（环境工程专业论文）反渗透膜处理包钢总排废水的预处理试验研究.pdf

内蒙古科技大学硕士学位论文 摘要 包钢总排汇集大量的污水，用膜分离技术将该废水处理并补给生产用水系统，意 义重大。膜污染是反渗透技术应用中所面临的重要问题，它不仅直接影响膜的高效连 续运行，还会增加运行费用，缩短膜的使用寿命。要使膜组件能够长期稳定的运行， 就必须根据废水的水质情况，制定出合理的预处理方案。基于此，本文开展了包钢总 排反渗透膜的预处理试验研究。 根据包钢总排水质分析表明，悬浮物、浊度含量较高，c o d 、总铁也超过了反渗 透允许值。所以，确定了以溶气气浮双介质过滤活性炭过滤超滤为主的技术路线来 处理该废水。本文首先研究了溶气气浮系统，结果表明，当混凝剂p a c 投加量为 4 0 m g l ，溶气回流比r 为1 0 ，溶气水压力p 为0 3 5 m p a 时处理效果较好；其次， 通过预处理工艺的试验研究，确定了过滤工艺的滤料为石英砂和无烟煤、过滤速度 4 8m s 、反洗强度1 4l s m 2 ，其中试验了石英砂单层过滤和无烟煤石英砂双层过滤 两种预处理方式，并在此基础上提出了优化方案；再次，研究了常规反渗透预处理工 艺和超滤组合预处理工艺对浊度、c o d 、总铁等的去除情况，得出了反渗透膜的最佳 预处理工艺，同时对每个预处理工艺的出水s d i 值进行了监测，以保证满足反渗透进 水要求。通过试验为工程设计提供了工艺参数。 试验结果表明，采用溶气气浮双介质过滤超滤活性炭过滤的预处理工艺效果最 好，出水平均c o d5 1 9m g l ，去除率为9 1 ；出水平均总铁0 0 4 2m g l ，去除率为 9 5 9 ；出水平均浊度o 3 3n t u ，去除率为9 8 8 ；出水s d i 值为1 4 2 。工艺出水完 全可以达到反渗透膜的进水要求，保证反渗透膜的长期安全运行。 关键词：废水处理，试验研究，气浮，过滤 内蒙古科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a g r e a tq u a n t i t yo fs e w a g ei sd i s c h a r g e db yt o t a ld r a i n e ds y s t 锄o fb a og a n ge v e r y d a y i ti s w o r t ht or e u s ei ti l l sp r o d u c t i o nw a t e r , a n du s eo fm e m b r a n et e c h n o l o g yt ot r e a tw a s t e w a t e r m e m b r a n ef o u l i n gi so n eo fb i gp r o b l e mi nt h ea p p l i c a t i o no fm e m b r a n et e c h n o l o g y i no r d e rt o k e e pt h el o n g - t e r ma n ds t a b l er u ne f f e c to fm e m b r a n ep a r t s ，i t sn e c e s s a r yt oa n a l y z et h eq u a l i t y o fw a s t e w a t e r a tt h es a m et i m e ，a c c e p t a b l ep r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yw a sm a d e t h e p r e t r e a t m e n te x p e r i m e n ts t u d yo fr e v e r s eo s m o s i sm e m b r a n ef o rw a s t e w a t e ri nt o t a ld r a i n a g e t r e a t m e n to fb a og a n gw a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h ep a p e r i nt h i sp a p e r , t h eq u a l i t yo fw a s t e w a t e rw a sa n a l y z e d b a s e do nt h er e s u l t so fw a t e rq u a l i t y a n a l y s i s , t o t a ld r a i n e ds y s t e mo fb a og a n gh a sah i g hl e v e lo fs u s p e n d e ds u b s t a n c e 、t u r b i d i t y ： c o d 、f ew e r eo v e r - p r o o f t h e r e f o r e ，d a f ( d i s s o l v e da i rf l o t a t i o n ) 一d m ( d u a