高強(qiáng)度浸沒式膜過(guò)濾的中試優(yōu)化研究

李忠華, 王海濤, 陳董根, 許以農(nóng), 金鐵瑛,郭紫陽(yáng), 金 京, 常 娜*

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津 300387;2. 浙江津膜環(huán)境科技有限公司, 紹興 312000;3. 浙江省先進(jìn)印染制造創(chuàng)新中心, 紹興 312000)

工業(yè)革命后,隨著各國(guó)二氧化碳排放,溫室氣體排放量猛增,生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞.中國(guó)提出碳達(dá)峰和碳中和的偉大目標(biāo),力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)[1].我國(guó)印染廢水排放量約占整個(gè)工業(yè)廢水排放量的35%,因此紡織印染領(lǐng)域的節(jié)能減排對(duì)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義.

紡織印染主要包括紡紗、織造、預(yù)處理、染色、印花、整理等工序,每個(gè)過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的廢水[2].印染廢水屬難處理廢水[3],成分復(fù)雜[4],具有難降解、有機(jī)物含量多、色度大、COD高、堿度高、含鹽量高、毒性大等特點(diǎn)[5-9].目前印染廢水多采用“格柵+混凝沉淀+厭氧水解+AO(Anoxic/Oxic)”組合工藝進(jìn)行預(yù)處理,采用“MBR+RO/NF”為代表的雙膜法進(jìn)行廢水深度處理[10-11].運(yùn)行過(guò)程中,主要能耗環(huán)節(jié)為生化處理及MBR工藝的曝氣階段以及RO或NF等膜工藝的高壓泵增壓階段.

MBR工藝被廣泛運(yùn)用于生活污水、工業(yè)水處理[12-13],具有出水水質(zhì)高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn),但運(yùn)行能耗高[14],通常為3～4 (kW·h)/m3,浸沒式MBR運(yùn)行能耗為0.6～2 (kW·h)/m3[15].在前期的研究中,針對(duì)印染綜合廢水提出一種新型的廢水處理工藝[16]——高強(qiáng)度浸沒式膜過(guò)濾技術(shù)(high-strength submerged membrane filtration,簡(jiǎn)稱HMF).與MBR相比,HMF在運(yùn)行能耗、出水水質(zhì)及跨膜壓差等方面具有一定的優(yōu)勢(shì),其中MBR多設(shè)置為生化處理的末端好氧池中,產(chǎn)水率一般小于50%且池中污泥濃度高,需加大曝氣強(qiáng)度以保持足夠的傳氧速率,能耗較高.HMF多為深度處理前段處理二沉池出水,產(chǎn)水率為70%～80%,進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定且SS較低,保證了較低的膜污染和較好的產(chǎn)水水質(zhì).但膜污染問(wèn)題和能耗問(wèn)題依舊是HMF工藝運(yùn)行的難點(diǎn)[17-18].曝氣可有效控制膜污染累積[19],使膜池中的水質(zhì)穩(wěn)定,同時(shí)空氣的沖刷效果可以在膜絲的表面產(chǎn)生局部紊流條件,減少膜絲的濾餅層沉積速率,促進(jìn)污染物脫落,延長(zhǎng)膜壽命[20-22],使HMF工藝長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行.Wang等[23]通過(guò)改變曝氣孔的結(jié)構(gòu),提高了MBR曝氣的均勻程度和廢水處理效率.

本研究采用HMF工藝對(duì)浙江紹興某印染廠區(qū)內(nèi)印染廢水的二沉池出水開展中試實(shí)驗(yàn),分別考察了曝氣孔分布方式、單簾膜面積、通氣量及膜架層數(shù)等影響因素對(duì)HMF工藝節(jié)能效果的影響,為降低印染廢水處理過(guò)程中的運(yùn)行能耗提供新的思路.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 進(jìn)水及工藝

實(shí)驗(yàn)用水為浙江紹興某印染廠區(qū)二沉池出水,HMF進(jìn)水與出水水質(zhì)如表1所示.

