上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備解讀：水中硫酸鹽典型去除方法及特點(diǎn)
【上海水處理設(shè)備網(wǎng)shwebi.cn】原水中硫酸鹽含量較高是目前國(guó)內(nèi)飲用水領(lǐng)域的熱點(diǎn)水質(zhì)問(wèn)題之一。根據(jù)2012年—2019年的中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》,硫酸鹽是地下原水的主要污染物之一,近年來(lái)局部地表原水中也出現(xiàn)了硫酸鹽超標(biāo)的問(wèn)題。作為水中典型的陰離子,硫酸鹽含量增加會(huì)導(dǎo)致水體礦化度(總?cè)芙夤腆w)含量增大,并致使飲用水變苦、發(fā)澀,引起人們對(duì)水質(zhì)安全的質(zhì)疑。此外,硫酸鹽還會(huì)直接對(duì)人體健康發(fā)生負(fù)面影響,硫酸鹽含量較高的飲用水會(huì)造成腹瀉等問(wèn)題。國(guó)現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》GB57492022對(duì)硫酸鹽的限值為250mg/L
目前,針對(duì)水中硫酸鹽控制的方法主要有膜處理法(納濾、反滲透、電滲析)化學(xué)沉淀法、離子交換法等,吸附法、冷凍法、生物法也有相關(guān)的報(bào)道,但主要集中在研究階段。需要注意的,上述方法主要應(yīng)用于工業(yè)及廢水處置中,飲用水處置中的應(yīng)用和研究則相對(duì)較少�；谔幹眯Ч�(wěn)定等方面的要求,飲用水除硫酸鹽工程主要采用了以納濾、反滲透、電滲析為核心的膜處置組合工藝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“膜處理工藝”,取得了較好的凈化效果,但也存在明顯的建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用高、濃水產(chǎn)率高且難以處置等典型問(wèn)題,影響了其廣泛應(yīng)用�？紤]到硫酸鹽超標(biāo)原水的水質(zhì)特征及處置需求存在較明顯的差異,實(shí)際應(yīng)用中適用的處置技術(shù)也有一定的差別。因此,本文在對(duì)典型硫酸鹽去除技術(shù)處理效能及基本特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同原水硫酸鹽的去除需求及典型的工程應(yīng)用案例,探討飲用水除硫酸鹽技術(shù)的適用性,并針對(duì)后續(xù)發(fā)展方向進(jìn)行初步探討。
1水中硫酸鹽典型去除方法及特點(diǎn)
1.1膜處理法
1.1.1膜處理法的典型工藝流程及處理效能
具備硫酸鹽去除功能的膜處置法主要包括電滲析、反滲透和納濾3類(lèi)處理方法。為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行、緩解膜污染問(wèn)題,膜單元進(jìn)水的要求一般為渾濁度小于1NTU污泥密度指數(shù)(SDI小于3實(shí)際工程應(yīng)用中一般需設(shè)置前處理工藝,根據(jù)原水水質(zhì)情況可選擇多介質(zhì)過(guò)濾、活性炭吸附、超濾或微濾等工藝的一種或多種組合,局部高硬度原水還需要考慮增設(shè)軟化設(shè)施作為前處理。典型工藝流程如圖1所示。
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
圖1膜處置去除硫酸鹽的典型工藝流程
反滲透、納濾、電滲析這3類(lèi)膜處置工藝均可以有效去除水中的硫酸鹽,但去除率存在一定的差異,分別為≥97%80%95%40%70%然而,這3類(lèi)膜處置工藝建設(shè)本錢(qián)均較高,一般在2000元/m3d-1以上。上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備運(yùn)行本錢(qián)存在一定的差異,一般為0.52.5元/m3,其中電滲析運(yùn)行費(fèi)用最高,為1.22.5元/m3,納濾運(yùn)行本錢(qián)最低,可控制在0.5元/m3左右。
1.1.2膜處理法存在典型問(wèn)題
1膜污染
