納濾處理腈綸廢水的研究

侯亞惠, 張洪林, 李長波, 馬會強, 邱 峰, 佟 皓

(遼寧石油化工大學環(huán)境與生物工程學院,遼寧撫順113001)

納濾處理腈綸廢水的研究

侯亞惠, 張洪林, 李長波, 馬會強, 邱 峰, 佟 皓

(遼寧石油化工大學環(huán)境與生物工程學院,遼寧撫順113001)

采用納濾設備對干法腈綸廢水進行深度處理,考察了納濾膜對COD、NH3-N及鹽的截留率和脫色率的影響,操作壓力和運行時間對滲透通量的影響。結果表明,經過納濾技術處理后的水質COD截留率大于96%,NH3-N截留率大于95%,鹽截留率大于94.5%,脫色率高達100%。納濾膜的滲透通量隨著操作壓力的增大而增大,隨著時間延長而下降。當操作壓力為0.6 M Pa時,納濾膜的處理效果最好。該系統(tǒng)產水水質達到國家一級排放標準,并可以回用做工業(yè)用水。

納濾; 腈綸廢水; 滲透通量; 截留率

干法腈綸廢水中污染物較多,主要有難以生物降解且難自然沉降的高分子聚合物,高濃度硫酸鹽,有機胺和氨氮,廢水中還含有ED TA和壬基酚聚氧乙烯醚,這兩種物質長期以來一直被認為是難以生物降解的物質。這些污染物直接影響了腈綸廢水處理的達標排放。以目前的技術水平,在生化階段使污水COD達到小于100 mg/L的排放標準極為困難。腈綸廢水的處理引起了國內許多環(huán)保工作者的注意。

納濾(NF)是一種新型分子級膜分離技術。NF膜孔徑一般在1～2 nm;對溶質的截留性能介于RO與U F膜之間,NF膜只對特定的溶質具有高脫除,它能夠去除二價、三價離子,相對分子質量大于200的有機物,以及微生物、膠體、熱源、病毒等。納濾技術比起其他膜分離技術,不僅達到同樣滲透量所需的操作壓力較低,而且膜通量也較大,是目前國內外膜分離領域研究的熱點之一,它對緩解我國日益嚴重的水環(huán)境污染狀況將具有十分重要的意義[1-2]。

本實驗采用納濾技術對干法腈綸廢水進行深度處理,從而降低出水COD、NH3-N、電導率,色度等,使水質達到工業(yè)回用標準。

1 實驗部分

1.1 原水水質

實驗原水來自腈綸廠經厭氧—好氧—生物活性炭處理的二沉池出水,其出水指標見表1。

表1 原水水質指標Table 1 Water quality indexes

1.2 實驗內容

以經過厭氧—好氧—生物活性炭處理的腈綸廢水作為實驗原水,測試不同操作壓力,運行時間納濾膜的滲透通量,對處理前、后廢水的COD,NH3-N、SO2-4的質量濃度,電導率,色度的變化進行分析。

納濾膜:膜材料為聚酰胺(PA),卷式,膜面積為0.46 m2。

1.3 工藝流程

納濾深度處理干法腈綸廢水工藝流程如圖1所示。

Fig.1 Process flow diagram of the experimental圖1 工藝流程

1.4 水質檢測方法

實驗過程中,主要水質檢測均按照國家環(huán)境保護局標準處提出的國家標準測定方法測定,主要檢測項目及方法見表2。

表2 水質檢測方法Table 2 Water quality analysis methods

2 結果與討論

2.1 操作壓力對膜性能的影響

2.1.1 對滲透通量的影響 膜的滲透通量是考察膜性能的一個重要指標。操作壓力是影響膜的滲透通量的一個重要因素,膜的通量越大,處理效率越高。滲透通量與操作壓力呈線性關系,且與之高度正相關。這一點可以從非平衡熱力學模型來解釋[3-4]:Jv=Lp(Δp-σΔπ),其中,Lp為純水透過系數,Δp為操作壓力,σ為溶質反射系數,Δπ為溶質滲透壓差。滲透通量隨著壓力的變化如圖2所示。由圖2可知,當操作壓力的增加,滲透通量隨之增大。這是因為操作壓力克服了過程中的滲透壓并在膜的兩側產生凈推動力,并使過程達到一定的水通量,操作壓力增加,過程的凈推動力增大,導致水通量增大[5]。

Fig.2 Variation of the permeate flux of NF with operating pressure圖2 納濾膜滲透通量隨操作壓力的變化

2.1.2 對COD和NH3-N截留率的影響 圖3為納濾膜COD、NH3-N截留率隨操作壓力的變化。從圖3中可以看出,壓力在小于0.4 M Pa時,納濾膜對COD和NH3-N的截留率是隨著壓力的增大而增大的,但是當壓力超過0.4 M Pa時,截留率就開始減小,這一現象可以由細孔模型解釋[6-8]。研究表明,一定質量濃度范圍內,膜對中性分子溶質溶液的截留率隨溶液質量濃度的變化不大,可視為不變。壓力升高,流速降低,質量濃度增加[4]。當壓力小于0.4 M Pa時,COD和NH3-N質量濃度在細孔模型所允許的范圍內,COD和NH3-N的透過量變化不大,而滲透通量增加,從而導致其截留率上升。當壓力大于0.4 M Pa時,質量濃度增加到一定值,但有可能還未超過細孔模型所允許的范圍。雖然有所下降,但沒有持續(xù)下降的趨勢。