表1 HMF進(jìn)水與出水水質(zhì)

HMF的運(yùn)行工藝如圖1所示.主要包括產(chǎn)水、停歇、水反洗、離線清洗等階段.

圖1 HMF運(yùn)行工藝圖Fig.1 HMF operation process diagram

HMF產(chǎn)水工藝通常采用開八停二(產(chǎn)水8 min,停歇2 min)、間歇產(chǎn)水、連續(xù)曝氣的運(yùn)行模式.曝氣風(fēng)機(jī)處于常開狀態(tài),這樣使得膜池內(nèi)污水處于紊流狀態(tài),懸浮物由于曝氣作用不會(huì)在膜絲表面長(zhǎng)時(shí)間停留,避免出現(xiàn)表面富集,甚至膜孔堵塞的現(xiàn)象[24-25].

在運(yùn)行過(guò)程中,每24個(gè)產(chǎn)水周期后進(jìn)行120 s的在線反沖洗.當(dāng)跨膜壓差達(dá)到35 kPa時(shí),可認(rèn)為階段實(shí)驗(yàn)結(jié)束,膜進(jìn)行離線清洗.離線清洗采用物理清洗和化學(xué)清洗相結(jié)合的方法[26],物理沖洗去除膜絲表面的污垢,再進(jìn)行化學(xué)清洗,采用質(zhì)量濃度2 g/L的氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的次氯酸鈉溶液[27]進(jìn)行浸泡.靜置24 h后取出膜絲,清洗階段結(jié)束.

1.2 設(shè)備與試劑

1.2.1膜組件

膜組件為浙江津膜環(huán)境科技有限公司生產(chǎn)的BP系列-織物增強(qiáng)型聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜,詳細(xì)參數(shù)如表2.在增強(qiáng)織物上制膜,采用深層滲透涂覆工藝使功能層與編織管形成獨(dú)特的鉚釘式穩(wěn)定結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)膜分離與膜強(qiáng)度功能的統(tǒng)一,斷裂強(qiáng)度大于300 N,具有抗拉強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、出水水質(zhì)好等特點(diǎn).

表2 膜組件信息表

1.2.2其他設(shè)備與試劑

中試設(shè)備搭建于浙江紹興某印染廠區(qū)內(nèi)的污水處理車間內(nèi),HMF中試膜架裝置由浙江津膜環(huán)境科技有限公司制備,由鋼板焊接而成,設(shè)備占地為L(zhǎng)×W×H=1.05 m×0.9 m×1.5 m,裝載4簾膜片,每簾膜下方對(duì)應(yīng)一根620 mm曝氣管,曝氣管正下方開孔直徑2 mm曝氣圓孔.產(chǎn)水自吸泵25SFBX-8,江蘇博禹泵業(yè)有限公司.曝氣風(fēng)機(jī),紹興銀森機(jī)電有限公司的森森氣泵HJB-550.

清洗設(shè)備所用試劑為氫氧化鈉固體,濟(jì)南潤(rùn)輝化工有限公司;次氯酸鈉溶液,新疆中泰化學(xué)股份有限公司.

1.3 測(cè)定

實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù):實(shí)驗(yàn)時(shí)間、跨膜壓差、產(chǎn)水流量、通氣量等數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)備智能終端自動(dòng)記錄,記錄頻次為每分鐘1次,在設(shè)備上安裝電表實(shí)時(shí)測(cè)定開始結(jié)束消耗電量.