膜污染是膜處理工藝在工程應(yīng)用中普遍存在問(wèn)題之一,且過(guò)濾精度越高,膜污染問(wèn)題越嚴(yán)重。根據(jù)膜污染成分的差別,可分為有機(jī)污染和無(wú)機(jī)污染。其中,無(wú)機(jī)污染是除硫酸鹽過(guò)程中最主要的膜污染成分,主要原因是高回收率條件下,水中的陰、陽(yáng)離子得到極大的富集,增加了膜表面沉積的可能性。膜的無(wú)機(jī)污染涉及的成分比擬復(fù)雜,其中以各類(lèi)鈣鹽最受關(guān)注。圖2列出了近年來(lái)針對(duì)導(dǎo)致膜污染的典型無(wú)機(jī)鈣鹽的研究情況�？梢钥闯�,CaSO4導(dǎo)致膜污染最典型的物質(zhì)成分,BaSO4SrSO4等其他硫酸鹽也是造成膜堵塞的重要原因。因此,利用膜處置法去除水中硫酸鹽時(shí),硫酸鹽在膜上的堆積及其所導(dǎo)致的膜污染是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
圖2近10年來(lái)膜資料無(wú)機(jī)污染研究頻次
2膜污染控制措施
目前,規(guī)避膜污染的研究和應(yīng)用主要表示在新型膜資料研發(fā)及表面改性、高效前處理工藝的設(shè)置、新型阻垢劑的應(yīng)用和運(yùn)行操作條件優(yōu)化4個(gè)方面。
①新型膜資料研發(fā)及表面改性
膜的性質(zhì)是影響膜污染的重要因素,膜表面的粗糙度與其表面的無(wú)機(jī)顆粒堆積、結(jié)垢幾率呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。相關(guān)研究標(biāo)明,針對(duì)膜材料的調(diào)整或改性可以有效延緩硫酸鹽造成的膜污染:聚酰胺膜較乙酸纖維素膜更易導(dǎo)致硫酸鹽堆積,且更加難以清洗,因此,為防止硫酸鹽結(jié)垢,應(yīng)盡量防止采用聚酰胺膜;與疏水膜相比,CaSO4更易在親水膜表面結(jié)垢,可通過(guò)增強(qiáng)膜表面的疏水性抑制硫酸鹽結(jié)垢。
②高效前處理工藝的設(shè)置
結(jié)合導(dǎo)致膜污染的主要成分以及膜污染過(guò)程,膜工藝單元進(jìn)水應(yīng)控制合理的有機(jī)物、顆粒物及易堆積離子含量。因此,一般膜處置工藝前均設(shè)置活性炭吸附和多介質(zhì)過(guò)濾來(lái)去除有機(jī)物、顆粒物,特殊情況下考慮設(shè)置超濾或微濾強(qiáng)化顆粒物的去除。然而針對(duì)高含鹽量、高硬度原水則需增設(shè)軟化除硬設(shè)施,規(guī)避過(guò)量離子在膜表面的堆積:針對(duì)昆明高碳酸鹽原水的水質(zhì),采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作為預(yù)處理工藝,防止了反滲透膜臨時(shí)運(yùn)行結(jié)垢的可能性,大幅延長(zhǎng)反滲透清洗周期;采用磁絮凝作為預(yù)處理工藝,投加280mg/L石灰、40mg/L聚合氯化鋁(PA C75mg/L磁粉情況下,可將原水中418mg/L總硬度降低至166mg/L,有效延緩膜通量衰減。
③新型阻垢劑的使用
添加阻垢劑是目前最常見(jiàn)的控制硫酸鹽結(jié)垢的方法。投加少量的阻垢劑(通常為幾毫克每升)即可以與易堆積離子形成新的絡(luò)合物,減緩沉淀物的形成,且絡(luò)合物可以通過(guò)改變晶體結(jié)構(gòu)抑制晶體進(jìn)一步形成。目前常用的阻垢劑主要有聚磷酸鹽、聚丙烯酸和馬來(lái)酸酐。由于目前最廣泛應(yīng)用的磷酸鹽類(lèi)阻垢劑在水中易水解形成正磷酸鹽,發(fā)生Ca3PO42沉淀從而加劇膜結(jié)垢,且磷元素的存在易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化,應(yīng)用受到一定限制。近年研究的聚丙烯酸、馬來(lái)酸酐等阻垢劑具備良好的阻垢效能,且綠色、環(huán)保,后續(xù)經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用示范后具有較好的應(yīng)用前景。
④運(yùn)行操作條件優(yōu)化