l - m e d i a f i l t e r ) - a c ( a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r ) - u f ( u l t r a - f i l t r a t i o n ) w a sa d o p t e dt ot r e a tt h ew a s t e w a t e r t h i sp a p e ri n i t i a l l yo nt h ed i s s o l v e da i rf l o t a t i o ns y s t e m , t e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a l c o n d i t i o ni s c o a g u l a n tp a cd o s a g e s = 4 0 m 儿r e c y c l e f l o wr a t i o = l o ，d i s s o l v e d a i r p r e s s u r e = 0 3 5 m p a s e c o n d l y , t h r o u g ht h ep r e t r e a t m e n tt r i a lw e r es t u d i e dt o d e t e r m i n et h e f i l t r a t i o nm e d i at e c h n o l o g yf o rt h eq u a r t zs a n da n da n t h r a c i t ef i l t r a t i o nr a t eo f4 8m s , a n t i - w a s h i n t e n s i t yo f1 4 l s 。m 乞w h i c ht e s tas i n g l e l a y e rq u a r t zs a n df i l t e ra n da n t h r a c i t e - q u a r t zs a n di n t w od o u b l e f i l t r a t i o np r e - t r e a t m e n tm e t h o d so nt h eb a s i so fa no p t i m i z a t i o np r o g r a m t h i r d , g e n e r a lp r e t r e a t m e n tp r o c e s sa n du f sh y b r i dp r o c e s s e sw e r es t u d i e d t h er e m o v a l so fc a s e a b o u tt u r b i d i t y , c o d ，f ew e r em o n i t o r e d , o b t a i n e dt h eb e s tr e v e r s eo s m o s i sm e m b r a n e p r e t r e a t m e n tp r o c e s s p r e t r e a t m e n tf o re a c hs d i v a l u eo ft h ew a t e rw e r em o n i t o r e dt oe n s u r et h a t m e e tt h er e q u i r e m e n t so fr e v e r s eo s m o s i sw a t e r 1 1 砌l 曲t h et e s tp r o v i d e df o re n g i n e e r i n g d e s i g no fp r o c e s sp a r a m e t e r s i ti sp r o v e dt h a td a f - d m - u f - a ci st h eb e s tp r e t r e a t m e n t i nt h i so p e r a t i n ga n dt e s t c o n d i t i o n s , t h ea v e r a g ec o do fe f f l u e n tw a s5 1 9 m 叽t h ep r o p o r t i o no fr e m o v a lw a s9 1 ； t h ea v e r a g ef eo fe f f l u e n tw a s0 0 4 2m e e t , t h ep r o p o r t i o no fr e m o v a lw a s9 5 9 ；t h ea v e r a g e t u r b i d i t yo fe f f l u e n tw a s0 3 3n t u ，t h ep r o p o r t i o no fr e m o v a lw a s9 8 8 ；t h ea v e r a g es d io f e f f l u e n tw a s1 4 2 t h ee f f l u e