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市政污水回用系統(tǒng)中UF膜對RO膜污染抑制作用的研究

市政污水回用系統(tǒng)中UF膜對RO膜污染抑制作用的研究

2021-11-03 16:26:05 5

全康環(huán)保:通過城市污水UF+RO和傳統(tǒng)多介質(zhì)過濾器+RO的中試平行對比運行,考察UF膜作為RO膜前處理的作用和優(yōu)勢。結(jié)果表明,對于營養(yǎng)物指標(biāo)(N、P),及有機物指標(biāo)(TOC、蛋白質(zhì)、多糖類)的去除效果上,UF與多介質(zhì)過濾器相當(dāng);但在與RO生物污染密切相關(guān)的一些指標(biāo)(ATP),UF體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢;且UF出水的SDI值也顯著較低。因此,由水質(zhì)結(jié)果的對比可以認(rèn)為UF相比多介質(zhì)過濾器,能更有效抑制RO生物污染趨勢的發(fā)展。中試運行也進(jìn)一步說明UF作為前處理的RO膜系統(tǒng)的壓差增長和產(chǎn)水量衰減趨勢明顯更低,即驗證了UF相對于多介質(zhì)過濾器在控制RO生物污染方面具備顯著的優(yōu)勢。

前言

淡水資源的短缺和廢水排放量的增加已嚴(yán)重影響到經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高,開發(fā)新的水資源成為當(dāng)務(wù)之急。我國城市污水排放量巨大,作為城市的“第二水源”要比遠(yuǎn)距離引水更加經(jīng)濟。建設(shè)部、科學(xué)技術(shù)部發(fā)布的《城市污水再生利用技術(shù)政策》要求 2015年北方地區(qū)缺水城市再生水直接利用率達(dá)到城市污水排放量的 20%-25%,南方沿海缺水城市達(dá)到10%-15%,其他地區(qū)城市也應(yīng)開展此項工作,并逐年提高利用率。

近年來,膜技術(shù)在污水處理與回用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,工業(yè)廢水、城市污水等通過生化處理后再經(jīng)膜法深度處理后可回用為工業(yè)凈水,提高了水資源的利用率。其中尤以 UF作為RO前處理工序的膜集成系統(tǒng)在眾多工程項目中得到推廣。UF的截留分子量一般為300至50萬,具有出水水質(zhì)穩(wěn)定,水質(zhì)良好的特點。然而相比于其他傳統(tǒng)的 RO前處理深度處理工序,UF的投資和運行成本相對較高,且目前對于其保證RO長期穩(wěn)定運行的效果及控制RO生物污染和有機污染等方面的優(yōu)勢點也并不明確。

本研究的主要目的是對比傳統(tǒng)的多介質(zhì)過濾器處理工序,科學(xué)地闡明采用 UF在保證整體污水回用系統(tǒng)的穩(wěn)定性及有效控制RO膜污染方面的優(yōu)勢。

試驗方法

1 原水水質(zhì)

本試驗的處理對象為蘇州某城市污水處理廠二級出水。原水水質(zhì)如表 1所示,該二級出水水質(zhì)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

2 工藝說明

本研究采用的兩套平行工藝如圖 1和圖2所示,分別為混凝沉淀+多介質(zhì)過濾器+RO和在線混凝+UF+RO工藝。其中多介質(zhì)過濾器采用兩級過濾模式,一級多介質(zhì)過濾器的填充濾料為無煙煤和石英砂的混合濾料,二級多介質(zhì)過濾器填充濾料為石英砂。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

3 運行工況

兩套平行工藝投加的混凝劑都為FeCl3,投加濃度 3mg/L(以Fe計)。多介質(zhì)過濾器的過濾速度為8m/h,UF膜的運行通量為1.4-1.5m/d(58-62 L/m2?h),RO膜的運行通量為18-19L/m2?h,回收率為11%,RO進(jìn)水中投加了阻垢劑、殺菌劑和亞硫酸氫鈉。

4 水質(zhì)分析方法

本研究中TOC的測試采用日本島津公司的總有機碳分析儀(型號TOC-VCPH),SDI測試的給水壓力為2.1Kg/cm2,樣品過濾時間為 15min。TN、TP、NH3-N的測試采用國標(biāo)方法。蛋白質(zhì)測試采用 Folin-酚法,多糖測試采用苯酚-硫酸法,ATP(三磷酸腺苷)測試采用日本Kikkoman公司的Lucifell HS Set測試藥劑。

結(jié)果與討論

1 UF產(chǎn)水和多介質(zhì)過濾器產(chǎn)水水質(zhì)對比

1.1 有機物的處理效果

城市污水中的有機物種類繁多,成份也比較復(fù)雜。TOC是水中有機物的總量的表征。Kangmin chon等人的研究表明進(jìn)水中的蛋白質(zhì)和多糖非常容易引起 RO膜的污染。多介質(zhì)過濾器和UF對有機物的處理效果如圖3所示。可以看出,UF出水的TOC、蛋白質(zhì)和多糖平均濃度分別為6.76mg/L、9.65mg/L和2.23mg/L,而多介質(zhì)過濾器出水濃度分別為6.90mg/L、10.38mg/L和2.54mg/L,對于有機物指標(biāo),UF和多介質(zhì)過濾器的去除率差別不大。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