優(yōu)化運(yùn)行操作條件主要通過(guò)改善過(guò)濾過(guò)程的流體動(dòng)力學(xué)來(lái)緩解硫酸鹽結(jié)垢。Lee等通過(guò)旋轉(zhuǎn)反滲透膜,增加離子碰撞的概率,促進(jìn)結(jié)晶的同時(shí),抑制沉淀顆粒堆積在膜表面,且加快反滲透膜的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)進(jìn)一步增加液體剪切力,有效緩解硫酸鹽在膜表面的結(jié)垢。然而,實(shí)際工程應(yīng)用中的效能尚需進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)控制膜進(jìn)水水質(zhì)、優(yōu)化膜進(jìn)水流速、優(yōu)化膜通量數(shù)值、改進(jìn)膜過(guò)濾周期等操作條件的改變也可在一定水平上減輕膜污染,延長(zhǎng)運(yùn)行周期和濃水排放周期、增加運(yùn)行壓力和提高產(chǎn)水率均會(huì)加劇膜污染,而增大錯(cuò)流速度則可有效緩解膜污染問(wèn)題。
1.2藥劑沉淀法
藥劑沉淀法的基本原理是通過(guò)投加藥劑使SO42-轉(zhuǎn)化為難溶性物質(zhì),并從水中析出、去除的過(guò)程。根據(jù)使用藥劑種類(lèi)的差別可分為保守藥劑沉淀法和新興藥劑沉淀法。
1.2.1保守藥劑沉淀法
保守藥劑沉淀法中常用的藥劑為BaCl2和CaCl2等,其涉及的反應(yīng)過(guò)程如式(1和式(2該方法目前常用在燒堿工業(yè)、礦井廢水等工業(yè)廢水的硫酸鹽去除過(guò)程。
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
1
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
2
研究結(jié)果標(biāo)明,通過(guò)投加BaCl2和CaCl2均可將原水中的硫酸鹽質(zhì)量濃度由512mg/L降低至250mg/L以?xún)?nèi)。BaCl2作為沉淀藥劑時(shí),處置流程簡(jiǎn)潔、效能較好,但藥劑本錢(qián)較高且有毒,不適用于飲用水處置;使用CaCl2整體運(yùn)行本錢(qián)較低,且可得到副產(chǎn)物石膏。考慮到CaSO4溶解度大[25℃時(shí)的溶度積為7.110-5mol/L2],去除效率低,僅適用于小型且原水中硬度低的飲用水處置。
1.2.2新型藥劑沉淀法
為解決保守藥劑去除效率低、處置本錢(qián)高、適用范圍窄等缺點(diǎn),近些年新型藥劑沉淀法被研發(fā)和應(yīng)用。新型藥劑沉淀法一般以添加鋁離子為特征,并同時(shí)投加鈣鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)硫酸鹽的強(qiáng)化去除:利用鋁離子水解產(chǎn)生的膠體對(duì)水中雜質(zhì)進(jìn)行吸附,并與水中硫酸鹽生成難溶性的鈣礬石(3CaOAlO3CaSO431H2O晶體,降低硫酸鹽在水中的溶解度,提高去除效率。上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備利用PA CCaCl2和CaO[或CaOH2]對(duì)寧夏某高硫酸鹽、高硬度原水進(jìn)行處理,結(jié)果標(biāo)明:PA CAlCl36H2OCaOH2以CaO計(jì))投加量分別為3030100mg/L時(shí),出水符合《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》GB57492022要求。鋁酸鈣是近年來(lái)廣受關(guān)注的另外一類(lèi)新型除硫酸鹽藥劑,且具有來(lái)源廣泛、價(jià)格廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。研究結(jié)果標(biāo)明,投加量為7.5g/L時(shí),可將原水的硫酸鹽質(zhì)量濃度由1000mg/L降低至低于250mg/L
1.2.3藥劑沉淀法所形成污泥的平安處置
