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管式膜超濾 - 納濾聯(lián)合法處理糖精鈉生產(chǎn)廢水

發(fā)布時間：2019/10/30 9:36:58     瀏覽次數(shù)：725

糖精鈉生產(chǎn)廢水具有高含鹽量、高COD 等特點，難以直接進行生化處理。廢水中無機鹽成分主要為硫酸鈉和氯化鈉混合物，難以直接回收利用，若將硫酸鈉和氯化鈉分離，得到純度較高的氯化鈉溶液，可進一步通過膜電解等方法制備酸堿溶液或通過結(jié)晶法回收，進而實現(xiàn)再利用，同時可以滿足部分地區(qū)廢水排放中關(guān)于鹽的指標要求。盡管已有許多關(guān)于糖精鈉廢水處理的相關(guān)研究報道，但大多側(cè)重廢水中COD 的去除[1-3]。
納濾是離子分離的重要手段之一，適合型號的納濾膜可以實現(xiàn)硫酸根離子和氯離子的有效分離[4,5]，但納濾對進水水質(zhì)要求較高，所以需要對進水前處理。超濾能夠有效去除懸浮物、膠體等機械性雜質(zhì)，常作為納濾或者反滲透的前處理方法。由于糖精鈉廢水中鹽和有機物含量均較高，因此膜污染傾向較高。管式膜具有流道寬、不易污染、易于清洗等特點，因此相對于其他結(jié)構(gòu)膜，管式膜更適用于處理高濃度廢水。本研究設(shè)計了管式膜超濾- 納濾聯(lián)合法的處理工藝，考察了不同條件下超濾及納濾的膜通量及出水水質(zhì)，重點考察了納濾對硫酸鈉和氯化鈉的分離效果。
2 管式膜超濾-納濾聯(lián)合法處理工藝
2.1 工藝流程說明
原水由供水泵進入管式膜超濾；去除水中的膠體、懸浮物、機械性雜質(zhì)，然后進入中間罐；再由高壓泵增壓后，進入納濾膜，硫酸鈉被截留；氯化鈉透過納濾膜，形成純度較高的氯化鈉溶液。
2.2 實驗材料及儀器
測試所需試劑均為分析純。管式超濾膜為天津海普爾膜科技有限公司產(chǎn)品，型號T8-2-075；納濾膜為陶氏NF270。COD分析采用COD 分析儀(DR6000，Hach)，通過快速消解分光光度法(HJ/T399-2007) 對廢水中的COD 含量進行測試；色度測試采用色度測試儀(HI96727，Hanna)；TDS 測試采用TDS 測試筆
(XMTDS01YM，Mi)；濁度測試采用濁度儀(2100Q，Hach)；Cl?、 SO 2?  濃度測定采用離子色譜儀(ICS-1100)。
2.3 試驗結(jié)果與分析
2.3.1 管式超濾膜水通量
超濾初始通量約310L/m2·h，由于每次運行30min 即可滿足納濾用水，因此為間歇運行，隨運行積累時間增加至10h，通量下降至240L/m2·h(圖1)，30h 以后下降至130L/m2·h，考慮通量下降原因為設(shè)備未運行期間膜表面對糖精鈉廢水中的有機物的吸附所致。為考察連續(xù)運行情況下通量情況，連續(xù)運行管式超濾膜設(shè)備(2 次，每次8h) 并監(jiān)測了通量情況，每次設(shè)備運行初始2h 由于設(shè)備內(nèi)廢水溫度會有所上升，因此水通量隨溫度上高有一定升高，溫度穩(wěn)定后通量基本穩(wěn)定。
 
2.3.2 納濾出水通量
納濾出水隨運行時間呈規(guī)律性下降(圖2)，主要原因是隨著運行時間增長料液中的離子濃度(特別是硫酸根離子) 升高，滲透壓增大。設(shè)備運行60h 并用自來水清洗管路及膜組件后，通量基本恢復(fù)至初始通量，說明膜污染不嚴重且可逆。
 
2.3.3 出水水質(zhì)
表1 列出了原液、超濾出水、納濾出水的水質(zhì)參數(shù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出，超濾和納濾對COD 去除率不高，考慮主要是由于COD 主要來源于小分子有機化合物，而超濾膜孔徑約幾十個納米，難以對小分子有機物有截留作用，而納濾對COD 的低去除率表明有機物分子量很低，考慮這主要是糖精鈉生產(chǎn)廢水的有機物殘留多為分子量100 左右的中間體。

濁度方面，超濾可以有效降低出水的濁度，納濾可以進一步降低出水濁度，但仍大于理想指標(如陶氏超濾膜的出水濁度可以達到0.1 NTU 以下)，因此，考慮濁度主要有兩部分來源，其一是顆粒物產(chǎn)生的濁度，這一部分可以由超濾去除，其二是有機物組分聚集后對濁度的貢獻，而有機物的聚集是可逆的，可能發(fā)生以分子態(tài)或納米聚集態(tài)的形式透過超濾膜甚至是納濾膜，然后再發(fā)生聚集，因此這部分濁度難以去除。
色度方面，超濾對色度降低幾乎沒有貢獻，而納濾可以很大程度降低色度，因此考慮色度的貢獻主要來自較大分子量的物質(zhì)，但納濾出水色度值仍較高，所以小分子有機物組分對色度的貢獻也不可忽略。由于TDS 的主要貢獻來自氯化鈉和硫酸鈉，而超濾對兩種無機鹽沒有截留作用，因此超濾出水較原液沒有明顯變化；納濾出水的TDS 較超濾出水有一定降低，考慮為納濾對硫酸鈉的截留導(dǎo)致。
2.3.4 納濾分鹽結(jié)果
表2 列出了納濾操作中原液、納濾出水以及濃水的Cl? 和 SO 2? 濃度。從表2 數(shù)據(jù)中可以看出，濃縮2 倍條件下，納濾對 SO 2? 呈現(xiàn)良好的截留，不同壓力下出水的SO 2? 濃度均小于3g/L，表2 列出了納濾操作中原液、納濾出水以及濃水的Cl? 和 SO 2? 濃度。從表2 數(shù)據(jù)中可以看出，濃縮2 倍條件下，納濾對 SO 2? 呈現(xiàn)良好的截留，不同壓力下出水的SO 2? 濃度均小于3g/L，且截留率在90% 以上；另一方面，納濾出水的Cl濃度大于原液和濃水中的Cl? 濃度，即對Cl? 呈現(xiàn)“負截留”，這種情況對降低水的滲透壓以及進而增大濃縮倍數(shù)具有正面作用，相同的狀況在納濾分離混合鹽的研究中也有報道[4,6-8]。因此，納濾對Cl?和SO 2? 分離效果良好。

3 結(jié)語
管式膜超濾結(jié)合納濾在處理糖精鈉廢水過程中膜通量穩(wěn)定且膜污染不嚴重。但由于廢水中小分子有機物組分的存在，目前的膜過濾法對COD 和色度的去除不夠理想，進一步考慮考慮結(jié)合前處理過程降低以上兩個指標。