本研究以陜西榆林某煤化工廢水處理裝置的反滲透濃水為對象，設(shè)計規(guī)模為中試。模擬實際項目運行工況，連續(xù)運行90d。采用納濾膜分離技術(shù)，考察納濾膜對有機物的截留效果，通過調(diào)整納濾膜系統(tǒng)的運行條件和實驗參數(shù)，根據(jù)不同條件下納濾膜對有機物的去除率，分析納濾膜對有機物的截留特性;通過對比分析不同型號的納濾膜對有機物的截留效果，為實際工程項目納濾膜的選擇及工藝參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。
1、實驗部分
1.1 水樣及測試方法
實驗用煤化工廢水處理裝置的反滲透濃水，處理水量1m3/h，電導(dǎo)率為59.2～72.7mS/cm，COD為170～250mg/L，pH為9.23～11.56，氯化物、硫酸鹽的質(zhì)量濃度分別為7.995～10.83、20.94～26.17g/L，二氧化硅的質(zhì)量濃度21～87mg/L。
COD測試方法按GB11914-89進行。
1.2 納濾膜
實驗用納濾膜參數(shù)見表1。
1.3 實驗流程
實驗流程見圖1。采用2只8英寸納濾膜，2段布置方式，進水壓力在1.8～2.2MPa，膜通量在6～10L/(m•2h)。
2、結(jié)果與討論
2.1 截留COD效果
裝置調(diào)試完成后，連續(xù)運行90d，進水平均電導(dǎo)率62.7mS/cm、pH為10.16。使用1#膜，在運行壓力1.8MPa條件下連續(xù)運行10d，考察納濾膜對COD的截留效果，結(jié)果見圖2。
由圖2可知，進水COD在170～240mg/L，濃水側(cè)COD為250～350mg/L，產(chǎn)水COD穩(wěn)定在78～110mg/L，COD平均去除率為53.4%。盡管進水COD存在波動，但出水COD相對平緩，這說明納濾工藝對有機物的去除有一定的穩(wěn)定性。分析原因可能是煤化工廢水經(jīng)過前端生化和過濾截留作用，反滲透濃水中主要是殘留的大分子難降解有機物，這些有機物可以被納濾膜截留下來得以去除，所以納濾系統(tǒng)表現(xiàn)出對COD有較高的去除率。
2.2 壓力對截留COD的影響
采用1#膜，進水平均電導(dǎo)率62.7mS/cm、pH為10.16。通過調(diào)節(jié)高壓泵的頻率，分別調(diào)整不同的運行壓力各連續(xù)運行10d，測試納濾膜對COD的截留效果，結(jié)果見圖3。
由圖3可知，在進水COD在170～250mg/L條件下，產(chǎn)水側(cè)COD平均分別為80、78、75、55mg/L，COD平均去除率分別為54.0%、56.8%、57.0%、59.9%。納濾對COD的去除率隨運行壓力的增大而升高，運行通量隨運行壓力的增大而升高。納濾過程為壓力驅(qū)動過程，隨著壓力的增加，單位時間內(nèi)透過膜的溶劑體積逐漸增加，而單位時間內(nèi)透過溶質(zhì)的量卻沒有變化，所以其截留率出現(xiàn)相應(yīng)的增加。
2.3 回收率對截留COD的影響
采用1#膜，進水平均電導(dǎo)率62.7mS/cm、pH為10.16，COD為170～250mg/L。結(jié)合實際工程納濾的回收率，考慮進水平均電導(dǎo)率較高，故將納濾系統(tǒng)的回收率分別控制在40%、45%、50%、55%和60%這5種條件下，結(jié)果見圖4。