1.2 氮磷的處理效果水中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)是微生物增殖必需的元素物質(zhì),與 RO膜的生物污染有一定的關(guān)系。多介質(zhì)過濾器和UF兩者出水的NH3-N的平均值分別為0.08mg/L和0.09mg/L,出水的TP的平均值分別為0.07mg/L和0.06mg/L。UF出水和多介質(zhì)過濾器出水中氮磷的濃度沒有明顯的差異。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

1.3 SDI的對比

RO預(yù)處理中采用污泥密度指數(shù)(SDI)來判斷進(jìn)水中膠體和顆粒物質(zhì)的污染程度,這個方法比濁度測定更能反映水質(zhì)情況,是反滲透預(yù)處理系統(tǒng)中必須檢測的重要指標(biāo)。東麗RO膜的設(shè)計要求是進(jìn)水的SDI≤5。多介質(zhì)過濾器和UF出水的SDI的對比如圖5所示??梢钥闯?,UF出水和多介質(zhì)過濾器出水的SDI平均值分別為1.15和4.01,UF出水SDI要明顯好于多介質(zhì)過濾器出水,說明UF對水中的膠體和顆粒物質(zhì)的截留能力要好于多介質(zhì)過濾器。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

1.4 微生物的處理效果

三磷酸腺苷( adenosine triphosphate,簡稱ATP)是高能磷酸化合物,存在于所有的有機體中,極易被儲存和利用,是活細(xì)胞新陳代謝能量的源泉。ATP生物發(fā)光是一種快速的微生物檢測方法,具有靈敏、快速、簡便、穩(wěn)定等優(yōu)點。水中 ATP濃度的高低代表了水中微生物的量的多少。多介質(zhì)過濾器和 UF出水的ATP濃度如圖6所示。多介質(zhì)過濾器和UF出水的ATP濃度分別為131pg/ml和19pg/ml。UF對微生物的截留效果要顯著好于多介質(zhì)過濾器,UF在控制RO膜生物污染方面具有明顯的優(yōu)勢。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

2 RO運行結(jié)果對比

2.1 RO連續(xù)運行標(biāo)準(zhǔn)化壓差

一般認(rèn)為 RO壓差的增長主要由RO膜生物污染引起,微生物繁殖生長迅速,很快便可在RO膜表面形成生物膜層,導(dǎo)致RO系統(tǒng)進(jìn)出水間壓差迅速加大。如圖7所示,UF-RO連續(xù)運行78天,標(biāo)準(zhǔn)化壓差由9.8KPa上升至26.4KPa,多介質(zhì)過濾器-RO壓差增長劇烈,運行40天左右即由9.8KPa增長至80KPa以上,化學(xué)清洗后,運行第二階段,多介質(zhì)過濾器-RO壓差增長仍然比較迅速。說明UF相對于多介質(zhì)過濾器對于控制RO膜生物污染具有明顯的優(yōu)勢。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

2.2 RO連續(xù)運行標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量

圖8顯示了UF-RO和多介質(zhì)過濾器-RO連續(xù)運行標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量的對比,標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量可以反映RO膜的整體的污染程度,UF-RO連續(xù)運行78天后標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量由0.13m3/h下降至0.10m3/h,衰減率約10%/月,多介質(zhì)過濾器-RO的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量的衰減率約20%/月,說明UF-RO的運行性能比多介質(zhì)過濾器-RO更加穩(wěn)定。

污水處理設(shè)備__全康環(huán)保QKEP

2.3 RO運行性能小結(jié)

UF-RO和多介質(zhì)過濾器-RO都發(fā)生了輕度的無機結(jié)垢,標(biāo)準(zhǔn)化脫鹽率由99.2%下降至99.0%。多介質(zhì)過濾器+RO發(fā)生了嚴(yán)重的生物污染,標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量的衰減率為20%/月,而UF+RO標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)水量的衰減率為10%/月。UF作為RO膜預(yù)處理在抑制RO生物污染方面的優(yōu)勢在中試得到驗證,UF-RO的運行性能比多介質(zhì)過濾器-RO更加穩(wěn)定。

結(jié)論

多介質(zhì)過濾器+RO和UF+RO回用城市污水處理廠二級出水的中試運行水質(zhì)對比結(jié)果顯示:主要營養(yǎng)物指標(biāo)(NH3-N、TP),及影響RO有機污染程度的重要有機物指標(biāo)(TOC、蛋白質(zhì)、多糖類)的去除效果上,UF與多介質(zhì)過濾器相當(dāng),無明顯差異;但在與RO生物污染密切相關(guān)的一些指標(biāo)(ATP),UF體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢;同時,UF出水的SDI值也顯著較低。因此,由水質(zhì)結(jié)果的對比可以認(rèn)為UF相比多介質(zhì)過濾器,能更有效抑制RO生物污染趨勢的發(fā)展。另一方面,根據(jù)兩套中試的平行運行結(jié)果,對于主要反映 RO生物污染狀況的膜壓差增長趨勢,相比以UF作為前處理的RO膜系統(tǒng),以多介質(zhì)過濾器作為前處理的RO膜系統(tǒng)的壓差增長更為劇烈,RO產(chǎn)水能力的衰減速率也更高,即驗證了UF相對于多介質(zhì)過濾器在控制RO生物污染方面具備顯著的優(yōu)勢。所以,相比于傳統(tǒng)的多介質(zhì)過濾器處理方式,UF作為RO膜預(yù)處理可以降低RO膜的清洗頻率,保證RO膜的穩(wěn)定運行。

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