根據(jù)投加藥劑不同種類(lèi),藥劑沉淀法會(huì)形成以CaSO4鈣礬石為主體成分的沉淀污泥,其后續(xù)的平安處置是影響其使用的關(guān)鍵因素之一。一般情況下,石膏常被用來(lái)作為污泥脫水處理中的骨架構(gòu)建劑,提高污泥的過(guò)濾性、降低污泥含水率,實(shí)現(xiàn)污泥的資源化。CaSO4廢渣也可作為水泥調(diào)凝劑,但需嚴(yán)格控制用量;鈣礬石可被用作硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)的原材料或砷酸鹽吸附劑,1g/L鈣礬石可以去除86%96%砷酸鹽。
藥劑沉淀法在處置高硫酸鹽飲用水過(guò)程中,根據(jù)藥劑不同可得到不同的副產(chǎn)物,但存在資料本錢(qián)過(guò)高等問(wèn)題,且在硫酸鹽去除過(guò)程中,因藥劑沉淀所需加藥量較大,可能引起飲用水水質(zhì)指標(biāo)發(fā)生進(jìn)一步變化。目前針對(duì)藥劑沉淀法的研究仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段,實(shí)際工程中,藥劑去除效率不明確,且投加和動(dòng)力費(fèi)用會(huì)導(dǎo)致制水本錢(qián)進(jìn)一步提高;僅鋁酸鈣粉用于苦咸水預(yù)處理工藝,尚無(wú)法作為有效處置單元進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。
1.3離子交換法
1.3.1離子交換法去除水中硫酸鹽的效能
離子交換法利用離子交換樹(shù)脂上的可交換基團(tuán),與水中硫酸鹽進(jìn)行離子交換,實(shí)現(xiàn)水中硫酸鹽的去除。
離子交換樹(shù)脂目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水中硫酸鹽的去除,如酸性礦山廢水和石油煉化廢水等工業(yè)領(lǐng)域,并取得較好的去除效果。相關(guān)研究結(jié)果標(biāo)明,離子交換樹(shù)脂可以用于飲用水中硫酸鹽的去除:利用A400和D301樹(shù)脂對(duì)原水中硫酸鹽進(jìn)行去除,初始質(zhì)量濃度為500mg/L原水最終出水質(zhì)量濃度低于250mg/L磁性離子交換樹(shù)脂(MIEX?可實(shí)現(xiàn)40%80%硫酸鹽去除,硫酸鹽質(zhì)量濃度由350420mg/L降低為220240mg/L目前尚未發(fā)現(xiàn)利用樹(shù)脂去除飲用水中硫酸鹽的典型工程案例,但根據(jù)已有研究成果,樹(shù)脂已具備實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。
離子交換法去除地下水中硫酸鹽具有簡(jiǎn)單、高效、可再生的優(yōu)點(diǎn),且一般離子交換樹(shù)脂對(duì)水中SO42-選擇性較強(qiáng),并可根據(jù)原水水質(zhì)調(diào)整運(yùn)行工況來(lái)滿足處置需求。然而需要注意在硫酸鹽去除的同時(shí),會(huì)有等當(dāng)量的陰離子(Cl-HCO3-OH-進(jìn)入水中,可能導(dǎo)致其他離子濃度超標(biāo)。
1.3.2離子交換廢液的平安處置
樹(shù)脂處置的再生廢液一般可達(dá)到總體處置水量的1%7%,具有高含鹽量的特征,需要進(jìn)行平安處置。樹(shù)脂再生廢液成分主要包括高濃度NaCl硫酸鹽及局部天然有機(jī)物(NOM,其中Cl-硫酸鹽和有機(jī)物質(zhì)量濃度分別達(dá)到2.619.10.324.30.041.60g/L[以可溶性有機(jī)碳(DOC計(jì)]
針對(duì)再生廢液中硫酸鹽的去除方法主要有沉淀法、生物法和膜處理。利用沉淀法處置實(shí)際再生廢液過(guò)程中,由于NOM覆蓋在成核和晶體生長(zhǎng)的位點(diǎn),對(duì)硫酸鹽沉淀過(guò)程抑制效果明顯,需要消耗大量偏鋁酸鈉和CaOH2,處置效果僅可達(dá)到8%Silva等利用生物厭氧反應(yīng)器對(duì)初始質(zhì)量濃度為1200035000mg/L工業(yè)廢水進(jìn)行處置,硫酸鹽去除率可達(dá)97%以上。但利用微生物處置則需堅(jiān)持廢水中COD/SO42-控制在>2,而目前廢液中的比例遠(yuǎn)低于此限值。因此,尚需進(jìn)一步研究廢液中硫酸鹽的合理處置方法。