實(shí)驗(yàn)產(chǎn)水水質(zhì)測(cè)定:pH、電導(dǎo)率、色度、濁度分別使用上海雷磁pHSJ-4F儀、上海雷磁DDSJ-308A電導(dǎo)率儀、上海昕瑞SD9012A水質(zhì)色度儀、哈希2100Q便攜式濁度儀進(jìn)行測(cè)定;COD使用蘭州連華5B-1F(VB)儀器,采用快速消解分光光度法(HJ/T 399—2007)進(jìn)行測(cè)定;SS和總硬度分別采用水質(zhì)懸浮物的測(cè)定-重量法(GB/T 11901—1989)和水質(zhì)鈣和鎂總量的測(cè)定-EDTA滴定法(GB7477—1987)進(jìn)行測(cè)定.

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

采用單一變量控制法,逐一改變運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)影響因素,探究各個(gè)因素對(duì)裝置節(jié)能效果的影響.

1.4.1曝氣孔實(shí)驗(yàn)

通過(guò)改變曝氣孔眼數(shù)量進(jìn)而改變曝氣孔面積及孔眼位置.設(shè)置單管曝氣孔眼數(shù)量分別為3個(gè)、6個(gè)、9個(gè),其他參數(shù)條件如下,單簾膜面積11 m2,通氣量為10 m3/h,初始產(chǎn)水流量0.8 m3/h.

1.4.2單簾有效膜面積實(shí)驗(yàn)

設(shè)置單簾膜面積分別為8.25、11、13.75 m2,由于膜面積發(fā)生改變,為保證單位膜面積對(duì)應(yīng)的產(chǎn)水流量與通氣量與其他組實(shí)驗(yàn)一致,需進(jìn)行等比例改動(dòng),即通氣量分別為7.5、10和12.5 m3/h,初始產(chǎn)水流量分別為0.6、0.8和1.0 m3/h.單管曝氣孔眼數(shù)量為6個(gè).

1.4.3通氣量實(shí)驗(yàn)

通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的變頻器,調(diào)節(jié)設(shè)備的曝氣風(fēng)量,依次設(shè)置為3、6、10和14 m3/h.其他條件均相同,單簾膜面積11 m2,單根曝氣管底部為6個(gè)曝氣孔,初始產(chǎn)水流量0.8 m3/h.

1.4.4單雙層膜架實(shí)驗(yàn)

以浙江省紹興市A、B兩印染處理廠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過(guò)使用HMF工藝的不同膜架層數(shù),開展對(duì)比實(shí)驗(yàn).兩廠的污水處理工藝類似,均為印染廢水經(jīng)生化處理后過(guò)HMF和RO進(jìn)行深度處理和中水回用的工藝流程.

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)過(guò)程的總產(chǎn)水量按式(1)進(jìn)行計(jì)算.

(1)

式中:V為實(shí)驗(yàn)總產(chǎn)水量,m3;t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間,min;i為每個(gè)時(shí)刻記錄的產(chǎn)水流量,m3/h;60為時(shí)間單位換算系數(shù).

實(shí)驗(yàn)過(guò)程的單位面積膜通量按式(2)進(jìn)行計(jì)算.

(2)

式中:J為單位面積膜通量,L/(m2·h);A為膜絲表面積,m2;0.8為開八停二模式下的產(chǎn)水系數(shù),其余常數(shù)為單位換算系數(shù).

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的單位產(chǎn)水能耗按式(3)進(jìn)行計(jì)算.

(3)

式中:Qp為單位產(chǎn)水能耗,kW·h/m3;Q為實(shí)驗(yàn)總電量消耗,kW·h.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的單位產(chǎn)水藥劑費(fèi)按式(4)進(jìn)行計(jì)算.

(4)

式中:Cp為單位產(chǎn)水藥劑費(fèi),元/m3;Cw為單次化學(xué)清洗費(fèi)用,元.