n tw a t e re x a m i n e db yt h ea p p a r a t u sr e a c h e dt h er os t a n d a r d s i th a s p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et op r o t e c tr o m e m b r a n eo ft h el o n g - t e r ms a f eo p e r a t i o n k e y w o r d s ：w a s t e w a t e rt r e a t m e n t , s t u d y ，d i s s o l v e da i rf l o t a t i o n ，f i l t r a t i o n 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并 表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 内蒙古科技大学硕士学位论文 引言 包头钢铁( 集团) 责任有限公司是国家“一五”期间建设的1 5 6 个重点项目之一，是 我国重要的钢铁工业基地和最大的稀土工业基地，是内蒙古自治区最大的工业企业，是 用水的大户。为了开发利用包钢总排废水资源，进一步提高包钢生产用水的循环利用率， 建设包钢总排污水深度处理项目势在必行。 包钢总排水汇集了厂区焦化、烧结、炼铁、炼钢等生产单位排放的生产废水和生活 污水，排水中含有大量的s s ，少量油和c o d 等污染物。据包钢给水厂统计，近年来总 排来水量为6 0 0 f f - - 8 0 0 0 r n ，目前总排水采用沉淀+ 砂滤的工艺，出水水质低，仅能满足 一般工业用水的需求。废水回用深度处理是企业实现零排放的必要条件。只有进行深度 处理，降低回用水含盐量，使回用水水质恢复到工业新水水质指标，取代工业新水，才 能真正达到回用目的，可提高企业的经济效益、充分利用水资源并增强对环境的保护等， 具有深远的意义。 膜技术是一种通过特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不 相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来。深度回用 正是可以利用膜技术实现对处理水脱盐，而反渗透水处理技术是当代先进的水处理脱盐 技术，其应用领域广泛，可用于废水的处理。反渗透主要用于污水的深度处理和二级处 理，在深度处理中用反渗透可有效地脱除溶盐及部分有机物，对悬浮物的脱除更彻底， 其出水水质可达饮用水标准。 反渗透膜对进水水质有着严格的要求，进水中的某些悬浮固体、胶体粒子和各种溶 质分子与膜材料间相互作用，而在膜表面或膜孔中吸附、沉积，使膜渗透通量与分离特 性产生不可逆衰减，即膜经反复清洗后通量仍无法恢复，最终产生膜污染，从而降低膜 的使用寿命。所以，膜污染是反渗透应用中最大的制约因素，它不仅增加运行成本，缩 短膜的使用寿命，还直接影响膜的高效连续运行。反渗透膜从一开始运行就产生污染， 但只有达到一定程度才表现出来，此时必须对膜元件进行清洗。清洗频繁会增加操作费 用以及缩短反渗透膜的使用寿命。 因此，用户必须根据水源的特点选择合理的反渗透预处理工艺，才能使反渗透装置 长期安全的运行。实践表明，预处理工艺的好坏直接影响反渗透运行的成败。探索一种 既能保证水质目标，又能尽最大可能减轻膜污染的预处理流程，这对于工程的设计和运 行具有理论和实用价值。 内蒙古科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 中国的水资源和水环境现状 我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资 源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米， 仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个人均水资 源最贫乏的国家之一l 。 扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的 淡水资源量则更少，仅为11 0 0 0 亿立方米左右，人均可利用水资源量约为9 0 0 立方米， 并且其分布极不均衡【2 1 ，到2 0 世纪末，全国6 0 0 多座城市中，已有4 0 0 多个城市存 在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达1 1 0 个，全国城市缺水总量为6 0 亿立 方米。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加 重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺 的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市 居民的饮水安全和人民群众的健康。