樹(shù)脂再生廢液中的NOM主要為較小的帶電有機(jī)物,如腐植酸和富里酸,目前主要通過(guò)膜處置對(duì)有機(jī)物進(jìn)行處置。Elisabeth等利用二級(jí)電滲析技術(shù)對(duì)再生廢液中的有機(jī)物進(jìn)行回收利用,處置后的再生液與新鮮氯化鈉溶液混合后,水質(zhì)滿足重復(fù)利用的條件,但有機(jī)物中摻雜有大量HCO3-SO42-Na+限制了有機(jī)物的資源化利用。利用納濾+膜蒸餾工藝處置再生廢液,去除其中有機(jī)物并回收氯化鈉,但其生成的鹽純度缺乏以在化學(xué)工業(yè)中使用,僅可作為道路除冰鹽,且在過(guò)程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
利用膜處置實(shí)現(xiàn)再生廢液中有機(jī)物和硫酸鹽的同步去除,需考慮膜堵塞問(wèn)題,尤其是高濃度有機(jī)物造成的膜污染,需要進(jìn)一步研究確定。
1.4吸附法
吸附法利用多孔吸附資料與原水充沛接觸反應(yīng),將水中的SO42-吸附于吸附劑表面,從而實(shí)現(xiàn)與水的分離。目前吸附法主要應(yīng)用于礦山廢水、污水處置廠等處置單元中。
硫酸鹽吸附劑可分為無(wú)機(jī)吸附劑和有機(jī)吸附劑兩大類(lèi),其中無(wú)機(jī)吸附劑應(yīng)用較多。無(wú)機(jī)吸附劑主要有焙燒水滑石、柱撐蒙脫石、針鐵礦等。不同吸附劑吸附容量(25℃)及處置本錢(qián)如表1所示。
表1吸附劑吸附容量及處理成本
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
吸附法操作簡(jiǎn)單,吸附劑種類(lèi)繁多,但整體應(yīng)用本錢(qián)較高(表1,且吸附劑受水質(zhì)條件影響較大。目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,無(wú)實(shí)際應(yīng)用工程案例。
對(duì)前期飲用水中硫酸鹽去除工藝整理分析其優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件,結(jié)果如表2所示。
表2處置高硫酸鹽飲用水工藝優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
2飲用水中硫酸鹽去除技術(shù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀
由表2可知,現(xiàn)有的硫酸鹽去除技術(shù)中,膜處理法是相對(duì)幼稚且效果穩(wěn)定的處置技術(shù)。實(shí)際工程應(yīng)用中也主要采用了以反滲透、納濾和電滲析為主的膜處理工藝(表3
表3飲用水中硫酸鹽去除現(xiàn)狀工程項(xiàng)目
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
1電滲析工藝
電滲析工藝通過(guò)使用活性炭電極的電導(dǎo)率和吸附性能,電場(chǎng)力的作用下,將溶液中的陰陽(yáng)離子移至電極的兩端,形成一個(gè)中間去離子區(qū),從而實(shí)現(xiàn)了溶液的脫鹽。其脫鹽能耗與原水含鹽量呈正相關(guān),處置過(guò)程中存在無(wú)法去除不帶電荷的細(xì)菌和有機(jī)物,運(yùn)行過(guò)程易結(jié)垢等問(wèn)題,這阻礙了電滲析法在大規(guī)模飲用水除硫酸鹽工程中的推廣應(yīng)用。目前主要適用于低中鹽度苦咸水的小型飲用水處置工程,如長(zhǎng)島縣試驗(yàn)站中通過(guò)電滲析法淡化苦咸水,其脫鹽率在80%左右。
電滲析法在處置含懸浮物和高濃度COD工業(yè)廢水中,常與其他方法聯(lián)合使用。目前已有混凝-電滲析法聯(lián)合處置高礦化度礦井水的研究標(biāo)明,離子交換膜易受某些高價(jià)離子和有機(jī)物的污染,裝置運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生濃差極化引起結(jié)垢等。
2反滲透工藝