Fig.3 Variation of the COD and NH3-N of NF with operating pressure圖3 納濾膜COD、NH3-N截留率隨操作壓力的變化

2.1.3 對鹽截留率的影響 納濾膜對二沉池出水的鹽截留率的大小直接決定著滲水的含鹽量,進一步決定著產水是否達到工業(yè)回用的標準。鹽截留率隨操作壓力的變化如圖4所示。

Fig.4 Variation of salt rejection of NF with operating pressure圖4 納濾膜鹽截留率隨操作壓力的變化

由圖4可知,隨著壓力的升高,納濾膜的鹽截留率升高的趨勢比較明顯,當壓力從0.5 M Pa到0.7 M Pa時,增加的趨勢有所減緩。這是因為隨著壓力的增加,透過膜的水量增大而鹽量不變,故鹽截留率增大,但同時膜兩側的鹽濃度差增大,又有降低鹽截留率的趨勢,這兩方面的共同作用使鹽截留率增加逐漸變緩[9-10]。

2.2 運行時間對膜性能的影響

在操作壓力為0.6M Pa,p H為7.58,流量為56 L/h,循環(huán)進水條件下,連續(xù)運行16 d。在設定的各個時間段取樣,分析運行時間對膜性能的影響。

2.2.1 對滲透通量的影響 納濾膜滲透通量隨時間的變化如圖5所示。

Fig.5 Variation of the permeate flux of NF with time圖5 納濾膜滲透通量隨時間的變化

由圖5可知,隨著時間的延長,滲透通量逐漸降低,在運行初期,滲透通量下降較快,此后逐漸穩(wěn)定,一段時間后又繼續(xù)下降。在膜操作過程中,膜的滲透通量減小的主要原因是濃差極化和膜污染,其中膜的污染是最主要的原因。在運行初期,膜面最松弛,滲透通量初始值最大,后來由于濃差極化層的形成,造成膜透過通量的迅速下降。由于溶質在膜面上的沉積或污染層的凝膠化或固化,透過通量的減小趨于穩(wěn)定,呈現一個準穩(wěn)態(tài)的過程。隨著膜面的進一步污染,膜的滲透通量繼續(xù)下降[11]。

2.2.2 運行時間對膜截留率的影響 納濾膜截留率隨時間的變化如圖6所示。納濾出水水質指標如表3所示。

Fig.6 Variation of NF with time圖6 納濾膜截留率隨時間的變化

由圖6和表3可知,隨著運行時間的延長,納濾膜的截留率不斷增加,COD平均截留率約96%,出水COD小于13 mg/L;NH3-N平均截留率約95%,出水NH3-N的質量濃度小于8 mg/L,平均鹽截留率約94.5%,出水電導率小于160μS·cm-1,SO2-4平均截留率約95.2%,出水SO2-4的質量濃度小于50 mg/L,脫色率高達100%。出水水質達到了國家一級排放標準,又可以回用做工業(yè)用水。

表3 納濾出水水質指標Table 3 The effluent quality of NFmembrane

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[10］何毅,蘇鶴祥,李光明,等.染料的納濾分離性能和機理[J].膜科學與技術,2005,25(1):48-52.

[11］王曉琳,丁寧.反滲透和納濾技術與應用[M].北京:化學工業(yè)出版,2005:66-67.

(Ed.:SGL,Z)

Treatment of Acrylic Fiber Wastewater U sing Nanofiltration

HOU Ya-hui,ZHANG Hong-lin,L IChang-bo,MA Hui-qiang,Q IU Feng,TONG Hao
(School of Environmental and Biology Engineering,L iaoning Shihua University,Fushun L iaoning113001,P.R.China)

The nanofiltration(NF)membrane was used in the advanced treatment of acrylic fiber wastewater.The COD and NH3-N removal efficiency,salt rejection and color removal ratio of the further treatment by NF were investigated.The influences of different operating pressures and operating time on permeate flux were also examined experimentally.The results indicate that the rejection ratio of COD and NH3-N are higher than 96%and 95%respectively.The salt rejection ratio is higher than 94.5%and color removal efficiency is up to 100%.The experimental results p rove that the permeate flux of NF increases with operating pressure and decreases with operating time.The efficiency of NF is best w hen the operating pressure was 0.6 M Pa.The effluent quality comp lies to national discharge standard and meets recovery criteria.

Nanofiltration;Acrylic fiber wastewater;Permeate flux;Rejection ratio

.Tel.:+86-13942385446;e-mail:411_acd@163.com

TE992.2;X703.1

A

10.3696/j.issn.1006-396X.2011.02.006

2011-03-01

侯亞惠(1986-),女,遼寧錦州市,在讀碩士。

國家重大水專項(2008ZX07208-003-001-02)。

1006-396X(2011)02-0022-04

Received1M arch2011;revised16M arch2011;accepted21M arch2011