超滤反渗透双膜系统浓水深度处理.docx
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超滤反渗透双膜系统浓水深度处理
超滤-反渗透双膜系统浓水深度处理
超滤-反渗透双膜系统浓水深度
处理技术研究
ResearchontheDeepTreatmentfortheConcentratedWaterofUltrafiltration-ReverseOsmosisDoubleembraneSystem
杨柳青
摘要:
近几年来,国家对环保要求越来越高,对石化企业外排水的排放标准有了明确规定,要求外排水量进一步减小,甚至要做到接近零排放,提高水的回用率成为当今的研究热点。
越来越多的炼厂采用超滤-反渗透双膜法来处理炼厂含油废水进行回用,以减小外排水量。
但超滤-反渗透双膜法仅能产生大约40-50%的回用净水,剩余的50-60%
的浓水仍然需要进一步处理以达到外排标准。
本文以胜利油田石化总厂的超滤-反渗透双膜系统浓水为研究对象,利用膜蒸馏来进行处理,获得更多的回用净水,从而提高整个水处理系统的回用率。
同时还利用化学氧化的方法对超滤-反渗透水和膜蒸馏浓水进行深度处理降低其COD值达到外排标准
1究背景及意义
程中,与温度较高的待处理液直接接触的一侧膜面通常称为热侧,而与冷的水溶液直接或间接相接触的膜面一侧被叫做冷侧。
膜蒸馏的整个过程既是待处理溶液经加热至一定温度后,待处理液中易挥发的成分汽化,蒸汽通过疏水性微孔膜进入膜的冷侧,经过不同的冷凝方式变成液体,待处理溶液中的其他成分则不能通过微孔膜而被留在膜冷侧然后返回至料液,从而分离或者将混合物提纯。
在膜的冷侧,将蒸汽冷凝为液体的方式各有不同,可根据冷凝方式将膜蒸馏分为四类:
直接接触式膜蒸馏(DCMD)、减压膜蒸馏(VMD)、气扫式膜蒸馏(SGMD)及空气隙膜蒸馏(AGMD)。
馏必须要有两个条件才能保证其过程的运行,一是膜蒸馏的膜为疏水性微孔膜,只有蒸汽才可以通过;二是膜的两侧要存在一定的温度差,以提供传质传热所需的推动力。
膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜,孔径一般在0.2~0.4m,主要有聚偏氟乙烯(PVDF),聚四氟乙烯(PTFE),聚丙烯(PP)及聚乙烯(PE),其中PTFE膜的疏水性最好。
膜蒸馏过程中质量和热量同时进行传递,其中由膜两侧溶液温差及压差等引起的蒸汽压差为传质的推动力。
膜蒸馏[14-16]的传质过程主要为:
水先由原料液扩散到热侧的膜表面,然后达到一定温度时,在膜热侧的表面处汽化,最重要的一步是汽化产生的蒸汽经疏水性膜的微孔传递到膜的冷侧,最后在膜的冷侧面水蒸汽以不同方式冷凝成水。
膜蒸馏的传热过程类似于传质过程,热量先由料液主体传递到热侧膜面,然后一部分的热量要提供水在热侧膜面处汽化时所需的汽化热,接着热量随着蒸汽从热侧膜面传递到膜的另一侧,然后水蒸汽冷凝时再放出汽化热,最终热量会从冷侧膜面传递到冷凝水。
2.3膜蒸馏的性能参数
在膜蒸馏过程中,截留率、膜通量和热效率是主要的性能参数,也是实验室中应该着重考察的方面
2.3.1截留率
截留率是非挥发性溶质水溶液的分离性能参数。
理论上讲,膜蒸馏所用的膜为疏水性微孔膜,其截留率比其它膜分离过程的截留率要高,其不挥发性溶质的截留率应该是100%。
但实际中由于膜本身或膜组件的某些缺点,截留率可能达不到100%,因此研究膜蒸馏的截留率的大小对膜蒸馏性能评价有重要的作用。
2.3.2膜通量
膜通量是评价膜蒸馏性能的一个重要指标,它是指单位时间单位膜面积通过的液体的质量,膜蒸馏过程的膜通量通常相对比较小,膜通量的影响因素主要包括以下几个:
a.进料温度,即膜面热侧的溶液温度。
通常,膜通量随着溶液的进料温度的提高或者膜两侧表面处的温度差的提高,都有明显的提高。
进料温度是影响通量的最主要因素。
b.蒸汽压差,增加两侧的蒸气压差,膜通量会有所增加,且两者呈线性关系。
在减压膜蒸馏中,提高膜冷侧的真空度,膜通量也随着增加。
c.进料速度,增加料液的流量(即提高料液速度)及冷却水的流量均可使膜通量增加,但是影响的程度较小。
d.膜蒸馏过程的运行时间,随着膜蒸馏过程时间的延长,通量会逐步地减小。