2 結(jié)果與討論

2.1 曝氣孔分布對(duì)節(jié)能效果的影響

合理地曝氣能夠通過(guò)物理沖刷降低膜污染,延長(zhǎng)膜使用壽命.在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,曝氣孔的分布及曝氣面積也對(duì)工藝運(yùn)行有一定的影響.在本實(shí)驗(yàn)中,設(shè)置單個(gè)曝氣孔面積為12.57 mm2,改變曝氣孔分布數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)曝氣總面積的調(diào)控.分別設(shè)置孔眼數(shù)量3孔、6孔、9孔,孔眼布置如圖2所示,孔眼直徑4 mm,孔眼距端點(diǎn)均為10 mm,3孔、6孔、9孔孔眼間距分別為300、120和75 mm.

圖2 曝氣孔眼分布圖Fig.2 Aeration hole distribution

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示,其中運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和終止階段產(chǎn)水流量數(shù)據(jù)在智能終端電子設(shè)備記錄讀取.當(dāng)曝氣孔增為6孔時(shí),產(chǎn)水量和終止階段產(chǎn)水流量相對(duì)最大,達(dá)108.13 m3和0.69～0.63 m3/h,優(yōu)于3孔與9孔實(shí)驗(yàn),此時(shí)膜性能較優(yōu)良,運(yùn)行更高效.曝氣孔的分布影響曝氣均勻度和單個(gè)孔眼的曝氣強(qiáng)度,孔過(guò)多或過(guò)少都會(huì)降低HMF裝置的長(zhǎng)期高效運(yùn)行.

曝氣孔實(shí)驗(yàn)運(yùn)行跨膜壓差如圖3所示.可知適當(dāng)?shù)钠貧饪追植伎捎行а娱L(zhǎng)裝置運(yùn)行時(shí)間.孔眼過(guò)少,裝置運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)明顯減少,3孔的HMF裝置僅運(yùn)行了8 h,3孔的曝氣方式雖然提高了曝氣沖刷強(qiáng)度,但由于曝氣孔數(shù)目較少,曝氣分布不均勻,僅能對(duì)孔眼上方的部分區(qū)域進(jìn)行沖刷,難以完成對(duì)所有膜絲的清洗過(guò)程,導(dǎo)致跨膜壓差大幅上升至終值;9孔的曝氣方式,增加了膜架底部曝氣點(diǎn)位,曝氣相對(duì)均勻,但削弱了單個(gè)曝氣點(diǎn)的曝氣強(qiáng)度,無(wú)法對(duì)膜絲表面附著的濾餅層進(jìn)行有效沖刷,使運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)相對(duì)短且單位膜通量過(guò)低,僅為11.54 L/(m2·h),如表4所示.對(duì)于出現(xiàn)的跨膜壓差波動(dòng),由于曝氣強(qiáng)度較低引起的,只有持續(xù)一定時(shí)間內(nèi)的曝氣,才可以將形成的濾餅塊進(jìn)行去除,總體上跨膜壓差呈上升趨勢(shì).綜上6孔曝氣分布既保持了曝氣均勻度又滿足單個(gè)孔眼曝氣強(qiáng)度,是HMF裝置運(yùn)行最優(yōu)選擇.

圖3 曝氣孔對(duì)HMF跨膜壓差的影響Fig.3 Effect of aeration hole area on HMF transmembrane pressure difference

表4 單簾膜面積實(shí)驗(yàn)條件運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.2 單簾有效膜面積對(duì)節(jié)能效果的影響

單簾有效膜面積與單簾膜絲根數(shù)相關(guān),會(huì)改變膜-水兩相接觸面積,影響處理污水運(yùn)行效率及膜污染清洗等問(wèn)題.改變單簾膜面積,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示,其中終止階段產(chǎn)水流量根據(jù)膜面積比例調(diào)整為同一水平.膜面積為11 m2的HMF裝置運(yùn)行達(dá)到35 kPa時(shí),膜性能相對(duì)保持良好,終止產(chǎn)水流量為0.69～0.63 m3/h和12.54 L/(m2·h)的膜通量都明顯優(yōu)于其余組,同時(shí)總產(chǎn)水量最大為108.13 m3.單簾膜面積過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致單位膜通量的相對(duì)下降,當(dāng)膜面積增大時(shí),污染物快速累積附著于膜絲表面,使膜產(chǎn)水性能降低;當(dāng)膜面積減少時(shí),雖形成膜污染速度降低,但膜-水兩相接觸面積相應(yīng)減少,即使運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)產(chǎn)水總量也相對(duì)較低.