水利部预测【3 1 ，2 0 3 0 年中国人口将达到1 6 亿， 届时人均水资源量仅有1 7 5 0 立方米。在充分考虑节水的情况下，预计用水总量为7 0 0 0 亿至8 0 0 0 亿立方米，要求供水能力比现在增长1 3 0 0 亿至2 3 0 0 亿立方米，全国实际 可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。 虽然近年来展开节约用水，但各地用水量增势强劲，加剧了水资源问题的严重性， 并且我国水资源恶化的趋势没有得到有效的遏制，全国水土流失面积3 6 7 x 1 0 4 k m 2 ， 占国土面积的3 8 i 钔。根据2 0 0 6 年中国环境年鉴统计1 5 1 ，中国全国污水排放总 量为4 1 5 x 1 0 8 m 3 ( 其中c o d 排放量1 4 4 5 x 1 0 4 t ) ，工业废水排放量1 9 4 x 1 0 8 m 3 ( c o d 排放 量7 0 5 x 1 0 4 t ) ，城市生活污水排放量2 2 1 x 1 0 8 m 3 ( c o d 排放量7 4 0 x 1 0 4 t ) 。据中国水资源 公告提供资料l q ，2 0 0 6 年全国废水排放量6 2 6 1 0 8 m 3 ( 不包括火电直流冷却水) ，其中 工业废水占6 2 ，生活污水占3 8 ；对全国1 2 1 万多公里河流进行水质评价结果， i 类水河长占7 8 ，i i 类水河长占2 7 6 ，i i i 类水河长占2 8 8 ，i v 类水河长占7 8 ， 劣v 类水河长占1 6 6 ；2 0 0 7 年，全国工业废水和城镇生活污水总排放量为 4 6 0 x 1 0 8 m 3 ，排放化学需氧量1 3 4 2 7 x 1 0 4 t ，其中工业污水排放量为2 1 2 4 x 1 0 8 m 3 ，占 总量的4 6 2 ；c o d 排放量为5 2 1 x 1 0 4 t ，占总量的3 8 4 。从以上资料可以看出工业 污水排放量占相当大比例，进一步加剧了水资源紧张的矛盾。 2 内蒙古科技大学硕士学位论文 1 2 中国钢铁企业水资源利用现状 在众多的工业部门中钢铁冶金工业占据重要地位，即是用水大户，又是主要的环 境污染源。要实现钢铁工业的可持续发展，必须从战略的高度出发，节约用水，提高 用水效率。2 0 世纪以来，随着工艺、装备和技术水平的提高，我国钢铁工业在节水 方面已经取得显著进步，用水和排水形式逐步好转，因此，近年来随着钢产量的逐年 增加，钢铁行业的取水量却逐年减少，并呈现负增长的可喜局面m 。2 0 0 5 年钢铁全行 业年取新水总量在3 4 亿m 3 左右，吨钢取新水和吨钢外排水分别为1 1 1 5m 3 和6 0m 3 ， 2 0 0 5 年全国大型钢铁企业( 年产钢大于6 0 0 万吨) 平均吨钢耗新水量达到6 5 6m 3 t ， 2 0 0 7 年全国钢铁企业吨钢用水量约为5 6 4m 3 t i 剐。以上数据表明，自2 0 0 0 以来全国 钢铁企业节水水平显著提高，改善用水水质、优化循环水系统、改进用水设施、提高 循环水技术水平和水重复利用率等措施，使我国钢铁工业的水资源利用状况正逐步趋 于合理化，吨钢新水量逐年降低。 但是，国内大中型钢铁企业与国外先进水平相比，仍然存在一定差距。目前，国 外先进钢铁企业吨钢耗用新水量是：日本鹿岛为2 1m 3 t 、阿萨洛为2 4m 3 t 、德国蒂 森克虏伯为2 6m 3 t 阴。我国除宝钢达到国际先进领先水平外，其他大中型钢铁企业的 节水潜力都有待提高。我国要进一步降低钢铁企业吨钢耗用新水量、提高钢铁企业水 的重复利用率，需要积极推广少用水或不用水的工艺技术装备，并应该强化合理串级 用水以及加强工业污水的综合处理回用。近两年来，国内大型钢铁企业，如首钢、济 钢、太钢、天钢等，均在原有工业污水处理设施的基础上增建了采用双膜法制取脱盐 水回用的水处理设施，对工业污水做进一步深度处理闯。 综上所述，我国钢铁工业在改进钢铁生产工艺、提高管理水平、更新节水理念的 基础上，更需要进一步完善水循环系统，普及先进节水技术，创新串级水使用，引进 废水深度处理技术，扩大废水回用途径，同时有效利用现有的生产废水、雨水和海水 资源，对于改进我国钢铁企业的用水现状也有着很大的现实意义，目前我国许多钢铁 企业并未合理利用自身的废水资源，更没有涉及到雨水和海水资源的处理利用，因此 若能够在这方面进一步努力，对促进我国钢铁企业整体用水水平的提高将具有十分重 要的意义。 上述分析说明，钢铁工业生产用水供需矛盾十分突出，节水工作依然十分艰巨。 针对我国钢铁企业的现状和发展潜力，总结和学习国内外钢铁企业的先进经验，研究 钢铁企业水资源循环利用的先进实用技术，使我国钢铁企业整体吨钢耗新水量逐步达 到国际先进水平，这不仅促进了钢铁工业这一我国国民经济支柱产业的快速发展，对 促进国家经济社会稳定发展也有着十分重要的现实意义。 3 内蒙古科技大学硕士学位论文 1 3 反渗透预处理工艺及技术 r o 系统对进水水质要求较高，如果预处理不当或不够，会发生结垢和膜污染现 象，由于膜占成本投资的2 0 到3 0 ，更换膜大约占运行费用的2 5 到3 0 1 1 1 。在 一定程度上影响了r o 的经济性，限制了r o 的应用领域。