反滲透工藝可以有效降低出水中含鹽量(總?cè)芙夤腆w),上海純水設(shè)備且具有凈化效果好且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),水資源匱乏地區(qū)有明顯優(yōu)勢(shì)。然而反滲透技術(shù)在處置過(guò)程中需較高壓力驅(qū)動(dòng),導(dǎo)致處置能耗大、處置本錢(qián)高以及膜壽命的減少。因此,實(shí)際工程實(shí)踐中,反滲透處置出水與原水依照一定比例混合可降低制水成本。山東德州瑞源水廠以反滲透膜作為主體工藝對(duì)臭氧活性炭池的出水進(jìn)行了深度處置,處置后水中的硫酸鹽質(zhì)量濃度為1.54.5mg/L,去除率達(dá)到95%,膜過(guò)濾后的出水和活性炭池出水以1∶2摻混后經(jīng)消毒加壓后提供給用戶,其硫酸鹽質(zhì)量濃度在216.5mg/L,水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上節(jié)省了制水成本。
3納濾工藝
通過(guò)對(duì)實(shí)際工程案例的分析發(fā)現(xiàn),納濾工藝可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硫酸鹽的高效去除(>90%,且可局部去除總?cè)芙夤腆w(50%90%而結(jié)合其運(yùn)行情況可知,其動(dòng)力能耗較反滲透技術(shù)降低30%左右,可以顯著降低納濾膜過(guò)濾技術(shù)的運(yùn)行本錢(qián)。相較于反滲透工藝,納濾工藝因其運(yùn)行過(guò)程中能耗較低、廢水產(chǎn)率較低、可保存局部有益礦物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注,并成為目前水廠優(yōu)質(zhì)水生產(chǎn)中重點(diǎn)考慮的工藝。
但如果直接使用納濾膜過(guò)濾原水,由于空間位阻作用,水中的大分子有機(jī)物會(huì)在膜上沉積,從而發(fā)生較厚的污垢,這些污垢會(huì)阻止水通過(guò)納濾膜,增大濾液的阻力,從而導(dǎo)致納濾過(guò)程的通量降低,造成較為嚴(yán)重的膜污染,極大縮短納濾膜的運(yùn)行周期。因此,利用納濾工藝進(jìn)行硫酸鹽去除前,需要設(shè)置配套的預(yù)處置工藝去除有機(jī)物,例如超濾或微濾工藝。同時(shí),納濾膜運(yùn)行過(guò)程中也添加一定量的阻垢劑可以有效防止膜的結(jié)垢。
4雙膜法
雙膜法是為保證反滲透工藝和納濾工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)而將超濾或微濾工藝作為前置處置工藝的一種方法。由于超濾/微濾工藝可以有效截留大部分懸浮物、膠體和細(xì)菌等污染物,從而有效降低反滲透或納濾膜的污染,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該工藝具有占地少、工藝先進(jìn)、自動(dòng)化水平較高、處置效率高等特點(diǎn),能夠?qū)λw中的硫酸鹽進(jìn)行有效的去除,從而進(jìn)一步提高飲用水的質(zhì)量,目前飲用水處置工程中涉及納濾膜、反滲透膜過(guò)濾的常用的應(yīng)用方式。鄭斌等對(duì)兩種雙膜法工藝對(duì)地下水中硫酸鹽的去除效能進(jìn)行了研究,反滲透膜對(duì)硫酸鹽的去除率約為99%,納濾膜則為98%,反滲透膜去除效能略微高于納濾膜,但反滲透膜運(yùn)行時(shí)所需的壓力約為納濾膜的兩倍,造成的電耗相比納濾也高出許多。綜合經(jīng)濟(jì)分析,納濾更適合作為雙膜法的處置工藝。
3飲用水中硫酸鹽去除技術(shù)研發(fā)需關(guān)注問(wèn)題
3.1飲用水除硫酸鹽典型需求分析
硫酸鹽含量較高的水源主要苦咸水、高硫酸鹽地下原水和高硫酸鹽地表原水,其在原水水質(zhì)特征及處置需求上存在一定的差異。
苦咸水:當(dāng)海水入侵或蒸發(fā)作用較強(qiáng)、補(bǔ)給缺乏時(shí),水中離子濃度會(huì)增大,形成總?cè)芙夤腆w質(zhì)量濃度大于1000mg/L苦咸水,且以10005000mg/L低鹽度苦咸水為主,其水化學(xué)類(lèi)型多為SO4Cl-Na和SO4Cl-NaMg型�？嘞趟辛蛩猁}(以SO42-計(jì))氯化物(以Cl-計(jì))總硬度、總?cè)芙夤腆w普遍超標(biāo)(表4,直接處置難度較大,需要考慮多種離子的同步去除,膜處置技術(shù)可以較好地滿足處置需求。劉娟等認(rèn)為,處置礦化度小于1g/L苦咸水時(shí),可通過(guò)納濾進(jìn)行處理;13g/L苦咸水可利用反滲透技術(shù)進(jìn)行處置;36g/L苦咸水可采用納濾+反滲透的工藝流程;大于6g/L苦咸水,可采用膜蒸餾法進(jìn)行處理。需要注意的,針對(duì)局部硫酸鹽、總硬度含量均較高的苦咸水,進(jìn)行膜處置前尚需考慮軟化作為前置處置。