不同膜面積實(shí)驗(yàn)跨膜壓差變化曲線如圖4所示,可知運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)隨膜面積增大而減少,膜面積13.75 m2的裝置僅運(yùn)行56 h便達(dá)到跨膜壓差35 kPa.由于單簾膜絲根數(shù)增加,相鄰膜絲間距變小,膜絲之間相互阻擋并且會(huì)形成一個(gè)較大的多孔介質(zhì)區(qū)域,廢水中的懸浮物容易在膜絲中間聚集成團(tuán),曝氣無(wú)法將膜表面大量的污染物快速去除,使跨膜壓差迅速上升,膜污染程度加劇,清洗頻率隨之增加,使運(yùn)行成本增大;當(dāng)膜絲根數(shù)減少時(shí),跨膜壓差呈現(xiàn)先迅速增長(zhǎng)再緩慢增長(zhǎng)達(dá)到終點(diǎn)的趨勢(shì),膜絲間隙增大,區(qū)域流暢水力學(xué)條件得到優(yōu)化,曝氣能夠有效帶動(dòng)膜絲振動(dòng)避免污染物聚集[28].綜上膜面積為11 m2時(shí)膜具有較好的膜通量和膜性能,裝置能夠長(zhǎng)久高效運(yùn)行.

圖4 單簾膜面積對(duì)HMF跨膜壓差的影響Fig.4 Effect of single curtain membrane area on transmembrane pressure of HMF

2.3 通氣量對(duì)節(jié)能效果的影響

曝氣強(qiáng)度影響整體工藝的膜污染程度,改變?cè)O(shè)備的曝氣流量,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示,其中產(chǎn)水總量隨通氣量的增加而增大,最高達(dá)165.35 m3,通氣量增加可加強(qiáng)膜池內(nèi)曝氣強(qiáng)度,減緩污染物在膜表面的累積速度,運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)增加,產(chǎn)水總量也隨之增加.產(chǎn)水流量隨膜污染累積而下降,當(dāng)跨膜壓差均達(dá)到35 kPa時(shí),不同通氣量的終止產(chǎn)水流量出現(xiàn)差異,3 m3/h實(shí)驗(yàn)的終止產(chǎn)水流量最低,僅為0.63～0.53 m3/h,膜產(chǎn)水性能較差;隨著通氣量的逐漸增加,終止階段的產(chǎn)水流量逐漸增大,14 m3/h實(shí)驗(yàn)可達(dá)到0.69 m3/h,產(chǎn)水性能增強(qiáng).

表5 通氣量實(shí)驗(yàn)條件運(yùn)行數(shù)據(jù)

不同通氣量下的實(shí)驗(yàn)跨膜壓差如圖5所示.跨膜壓差隨著運(yùn)行時(shí)間呈現(xiàn)增大趨勢(shì),由于污染物在每根膜絲上的附著污染程度不同,其受曝氣的沖擊效果也有所不同,故會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)的現(xiàn)象.整體運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)隨通氣量增加延長(zhǎng),在3 m3/h的實(shí)驗(yàn)中,由于通氣量較少,物理沖刷程度弱,對(duì)膜表面的污染物去除效果有限,跨膜壓差變化曲線在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到峰值.隨著通氣量的逐漸加大,膜絲表面的物理沖刷作用隨之增強(qiáng),跨膜壓差上升速度減緩,運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng),14 m3/h的實(shí)驗(yàn)可運(yùn)行300 h.運(yùn)行時(shí),膜絲經(jīng)過(guò)初期污染和累積污染兩個(gè)階段.初期污染階段,水中膠體和溶解性物質(zhì)等堵塞膜孔,在膜表面形成污染層,跨膜壓差快速上升;隨運(yùn)行時(shí)間的增加污染逐漸加劇,膜絲達(dá)到累積污染階段,跨膜壓差不斷上升[29].