预处理技术是影响反渗透 经济性的关键，先进的预处理技术不但可以使反渗透处理的水源更广泛，拓展其应用 的领域，而且能够最大限度地维持产水率和脱盐率，减少清洗次数，从而降低运行成 本。r o 预处理工艺根据是否采用膜系统可分为非常规方法【1 2 1 ，例如微滤和超滤等方 法和常规方法，例如：絮凝、沉淀、过滤、气浮。中空纤维技术与常规工艺相比，具 有标准化设计、无需连续加入化学药品、只需有限劳动力等优点，同时又具有产水质 量高，产水稳定的优点。超滤膜能够产出比常规预处理法质量好得多的进水，而经传 统预处理后得到的水质，受一些特定因素的影响较大，但气浮是水处理中常用的浮 洗方法，又称空气浮选，设备简单，易于实现。 1 3 1 气浮法 根据原水中所含悬浮物的种类、性质、处理效率等，气浮可分为全加压溶气气浮、 部分加压溶气气浮和回流加压溶气气浮三种。 气浮是依靠微小气泡，使其粘附于絮粒上，从而实现絮粒的强制上浮。由于气泡 的比重远远小于水，浮力很大，因此促使絮粒迅速上浮，从而提高了固液分离速度。 经过气浮装置后，原水中的悬浮物、浊度、色度等杂质理论上均可去除8 0 以上，具 体去除率根据不同的操作和水质会有所下降啕。 加压溶气气浮设备是目前应用范围较为广泛的一种气浮设备，其过程是将清水加 压至3 至4 个大气压，同时加入空气，使空气溶解于水，然后骤然减压至常压，溶解 于水的空气以微小气泡的形式，从水中析出，将水中的悬浮物颗粒载浮于水面，从而 实现固液分离。 加压溶气气浮设备主要有空气饱和设备、空气释放及与废水相混合设备、固液 或液液分离设备三部分组成。目前，加压溶气气浮法应用最为广泛，与其他气浮设 备相比，具有以下特剧均： a 在加压条件下，空气溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果。 b 溶入的气体骤然减压释放，产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大，而且 上浮稳定，对液体扰动小，因此特别适用于疏松絮凝体、细小颗粒固液分离。 c 工艺过程及设备比较简单，因此便于管理和维护。 d 特别是部分回流式，处理效果显著、稳定，并能较大地节约能耗。 4 内蒙古科技大学硕士学位论文 气浮的设计和最佳操作仍旧依靠中试及经验。因此有关气浮机理、气浮设备和工艺 组合尚需进一步的研究。我国从2 0 世纪7 0 年代后期便积极开展气浮净水技术的工业设 备研究，2 0 多年来取得了可喜的成蒯1 5 j 。在加压溶气气浮工艺及设备方面，同济大学率 先于1 9 7 8 年研制成功“t s 7 8 型低压溶气释放器。朱锡海研制成功高效无毒的l g i 型气浮剂及其气浮设备。1 9 9 8 年以前所发明的气浮净水装置基本上都是气浮池，而到 1 9 9 9 - - 2 0 0 0 年国内陆续发明了各种各样用于废水处理的气浮机以及气浮柱。例如，王政 研制成功的机械气浮机和机械式气浮水处理装置。丁一刚等研制的处理造纸废水的新型 环保气浮设备填料气浮柱，效果明显优于传统的气浮池，其二次污染面积小，占地面积 小，可大幅减小后续污泥处理设施及相应处理费用。 气浮技术在水处理中的应用作为一种快速、高效的固液分离技术，既适用于给水净 水，又适用于废水的处理；不仅能代替水处理上的沉淀、澄清。而且可作为废水深度处 理的预处理及浓缩污泥之用。对一些沉淀法难以取得良好净化效果的原水的处理，气浮 法效果更好。陆斌等用两级气浮及生物氧化工艺处理高浓度乳化液含油废水，c o d 和油 总去除率分别为9 9 5 和9 9 9 ，各项指标均达到排放标型1 6 1 。丁一刚等用填料气浮柱 处理造纸废水的纸机白水，c o d 、b o d 、s s 的去除率达到8 4 3 、7 9 4 、9 8 ，出水 色度低且清亮透明，可做工艺回水用m 。 气浮法处理废水效果好，所用药剂少，并可回收有用物质。气浮涉及气、液、固 三相体系运动的物理化学过程，应充分应用表面胶体化学和使用现代先进实验仪器分 析研究气浮。针对不同浮选剂、气浮絮体共凝集进行给水、废水和城市生活污水以及 污泥的处理，是气浮进一步的研究方向。 1 3 2 多介质过滤法 在废水处理中，常用过滤处理沉淀或澄清池出水，由于滤料颗粒( 如石英砂、无烟 煤等) 之间存在空隙，原水穿过一定深度的滤层后，水中的悬浮物即被截留，使滤后出 水的浑浊度满足用水的要求；过滤常作为吸附、离子交换、膜分离法等的预处理技术， 使滤后水达到回用的要求嘲。按照滤料层组成的不同，可分为单层滤料、双层滤料和多 层滤料三种。 单层石英砂滤料的优点是投资成本低和运行管理简单，但缺点是截留在滤层中的杂 质分布不均匀、表层最多，越向下部越少，以致运行中的表层水头损失增加速率大，过 滤周期明显缩短，而滤料粒径按照水流方向由小到大排列是造成这一现象主要的原因嗍。 如能使滤料粒径由大到小排列，进行“反粒度”过滤，即过滤水流先经过粗颗粒滤料，再 依次流过粒度更小的滤料，由于滤料颗粒间的孔隙也沿水流方向从大到小递减，这就使 先接触到水的滤层比后接触到水的滤层能多截留悬浮固体，同时由于粗颗粒滤层孔隙大， 5 内蒙古科技大学硕士学位论文 即使在截留部分悬浮固体后，仍能保留一定的孔隙，使水中的悬浮物进入滤层深部，从 而在过滤的水头损失达到最大允许值的时候，整个滤层的截留悬浮固体的能力可以得到 充分的利用，从而使过滤周期延长。 