主要是因为长时间的运转会致使膜孔被浸润及膜污染,使得通量下降。
另外,影响膜通量的因素还包括膜的内部结构,如膜孔径、孔隙率、膜厚及膜孔的弯曲因子等,膜孔径增大,膜通量提高,但当膜孔径增加到一定程度后,反而对通量的影响减小;孔隙率越大,膜通量增大;膜的厚度越大,膜蒸馏的通量反而越小;膜孔的弯曲因子大,膜通量减小
2.3.3热效率
膜蒸馏过程是物理过程,即是一种相变的过程,该过程中有一定的热能消耗。
因此热效率的大小会给膜蒸馏在实际应用中造成一定的影响。
适当地增大膜孔径和孔隙率,降低膜孔弯曲因子,均会提高热效率。
另外,一般情况下热效率随料液温度的升高有所提高。
在实验室操作中,热效率的计算相对较少。
2.4膜蒸馏的应用
近年来,膜蒸馏技术在国内得到了广泛的应用。
部分学者对膜蒸馏进行了理论研究,对其内部传质传热机理及操作条件对它们的影响等进行深入研究。
如王楠人用聚四氟乙烯平面膜研究膜孔径的分布对于直接接触式膜蒸馏传质速率的影响;高振等人对真空膜蒸馏过程的影响因素进行了研究;杨兰曾考察了操作条件对膜渗透性能影响。
闫建民、马润宇对其传递过程进行了深度研究;刘殿忠等人也对操作条件及因素对传质传热过程进行了研究。
更多的学者研究膜蒸馏技术在实际的生产应用中的效果。
据文献分析,膜蒸馏技术在海水淡化中发挥了重要作用,且在含醛、酚等废水处理,炼油污水深度处理等方面均有很好的效果。
2.5膜蒸馏的特点
膜蒸馏技术具有以下优点:
一是膜蒸馏过程在常压下即可进行,设备简单,操作方便;二是膜蒸馏过程中热侧料液温度不需要达到挥发性物质的沸点,只要膜两侧维持适当的温度差,该过程便可以运行,所需要的能量小,可以利用太阳能、地热、温泉和工厂的余热等廉价能源;三是适用范围较广,可用于处理多种高浓度工业废水;四是膜蒸馏过程中,由于只有水蒸气透过膜孔,因此所产生的水质十分纯净,高于反渗透出水水质。
五是膜蒸馏组件比较容易设计成潜热回收的形式,能耗小,并具有以高效的小型膜组件来构成大规模生产体系的灵活性。
但是膜蒸馏的热效率较低,这是由于膜蒸馏是一个相变的过程,传热中包括了汽化潜热,因此降低了热能的利用率。
另外,膜材料的发展制约了膜蒸馏技术的发展。
适用
于膜蒸馏的疏水性微孔膜种类较少,膜材料的价格较高,膜污染与膜再生问题等都影响了膜蒸馏技术的工业化应用。
3化学氧化
污水的处理通常包括一级处理,通常为物理沉降;二级处理,主要为絮凝、生物降解法等;三级处理包括膜分离技术等。
一些有机物质性质非常稳定,难以降解,因此需要进行高级氧化处理。
高级氧化是最近发展起来的一种化学氧化技术,能有效处理废水中的有机污染物,降低废水的COD值,特别是能够高效分解水中剧毒物质如氰化物和氨氮。
它的基本原理为氧化有机物时能产生·OH自由基,·OH自由基的氧化性强,作为中间产物诱发链反应,能将废水中的有机物短时间内分解,生成CO2和H2O,不会带来二次污染。
它可以是一种方法进行单独处理,也可以与其他的处理过程一起,处理效果更佳。
常见的高级氧化法包括Fenton试剂法、超声声化法、O3/H2O2、UV/H2O2、湿式氧化法、V/TiO2/H2O2、活性炭/H2O2等方法。
处理的对象主要包括硫化物、酚类、氰化物、染料及中间体、农药废水及其他种类的废水,其处理效果通常表现为COD值、TOC值、硬度和电导率等指标的降低。
4课题的研究思路与主要内容
随着国家水资源的进一步紧缺,回用水的量也需加大,这就导致外排水量进一步减小,甚至要做到接近零排放,这也需要对外排水进一步处理,产生更多的回用水。
越来越多的炼厂采用超滤-反渗透双膜法来处理炼厂含油废水进行回用,以减小外排水量。
但超滤-反渗透双膜法仅能产生大约40-50%的回用净水,剩余的50-60%的浓水仍然需要进一步处理以达到外排标准。
因此,需改用适应于污水处理的新的膜技术产生回用水。
另外,浓水的COD也较高,不能直接排放,也不能回到生化系统继续处理,所以,采用其他技术降低浓水的
COD值也势在必行。
因此,为了提高回用水系统的产水率,并克服膜分离过程的不足之处,需要对超滤-反渗透双膜系统浓水深度处理技术进行研究。
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- 超滤 反渗透 系统 水深 处理