH对出水脱盐率的影响如图5所示。在pH相同的情况下,由于膜的污染、温度的变化等,脱盐率略有不同。

图5进水pH对脱盐率的影响

从图5可以看出,反渗透装置的进水pH在5.5~8.0,随着pH降低,反渗透膜脱盐率有明显降低。在实际工程中,反渗透膜的进水应尽量维持在中性环境中,使脱盐率尽量维持稳定。

2.4进水电导率对脱盐率的影响

通过在原水中添加反渗透浓水,使反渗透进水的含盐量升高,电导率上升非常明显;但反渗透膜的脱盐率不仅没有降低,反而有一定的上升,见图6。

图6进水电导率对脱盐率的影响

一般情况下,进水含盐量越高,渗透压也越高,在维持反渗透进水压力恒定的情况下,净压力将明显减少,产水量会随之降低。如果维持产水量不变,就需要增加进水流量。反渗透膜的透盐率与反渗透膜两侧的离子浓度差成正比,浓度差越大,透盐率就越高,从而导致反渗透出水的脱盐率下降。但在本试验中,随着反渗透进水含盐量升高,反渗透的脱盐率有一定的上升。低电导率时,反渗透膜的进水流量为8m3/h;高电导率时,反渗透膜的进水流量为9.4m3/h,而反渗透膜通量14.7L/(m2·h)保持不变。中试产水量都维持在1.0m3/h,这样就需要增加进水压力。随着反渗透装置的进水流量和操作压力的增加,反渗透膜表面的水流速度会明显加快,由于水流速度的加快降低了反渗透膜两侧的浓差极化,进而使反渗透膜的脱盐率有所提高。

3.结论

综上所述,在反渗透系统运行中,进水温度、进水压力、含盐量、进水pH、进水电导率等因素对反渗透装置的脱盐率具有一定的影响。在分析反渗透装置脱盐率的过程中,应该综合考虑分析各个影响因素,找出最佳的设计和运行条件,以大大降低系统运行成本,提高其技术经济优势,使其能发挥更大的应用价值,从而为水处理行业发展做出巨大的贡献。

参考文献:

[1]戴巍.两级反渗透处理低浓度含氰废水效能及其影响因素的研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

[2]陈夫山,刘丹,宋晓明.反渗透膜的性能研究及在造纸废水处理中的应用[J].造纸装备及材料,2014(1):36-38.

[3]孟凯.反渗透脱盐率下降原因分析[J].自然科学:文摘版,2016(5):00201-00201.

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