超濾-反滲透集成膜技術(shù)處理酒精廢水的研究

酒精廢水是一種高度有機(jī)的廢水，具有高cod濃度、高硫含量、高溫度和低ph值的特點(diǎn)。目前,我國(guó)一般采用厭氧(厭氧消化、UASB工藝、厭氧接觸工藝)+好氧(SBR工藝、接觸氧化工藝)處理使其達(dá)標(biāo)排放。隨著國(guó)家對(duì)酒精行業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,低運(yùn)行成本和綠色環(huán)保型循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需求,如何有效地轉(zhuǎn)化現(xiàn)有的廢水資源,變廢為寶,是當(dāng)前酒精行業(yè)需要解決的問(wèn)題。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮和純化等功能,又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾以及過(guò)程簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制等特性,已廣泛應(yīng)用于水處理、電子、食品、環(huán)保、化工等領(lǐng)域。本研究采用超濾-反滲透集成膜技術(shù)對(duì)酒精廢水二級(jí)生化出水進(jìn)行深度處理,使膜系統(tǒng)產(chǎn)水回用作鍋爐補(bǔ)充水。采用該集成膜技術(shù)回用酒精廢水,不僅可以實(shí)現(xiàn)酒精廢水末端削減的目標(biāo),又可以提高水的循環(huán)利用率,節(jié)約大量水資源,具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1實(shí)驗(yàn)部分1.1廢水的來(lái)源和水質(zhì)實(shí)驗(yàn)在河南省某大型酒精企業(yè)污水處理站進(jìn)行,廢水取自該企業(yè)酒精廢水經(jīng)二級(jí)生化處理后的出水,其水質(zhì)如表1所示。1.2超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)es和聚偏氟化乙烯法本研究選用某公司的實(shí)驗(yàn)室用膜裝置,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要更換不同的膜組件,其裝置流程如圖1所示。超濾膜分別采用聚砜(PS)、聚醚砜(PES)和聚偏氟化乙烯(PVDF)超濾膜組件,截留分子量分別為50ku、50ku和45ku,反滲透膜采用低壓芳香聚酰胺膜反滲透膜組件。將酒精廢水生化處理結(jié)合混凝過(guò)濾處理后出水作為超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)的進(jìn)水,由進(jìn)液泵從原水箱輸送至超濾膜組件,透過(guò)液收集后作為反滲透的優(yōu)質(zhì)進(jìn)水,濃水回到原水箱循環(huán)處理。反滲透進(jìn)水經(jīng)進(jìn)液泵輸送至反滲透膜組件進(jìn)行除鹽處理,濃水回到原水箱循環(huán)處理。1.3反滲透膜清洗實(shí)驗(yàn)廢水超濾實(shí)驗(yàn):采用3種不同超濾膜組件分別運(yùn)行超濾裝置120min,測(cè)定各超濾產(chǎn)水COD、濁度和電導(dǎo)率。超濾-反滲透膜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn):結(jié)合廢水超濾實(shí)驗(yàn)確定了最佳超濾膜組件,檢測(cè)超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)進(jìn)水、出水的COD和電導(dǎo)率,考察該系統(tǒng)對(duì)廢水污染物的去除效果。反滲透膜清洗實(shí)驗(yàn):采用清水清洗、酸洗(0.1%HCl)+堿洗(0.1%NaOH)、堿洗(0.1%NaOH)+酸洗(0.1%HCl)3種不同清洗方式以低流速、低壓力進(jìn)行反滲透膜清洗,清洗完畢后測(cè)定其膜通量。COD:采用WXJ-Ⅲ微波閉式消解儀器測(cè)定;濁度:采用WGZ-1濁度儀測(cè)定;電導(dǎo)率:采用雷磁DDS-11C型電導(dǎo)率儀測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1種超濾膜對(duì)cod、pvdf的去除效果超濾作為反滲透的預(yù)處理,分別采用3種超濾膜對(duì)廢水COD、濁度和鹽類物質(zhì)進(jìn)行去除,其去除效果如圖2所示。3種超濾膜對(duì)COD的去除率均處于26%~38%之間,主要由超濾孔的篩分作用以及超濾表面形成的凝膠層的吸附作用去除廢水中懸浮物和膠體。超濾具有良好的除濁功能,3種超濾膜對(duì)濁度的去除率均達(dá)到97%以上,其產(chǎn)水濁度小于0.1NTU。超濾幾乎對(duì)鹽類物質(zhì)無(wú)截留作用,電導(dǎo)率作為表征指標(biāo)真實(shí)反映了廢水中鹽類物質(zhì)的去除情況。這是由于超濾的篩分作用完全取決于自身的孔徑大小,超濾膜主要用于分離大分子物質(zhì),能有效截留無(wú)機(jī)顆粒物及膠體等,分子量較小的可溶性有機(jī)物和鹽類物質(zhì)則與水分子一同透過(guò)超濾膜。