由圖4可知，隨著回收率的升高，納濾膜對COD的截留率逐漸升高，但升高幅度較小;同時隨著回收率的升高，滲透通量逐漸升高，這與運行壓力的影響是一致的。考慮納濾膜對COD截留率上升的比較緩慢，主要原因是反滲透濃水含鹽量較高，溶液逐漸被濃縮，膜表面濃差極化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，部分溶質(zhì)透過，滲透液中的的溶質(zhì)含量隨著回收率的上升而逐漸增大。因此，在工程案例設(shè)計過程中，合理地選擇膜回收率是比較關(guān)鍵的。
2.4 鹽含量對截留COD的影響
采用1#膜，運行壓力2.1MPa，進水平均pH為10.16。考慮到實際工程反滲透濃水的含鹽量較高，故采用電導(dǎo)率表征鹽含量。測試反滲透納濾膜在不同電導(dǎo)率下對COD的截留效果，結(jié)果見圖5。
由圖5可知，進水COD在150～250mg/L，產(chǎn)水側(cè)COD為40～100mg/L，濃水側(cè)COD為230～350mg/L。COD的去除率隨電導(dǎo)率的升高逐漸降低，并逐漸趨于平緩穩(wěn)定。分析原因是隨著鹽含量的增加，在相同壓力下，納濾膜分離有機物時的滲透通量下降比較明顯，且在高含量鹽存在的條件下，其通量隨著鹽含量的上升的趨勢逐漸下降。同時由于膜表面存在鹽析現(xiàn)象，使鹽溶液透過的同時附帶少量有機物溶質(zhì)，導(dǎo)致通量和截留率均有所下降。因此，納濾對有機物的截留率在鹽含量較高的條件下，隨著著鹽含量的增加其截留率下降。
2.5 pH對截留COD的影響
采用1#膜，運行壓力2.1MPa，進水電導(dǎo)率平均為62.7mS/cm。堿性條件下，分別在不同pH(8.0～11.5)下測試納濾膜對有機物截留效果，結(jié)果見圖6。
由圖6可知，隨著pH的升高，有機物去除率雖然存在波動，但無線性相關(guān)趨勢?？赡茉蚴牵{濾膜對有機物的截留率，一是與膜切割分子量(MWCO)相關(guān)[8];二是受膜表面帶電基團和帶電物質(zhì)之間的靜電作用力影響，而廢水中的有機物表現(xiàn)的荷電性不明顯，調(diào)節(jié)pH無法改變有機物帶電集團的荷電性[9]。因此，pH對納濾截留反滲透濃水中有機物的影響較弱。
2.6 不同膜對截留COD的影響
在相同pH(9.5)、壓力(2.1MPa)和進水電導(dǎo)率(60mS/cm)條件下，測試1#、2#、3#納濾膜對COD的去除效果，連續(xù)運行20d結(jié)果見表2。
由表2可知，不同的納濾膜對有機物截留效果的表現(xiàn)存在一定差異。表明不同的納濾膜制備工藝和材料不同，有機物的截留性能差異較大。
3、結(jié)論
針對榆林某煤化工項目的反滲透濃水，采用納濾膜技術(shù)去除廢水中的COD，通過實際中試，主要得到以下結(jié)論：
1)在實際進水COD在170～250mg/L時，1#芳香聚酰胺納濾膜對COD的平均去除率為56%，產(chǎn)水COD在80～100mg/L。
2)納濾過程為壓力驅(qū)動過程，當(dāng)改變納濾系統(tǒng)的運行壓力時，納濾對COD的去除率隨運行壓力的增大逐漸升高;當(dāng)提高系統(tǒng)運行的回收率時，納濾膜對COD的截留率逐漸升高，但升高幅度較小;當(dāng)進水實際鹽含量升高時，由于膜表面存在鹽析現(xiàn)象，使溶液透過的同時附帶少量有機物溶質(zhì)，導(dǎo)致納濾膜對有機物的截留率呈現(xiàn)下降的趨勢;pH對納濾膜截留有機物的影響較弱
3)不同的納濾膜，由于制備工藝和膜材料不同，納濾膜對有機物的截留性能存在差異。在相同的運行條件下，1#、2#、3#納濾膜對有機物的截留率分別為48.8%、57.8%、63.0%。
因此，納濾對有機物的截留與操作條件密切相關(guān)，選擇合適的操作壓力、鹽含量和回收率，才能達到最佳的分離效果。( >
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