双层滤料罐的工作原理就是“反粒度”过滤，罐的构造与单层滤料罐无大的差别， 差别仅在于滤料组成及排列的改变，双层滤料罐的上层滤料一般用比重小，粒径大的无 烟煤，下层滤料用比重大、粒径小的石英砂，双层滤料中，悬浮物主要截留在孔隙较小 的滤料层中，下层孔隙较小的滤料也可发挥部分作用，滤层在整个深度上的工作状况比 单一的滤料更为均匀，使其具有截污力强、出水水质稳定、滤速高、过滤周期长等优点圈。 压力过滤方式是经常会采用的，其构成为一个承压的钢罐，内部构造与普通快滤池相似。 在压力下工作，允许水头损失可达6 7m ，进水用泵直接抽入，滤后水压较高，可常直 接送到用水装置或水塔中1 2 。压力过滤池能力强，容积小，设备定型、使用的机动性大； 压力滤池分竖式和卧式两种，池内常设无烟煤和石英砂双层滤料，颗粒直径一般采用 0 6 1 0n l l l l ，厚度一般用1 1 1 2m ，滤速为8 1 0m s 或更大吲。 1 3 3 活性炭吸附法 以活性炭为代表的多孔介质吸附工艺可有效地去除色度、浊度和有机污染物。在美 国1 3 的活性炭用于给水净化，活性炭在我国水处理工艺中的应用也较广，当有机物的 尺寸特性与活性炭的孔径分布协调一致时，活性炭才具有较高的吸附性能及有机物去除 率圈。较发达中孔的颗粒活性炭非常适合于水处理，但颗粒活性炭去除有机物的寿命为3 到6 个月，再生较为困难，所以需要对活性炭的前处理进行有效的控制。 活性炭的微孔容积约为0 1 5 0 9t g ，表面积占总表面积的9 5 以上1 2 4 1 。活性炭的 吸附以物理吸附为主，但由于表面氧化物的存在，也进行一些化学选择性吸附。活性炭 是目前废水处理中普遍采用的吸附剂，其中颗粒炭因工艺简单，操作方便，用量最大。 国外使用的粒状炭多为煤质或果壳无定型炭，国内多用柱状煤质炭。 1 3 4 超滤法 超滤技术以其对颗粒、胶体浊度物质、细菌、病毒、寄生虫的优良去除能力而受 n t 广泛的重视，这是常规处理和其他一些深度处理所不能比拟的圈。在废水处理方 面，超滤技术主要应用于工业废水的处理，超纯水和无菌水的制备。在工业废水处理 方面有：染料废水的处理与回用，乳化油的分离浓缩，含原油废水的处理，从洗毛漂 洗水中回收羊毛脂，废水脱色，造纸废水的处理等。纯水制备方面有：电子工业超纯 水的制备，医用无菌水制备( 除病毒、热原和细菌) ，食品工业用水的纯化，海水和 苦咸水淡化的预处理。 6 内蒙古科技大学硕士学位论文 目前所用的超滤膜材料以高分子聚合物为主，这些膜在使用上有一定的限制。近年 开发的无机超滤膜将大大拓宽超滤技术的应用领域圈。虽然超滤对水中的悬浮物和大分 子有机物的去除率都很高，但对低分子量的有机物的去除能力甚微。低分子量的有机物 通常是消毒副产物的前驱物，而且是造成膜污染的主要因素。为了提高超滤对水中天然 有机物的去除效果，并减轻膜污染，一种可行的方法就是通过各种预处理改变水中污染 物的表面性质和存在形态。因此混凝超滤活性炭( p a | c ) 超滤等组合工艺在水处理中 的应用也受到了广泛的重视 2 7 1 。 丹保因等人的试验表明，将混凝作为超滤的预处理，可以有效提高膜过滤的透水通 量且最大透水通量对应混凝的最佳投加量。许多研究者将活性炭与超滤联用，组成吸附 固液分离的工艺流程，这种组合工艺中，溶解性有机物吸附于粉末活性炭，然后被膜截 留，从而提高了有机物去除率。更重要的是，粉末活性炭在一定程度上缓解了膜污染。 1 a 课题来源及意义 1 4 1 课题来源 包钢总排现有污水处理工艺初步解决了达标排放和部分水资源的一般回用，但在 进一步节水减排和高标准深度回用领域尚有潜力可挖。本课题属于包钢( 集团) 公司下 达的重点科研课题“包钢总排水预处理和深度处理实验研究”的子课题。主要研究内容 是为采用以反渗透技术为核心的集成膜工艺来提高污水的利用效率；通过对总排水水 质分析，参照国内外污水进反渗透的深度处理技术的进水水质标准，分析研究适宜的 深度处理工艺，为总排水回用、改善水质、扩大使用范围提供依据，进一步降低吨钢 新水消耗量。 1 4 2 课题意义 本课题针对包钢总排的水质现状，提出合理的反渗透预处理工艺，使出水达到反渗 透膜进水水质标准，总排水通过集中调节、过滤处理后再回用为本厂生产及周边电厂脱 盐水系统，具有重要的意义。 首先，回用水水质恢复到工业新水水质指标，取代工业新水，真正达到回用目的， 提高企业经济效益，推动企业的清洁生产、资源的合理利用，具有显著的经济和社会效 益；其次，在试验中不断优化工艺，确定所用药剂的最佳投加量，工艺的最佳运行参数， 为工程设计提供指导；再次，反渗透预处理工艺的试验研究不但可以提出适合企业的预 处理工艺，而且可以为延长膜的使用寿命、降低反渗透膜受污染的程度提供实践依据。 7 内蒙古科技大学硕士学位论文 2 试验设计 2 1 包钢总排沉淀池出水水质 本中试以包钢总排污水处理中心沉淀池出水或过滤间滤前水作为处理水源，以包 钢给水厂提供的水质较差的2 0 0 6 年1 2 月份总排沉淀池出水水质为设计依据进行初步 方案设计，主要水质指标见表2 1 。 表2 1 总排2 0 0 6 年1 2 月份沉淀池出水水质 由表2 1 所给数据知，总排沉淀池出水具有低c o d 、高悬浮颗粒物、水质波动范 围大的特点。