圖5 通氣量對(duì)HMF跨膜壓差的影響Fig.5 Effect of aeration rate on HMF transmembrane pressure difference

此外,通氣量的變化將會(huì)影響廢水中的溶解氧含量,通過(guò)回流進(jìn)而可能影響HMF進(jìn)水水質(zhì).本中試通過(guò)改變通氣量測(cè)定了溶解氧含量及水質(zhì)變化情況,考察了通氣量的變化對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的影響.結(jié)果如表6所示:由于印染廢水二沉池出水水質(zhì)較好且水溫較高,為32～38 ℃,在不同通氣量條件下,廢水中的溶解氧含量變化不大,并未對(duì)水質(zhì)造成明顯效果,COD均在420～440 mg/L范圍內(nèi),且進(jìn)水水質(zhì)其他參數(shù)亦變化不大,而產(chǎn)水由于膜孔篩分作用都可達(dá)到優(yōu)良水質(zhì).綜上所述,通氣量的改變直接影響膜池內(nèi)沖刷膜絲的強(qiáng)度等,當(dāng)通氣量為14 m3/h時(shí),試驗(yàn)運(yùn)行的時(shí)間最長(zhǎng)且膜產(chǎn)水性能較好.

表6 不同通氣量條件下HMF進(jìn)水水質(zhì)變化情況

2.4 膜架層數(shù)對(duì)節(jié)能效果的影響

膜架層數(shù)是HMF工藝的一個(gè)重要參數(shù).由于實(shí)際運(yùn)行中,多數(shù)采用單/雙層,故本研究?jī)H比較單/雙層膜架對(duì)節(jié)能效果的影響.實(shí)驗(yàn)選用水質(zhì)相似的A、B兩廠開展對(duì)比,A廠為單層,B廠為雙層.兩廠的運(yùn)行情況如表7所示,可知不同膜架層數(shù)的產(chǎn)水水質(zhì)相差不大,皆可滿足后續(xù)處理要求.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期工藝運(yùn)行,單層膜架的單簾通氣量為4.0 Nm3/(h·簾),雙層膜架的單簾通氣量為2.5 Nm3/(h·簾),相對(duì)于單層膜架,雙層膜架減少了37.5%的曝氣流量,更具優(yōu)勢(shì),曝氣孔設(shè)置在下層膜架的最底部,上層膜架無(wú)需再進(jìn)行額外設(shè)置,曝氣的重復(fù)利用率得到提高,可達(dá)到節(jié)能降耗的運(yùn)行效果.從噸水能耗和藥劑費(fèi)用方面看,雙層膜架運(yùn)行能耗更低,單層膜架清洗藥劑花費(fèi)更少,綜合長(zhǎng)期考慮,雙層膜架更加節(jié)能.

在運(yùn)行過(guò)程中,膜架時(shí)刻處于浸沒狀態(tài).當(dāng)膜架層數(shù)較少時(shí),會(huì)導(dǎo)致膜池占地面積過(guò)大,工藝成本提高;當(dāng)膜架數(shù)過(guò)多時(shí),膜架層數(shù)變高,增加維修膜架難度,以及出現(xiàn)產(chǎn)水水質(zhì)惡化時(shí)難以及時(shí)觀測(cè)并解決等問(wèn)題.相對(duì)于單層膜架,采用雙層膜架可減少1/2工藝占地面積,在用地較為緊張的城市工業(yè)區(qū),能夠降低廢水處理的投資成本.但多層曝氣的節(jié)能效果并非是線性增加,HMF工藝的總體能耗是多因素共同影響的.由于氣泡的沖刷速率在上升時(shí)會(huì)慢慢降低,當(dāng)膜架層數(shù)變多,需要適當(dāng)提高通氣量,以滿足上層膜架對(duì)膜絲表面污染物質(zhì)的沖刷強(qiáng)度.除此之外,隨著由下而上的曝氣效果不均勻,不同深度的膜架受污染程度也會(huì)出現(xiàn)不同,多層膜架在膜清洗環(huán)節(jié)會(huì)相對(duì)麻煩,故而導(dǎo)致運(yùn)行難度加大.在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多種具體情況進(jìn)行分析,從而選用最優(yōu)的工藝方案達(dá)到節(jié)能效果.