從圖2中還可知,聚醚砜(PES)超濾膜較其他兩種超濾膜對(duì)廢水COD、鹽類物質(zhì)去除效果較好。有研究表明PS超濾膜的孔形比較規(guī)則,孔徑分布比較窄,發(fā)生膜表面污染的機(jī)會(huì)比較大,易造成膜孔密度減小;PES超濾膜孔徑分布居中,其孔形不太規(guī)則,造成的膜孔密度減小速率較慢;PVDF超濾膜孔形不太規(guī)則,膜孔內(nèi)污染會(huì)比較嚴(yán)重,從而造成膜孔密度減小嚴(yán)重。因此,后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用PES超濾膜不僅能去除廢水中懸浮物和膠體,而且具有一定的抗污染特性,從而提高反滲透進(jìn)水水質(zhì)。2.2超濾-反滲透集成膜對(duì)排鹽廢水的處理效果(1)對(duì)廢水COD的去除效果。超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)對(duì)廢水COD的去除效果,見(jiàn)圖3。進(jìn)水COD濃度為26.23~50.82mg/L,超濾產(chǎn)水COD濃度24.26~40.16mg/L,平均去除率達(dá)到36.76%;再經(jīng)反滲透處理產(chǎn)水COD濃度為6.56~14.08mg/L,平均去除率達(dá)到77.22%?？梢?jiàn),該系統(tǒng)對(duì)廢水COD去除效果較顯著,這是由于原水經(jīng)過(guò)超濾篩分作用后,其超濾產(chǎn)水COD由溶解性小分子有機(jī)物引起,而反滲透膜自身具備超細(xì)孔徑(<0.1nm),可達(dá)到進(jìn)一步削減有機(jī)物的目的。(2)對(duì)廢水鹽類物質(zhì)的去除效果。超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)對(duì)鹽類物質(zhì)的去除效果,見(jiàn)圖4。進(jìn)水電導(dǎo)率為3300~3500μS/cm,經(jīng)超濾處理后電導(dǎo)率略為下降,平均去除率僅為5.68%,可見(jiàn),超濾對(duì)鹽類物質(zhì)幾乎不起截留作用,驗(yàn)證了廢水超濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。反滲透對(duì)鹽類物質(zhì)去除效果顯著,膜系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率為60~120μS/cm,平均去除率達(dá)到97.25%。這主要由反滲透膜超細(xì)孔徑(<0.1nm)的截留作用決定。(3)超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)。該系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)及工業(yè)鍋爐水質(zhì)見(jiàn)表2所示。由表2可知,超濾-反滲透集成膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)與《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB/T1576-2008)對(duì)比,該系統(tǒng)產(chǎn)水濁度、硬度、總鐵均小于0.1NTU、0.03mmol/L和0.03mg/L,電導(dǎo)率處于60~120μS/cm之間,滿足低壓鍋爐給水標(biāo)準(zhǔn),但pH值略低于該標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良,可直接作為鍋爐補(bǔ)充水,在該系統(tǒng)后增設(shè)一套混床除鹽設(shè)備和pH加氨調(diào)節(jié)設(shè)備,即可將除鹽水進(jìn)一步脫鹽后作為企業(yè)中高壓鍋爐給水。2.3膜法水處理廢水實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)中反滲透膜純水膜通量(25℃,0.5MPa)為25L/(m2·h),廢水膜通量為20L/(m2·h),可見(jiàn),在廢水實(shí)驗(yàn)中,由于濃差極化和膜污染層的存在,膜的廢水通量小于純水通量。長(zhǎng)期運(yùn)行條件下,膜表面和膜孔徑內(nèi)難以去除的污染物積累到一定程度,需要通過(guò)膜清洗來(lái)清除膜污染、恢復(fù)膜性能。由圖5可知:凈水清洗這種物理清洗方式能有限地恢復(fù)膜通量,而酸洗+堿洗組合化學(xué)清洗方式較堿洗+酸洗清洗方式更利于膜通量恢復(fù),其廢水膜通量可恢復(fù)至新膜廢水通量的93.75%。3膜的清洗及膜通量(1)采用聚砜(PS)、聚醚砜(PES)和聚偏氟化乙烯(PVDF)超濾膜分別作為反滲透的預(yù)處理,聚醚砜(PES)超濾膜較其它兩種超濾膜對(duì)COD、鹽類物質(zhì)去除效果較好;3種超濾膜對(duì)濁度的去除效果均顯著,其產(chǎn)水濁度<0.1NTU,可提高反滲透進(jìn)水水質(zhì)。(2)利用凈水清洗、酸洗+堿洗、堿洗+酸洗清洗方式對(duì)反滲透膜進(jìn)行清洗,酸洗+堿洗組合清洗方式較其它兩種清洗方式能