此外，原水含有总铁及部分硬度，均易造成反渗透膜污染。因此，反渗 透预处理工艺应选择有效去除悬浮物、c o d 、浊度、总铁等污染物的单元组合，经预 沉淀、加药沉淀、砂滤等总排工艺单元处理后，可去除大部分悬浮物、浊度、c o d 、 总铁等污染物。 2 2 反渗透进水水质要求 反渗透技术不需要像传统的离子交换那样消耗大量酸碱来再生树脂，不会造成环境 污染，在性能、经济性和环保各方面都具有很大的优越性圈。近年来反渗透技术得到了 很大发展，许多新型的膜相继开发，应用领域也不断拓展。但是，目前的反渗透膜尚不 能对给水直接进行处理，给水中的各种成分会损害和影响其性能和使用时间。只有对给 水加以适当处理，满足一定的进水条件，才能保证系统长期高效地稳定运行。预处理的 目的是要防止反渗透膜被污染阻塞和水中氧化剂及酸碱对膜造成的化学损害例。反渗透 膜对进水水质严格要求是为了： ( 1 ) 防止膜表面污染，即防止悬浮杂质、微生物、胶体物质等附着在膜表面上或污 堵膜元件的水流通道。 ( 2 ) 防止膜表面结垢。在反渗透运行中，由于水的浓缩，有一些难溶盐如c a c 0 3 、 c a s 0 4 、b a s 0 4 、c a f 2 等沉积在膜表面上，因此要防止这些难溶盐生成。此外，有些物质 或粒子或被氧化或被生物利用，生成沉淀，如：铁颗粒或铁离子。 ( 3 ) 确保膜免受机械和化学损伤，以确保反渗透膜良好的性能和足够长的使用寿命。 8 内蒙古科技大学硕士学位论文 根据本次试验反渗透膜选用的厂家，反渗透进水标准采用海德能公司反渗透设计 导则提供的标准，见表2 2 。反渗透以浊度和s d i 值为主要控制目标。 表2 2 美国海德能公司反渗透设计导则阁 序号 项目 指标 1 污染指数，s d i l 5 4 2浊度，n t u 1 0 3 t o c ，p p masc10 4 b o d ，p p m a s0 2 ( 估算为t o c x 2 6 ) 2 6 5 c o d ，p p m a s0 2 ( 估算为t o c x3 6)36 6温度，01-45 7 总铁，m g l 0 1 2 3 试验装置 根据总排水质分析，对反渗透膜造成污染的物质有s s 、c o d 、总铁等，并且对 浊度、s d i 的数值也有严格要求。考虑到总排来水浊度大、色度大的特点，考虑选用 气浮作为总排预处理的增强设备；同时为了进一步降低浊度和总铁等污染物，考虑采 用过滤法，其中用到的设备包括：单介质过滤器、双介质过滤器、活性炭过滤器；超 滤作为一种高效的过滤手段，本次试验把它也作为选择的预处理设备；预处理工艺将 根据组合的不同对预处理设备进行选择。 2 3 1 气浮 采用水处理中最常用的部分回流式加压溶气气浮装置，手动阀门控制，设备具体性 能见表2 3 。 表2 。3 气浮性能 9 内蒙古科技大学硕士学位论文 2 3 2 单介质过滤器 采用a 3 钢焊接而成，外涂防腐涂层，操作方式为手动形式，具体设备性能 见表2 4 。 表2 4 单介质过滤器性能 2 3 3 双介质过滤器 采用a 3 钢焊接而成，外涂防腐涂层，操作方式为手动形式，具体设备性能 见表2 5 。 表2 5 双介质过滤器性能 2 3 a 活性炭过滤器 采用a 3 钢焊接而成，外涂防腐涂层，操作方式为手动形式，具体设备性能 见表2 6 。 表2 6 活性炭过滤器性能 2 3 5 超滤 超滤采用海德能的h y d r a c a p 6 0 型亲水性内压式中空超滤膜，运行方式为恒压式错 流过滤，具体设备参数见表2 7 。 表2 7 超滤性能 1 0 内蒙古科技大学硕士学位论文 2 4 试验设计 本试验在包钢总排过滤车间进行，分为三个部分： 首先，需要进行对气浮单体处理效果的试验研究，主要通过静态试验比选浮选剂 和通过动态试验验证气浮效果和确定气浮运行参数。考虑到原水色度和浊度很高，通 过普通的预处理无法使出水达到很好的处理效果，故于前端设置一气浮装置，来减轻 后续工序压力，作为原总排水处理流程的加强措施，本工艺采用的是利用不锈钢自吸 式气液混合泵溶气气浮法。 其次，根据选择的预处理工艺进行试验研究：验证预处理工艺对r o 主要进水指 标的去除情况。 再次，根据上述工艺运行的结果，及时优化工艺并作运行的研究，然后改进已有 工艺，对工艺中设备进行增减或变化其位置，以期选择最佳工艺。 2 5 分析项目及测试方法 整个试验装置设置在包钢总排水处理车间，水质监测技术及设备由总排车间水质 化验室提供，具体内容如下： ( 1 ) 浊度分析 使用美国h a c h 浊度仪( m o d e l 2 1 0 0 p ) ，它是利用水中微利对光线的散射特性来 进行浊度的测量，单位以n t u 表示。 ( 2 ) 化学需氧量( c o d ) 澳, i j 定 使用重铬酸钾法测定，使用美国h a c hd r 4 0 0 0 u 型紫外分光光度仪，通过消 解比色法测定，单位以m e , l 表示。 ( 3 ) 总铁测定 使用紫外分光光度仪( m o d ed r 4 0 0 0 u ) 自带的测定总铁专用药剂，经反应后，使 用紫外分光光度仪测定，单位以m e , l 表示。 ( 4 ) s d i 值测定方法 使用s d i 仪连接出水，使给水以3 0p s i 恒压通过直径4 7r l n l 、孔径为0 4 5 , u m 的 测试滤膜后，开始测定通过5 0 0 毫升水所需时间t o ；再使水连续通过1 5 分钟( d 过后， 再次测定通过5 0 0 毫升水所需时间t 1 ，最后由s d i = 1 t o t 1 x 1 0 0 t 计算出。 ( 5 ) 悬浮物测定 测定通过过滤后称量滤纸的重量，使用到的仪器有漏斗、滤纸、分析天平、烘箱。 内蒙古科技大学硕士学位论文 3 气浮池浮选剂比选的试验研究 3 1 试验目的 若要用气浮法分离亲水性颗粒、重金属离子，就必须投加合适的药剂，以改变颗粒 的表面性质，这种药剂通常称为浮选剂，基本上很多混凝剂都可以作为浮选剂。为了寻 找适合总排水质的浮选剂及其投加量，确定气浮池在试验中的参数和检验气浮池的运行 效果，进行了本次试验。 3 2 试验设计 试验主要分为两部分：首先，确定候选的浮选剂并进行投加量的静态试验，综合考 虑成本和效果的关系，确定在气浮池运行中的浮选剂的合适投加量；其次，进行浮选剂 投加的动态试验，确定浮选剂的效果，同时根据资料设定气浮池的运行参数。监测参数 根据r o 进水的要求选定c o d 、浊度、总铁，由于试验期间总排水质化验室监测结果为 水中不含油或含量极低，所以未对油进行监测。 3 3 静态试验 试验条件：原水浊度为8 5 5n t u ，温度为1 8 摄氏度，p h 值为7 8 ，快速搅拌3 0 s ( 3 0 0 r m i n ) ，慢搅拌1 0r a i n ( 5 0 r m i n ) ，静沉1 5m i n ，测定上清液浊度。浮选药剂对 浊度的去除效果如图3 1 。 罩一o o o 7 0 州。o = 砌 s o 4 0 , 3 0 - ；a t 验a l g 号 图3 1 浮选剂对浊度的去除效果 从三种浮选剂的实验中可以看出，p a c 和p f s 对原水的混凝效果均呈规律变化，除 油剂无明显变化。当投药量在1 5m g l 以上时的慢速搅拌后期，p a c 和p f s 中均有较大 矾花出现，沉淀时两者均具有较快的沉淀速度。当混凝剂投加量达到2 5 m g l 时，两种混 凝剂均有明显的混凝效果，p f s 和p a c 对原水的浊度的去除率分别可达到3 9 5 和 5 3 2 ，p a c 的效果更优，之后随着投加量的增加，浊度变化不大，但仍然呈下降趋势。 内蒙古科技大学硕士学位论文 从图中可以看出，当药剂投加量达到3 5m g l - - _ ，4 0m g l ，曲线的斜率逐渐变小，这说明 这个范围出现最佳投加量，考虑到静态试验一般比动态试验的结果偏大，所以可以选择 3 0m g l 为试验初期所用浮选剂投加量，具体流程中的投加量需要根据动态试验的结果确 定。浮选药剂对c o d 的去除效果，如图3 2 。 5 0 5 一 营一 曼 毒s 3 0 ：t ! 试- e 序鼍 图3 2 浮选剂对c o d 的去除效果 从三种浮选剂的实验中可以看出，p a c 和p f s 对原水的c o d 去除效果均呈规律变 化；除油剂无明显变化，且有逐渐升高的趋势。p a c 和p f s 的c o d 下降曲线十分接近， 但p a c 对浊度的去除效果略好于p f s 。投加p f s 会带来铁离子的增加和色度的增加，考 虑到r o 进水对总铁的要求所以选择p a c 更适合工艺，从成本和效果的方面考虑，选定 p a c 作为投加的药剂，初期投加量为3 0m g l 。 3 4 动态试验 3 4 1 气浮池对c o d 的去除效果 为了验证静态试验结果，同时确定气浮池的运行参数，进行动态试验。根据刘善培圈 等人对气浮运行参数的研究，选定气浮溶气罐压力为0 3 5m p a ，回流比为1 0 ；根据静 态试验的结果确定p a c 的投加量3 0m g l 。气浮池对c o d 的去除效果，见图3 3 。 1 7 0 1 5 0 1 摹。 量“o 芒 9 0 暑 5 0 3 0 1 0 图3 3 气浮池对c o d 的去除效果 原水c o d 在4 8 5 - 1 7 0 1m g l 之间，变化比较大，在总排所给数据范围之内，平均 内蒙古科技大学硕士学位论文 值为8 0 2m g l 。原水在经过气浮池后对c o d 的去除率达到2 5 3 ，出水c o d 随进水水 质同方向波动，进出水c o d 值基本呈平行分布，在进水c o d 最大值1 7 0 1m g l 处，c o d 去除的绝对值为2 0 6m g l ，这与最低处进水4 8 5m 班处的c o d 去除值1 8 5m g l 接近， 这说明，在p a c 投加量一定的条件下，气浮对c o d 去除的绝对值基本是一致的。 3 4 2 气浮池对浊度的去除效果 气浮池对浊度的去除效果如图3 4 。 图3 4 气浮池对浊度的去除效果 从图3 4 中可以看出，出水浊度在2 8n t u 左右，去除率随进水水质波动较大在1 5 左右，这说明气浮对浊度的去除能力有限，所以需要增加过滤设备继续降低浊度。 3 4 3 气浮池对总铁的去除效果 气浮对总铁的部分去除，可以降低后续设备受到铁类污染的程度，延缓腐蚀的发生， 保证设备的长期运行效果圈。气浮池对总铁的去除效果，见图3 5