3 經(jīng)濟(jì)可行性分析

以浙江紹興市為例,紡織印染企業(yè)的單位用電費(fèi)用為0.9 元/(kW·h).在清洗過(guò)程中,清洗水池容積通常為1.2 m3,按照1.2節(jié)中提到的離線清洗方式,單次清洗需要的化學(xué)藥劑為25 L NaClO溶液和2.5 kg NaOH,其市場(chǎng)價(jià)格及生產(chǎn)廠家如表8所示.單次化學(xué)清洗的費(fèi)用為46.75元.

表8 化學(xué)品詳情表

在實(shí)際運(yùn)行中,需將運(yùn)行費(fèi)和清洗藥劑費(fèi)綜合考慮,部分運(yùn)行條件下由于短時(shí)間內(nèi)能夠產(chǎn)出相對(duì)較多的水量,其噸產(chǎn)水能耗較低,但也由于總運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)短導(dǎo)致膜清洗頻率增加,從而藥劑費(fèi)增大.部分條件雖可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,但產(chǎn)水總量相對(duì)不足,噸水能耗較高.將清洗藥劑費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用折合在運(yùn)行成本中,則前置所有實(shí)驗(yàn)的藥劑費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)如上表9所示.由表9得出:曝氣孔眼6孔、單簾膜面積11 m2和通氣量14 m3/h的條件下,其運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)達(dá)到165.35 h,噸水處理成本為1.30 元,其中噸產(chǎn)水能耗為1.14 kW·h,噸水藥劑費(fèi)用為0.28元.運(yùn)行成本相較其余實(shí)驗(yàn)組最低,能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定處理印染廢水,具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性.

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)改變HMF工藝處理印染廢水時(shí)不同的運(yùn)行條件,得出以下結(jié)論:

1) 曝氣孔的分布影響曝氣強(qiáng)度和均勻度,單簾膜面積的增減會(huì)影響膜-水兩相接觸面積同時(shí)影響污染物聚集效果,通氣量的大小直接影響膜池內(nèi)曝氣強(qiáng)度,選用適合的運(yùn)行條件更有益于HMF工藝的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行.

2) 通過(guò)對(duì)實(shí)際印染廢水生化出水開展的HMF工藝實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了水資源的綜合利用.將單層膜架改為雙層膜架,提高了曝氣的利用效率,同時(shí)降低37.5%的通氣量,具有一定的節(jié)能效果.

3) 運(yùn)行成本需要綜合考慮運(yùn)行產(chǎn)水能耗費(fèi)用和清洗藥劑費(fèi)用,當(dāng)運(yùn)行條件設(shè)定為曝氣孔6孔、單簾膜面積11 m2和通氣量14 m3/h時(shí),可穩(wěn)定運(yùn)行165.35 h,同時(shí)噸水運(yùn)行成本達(dá)到最低,折合為1.30 元/t水,其中噸產(chǎn)水能耗為1.14 kW·h,噸水藥劑費(fèi)用為0.28元.

通過(guò)對(duì)曝氣孔的布置、單簾膜面積、通氣量、膜架層數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理的低耗化,為其他工藝方案的節(jié)能優(yōu)化提供一定的借鑒意義.