表4典型高硫酸鹽原水質(zhì)參數(shù)
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)
高硫酸鹽地下原水:國(guó)超過(guò)400座鄉(xiāng)村和農(nóng)村以地下水為飲用水水源。上海純水設(shè)備局部存在硫酸鹽超標(biāo)的問(wèn)題,主要來(lái)源為硫酸鹽巖石溶解和含硫礦物風(fēng)化,一般多分布于煤礦豐富區(qū)域。由于巖石的溶濾作用,典型高硫酸鹽地下原水普遍存在總硬度含量高的現(xiàn)象,需要考慮水中硫酸鹽和硬度的同步去除。針對(duì)高硫酸鹽地下原水的處置,可以選用膜處置工藝或者離子交換與硬度去除組合工藝。由于有機(jī)物發(fā)生的膜堵塞現(xiàn)象顯著降低,降低了膜處理成本,可利用膜工藝進(jìn)行處置,也可采取離子交換樹(shù)脂等工藝與硬度去除工藝聯(lián)合處置。特殊情況下,需要考慮除硬度軟化工藝與膜處理的組合使用,減輕膜污染問(wèn)題。
高硫酸鹽地表原水:此類(lèi)水源相對(duì)較少,主要是地表水源受到不同水平的污染地下水或煤礦尾水的影響,表示為硫酸鹽、總硬度以及有機(jī)物含量均較高的水質(zhì)特征。針對(duì)此類(lèi)水源,應(yīng)在強(qiáng)化地表水慣例處置工藝基礎(chǔ)上,增設(shè)針對(duì)性除硫酸鹽、除總硬度工藝,并適當(dāng)強(qiáng)化有機(jī)物的去除。納濾、離子交換+軟化除硬度可作為典型的選擇,并應(yīng)注意膜系統(tǒng)濃水或離子交換再生廢液的平安處置問(wèn)題。
3.2飲用水除硫酸鹽適用技術(shù)及后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)探討
可以看出,針對(duì)硫酸鹽含量較高的原水,比擬可行的處置工藝為以反滲透、納濾、電滲析為主的膜處置工藝和離子交換工藝,而這兩類(lèi)處理工藝在實(shí)際應(yīng)用中均存在一定的問(wèn)題,后續(xù)該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)與這些存在問(wèn)題的解決有一定的關(guān)聯(lián),具體表示在以下幾個(gè)方面。
1反滲透、納濾、電滲析等膜處理工藝的優(yōu)化和改進(jìn),具體包括新型膜材料的研發(fā)、綠色高效阻垢劑的開(kāi)發(fā)、膜處理工藝的組成及運(yùn)行條件優(yōu)化。
2離子交換工藝的改進(jìn)和提升,具體包括針對(duì)硫酸鹽去除的大容量交換樹(shù)脂研發(fā)、離子交換工藝的應(yīng)用模式及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、飽和離子交換樹(shù)脂的再生方法改進(jìn)。
3含鹽生產(chǎn)廢水的平安處置,具體包括典型膜處置工藝濃水的水質(zhì)特征分析及平安處置關(guān)鍵技術(shù)、樹(shù)脂再生廢液的平安處置及資源化利用等。 上海純水設(shè)備
4結(jié)論
1本文匯總了水中硫酸鹽典型去除技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件�，F(xiàn)有的硫酸鹽去除技術(shù)中,膜處理法是相對(duì)幼稚且效果穩(wěn)定的處置技術(shù)。
2對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中采用的反滲透、納濾和電滲析膜處理工藝的水質(zhì)條件、處置效能、本錢(qián)等參數(shù)以及實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了匯總。
3明確了硫酸鹽含量較高的3種水源:苦咸水、高硫酸鹽地下原水和高硫酸鹽地表原水的原水水質(zhì)特征及處理需求,并提出了相應(yīng)的處置工藝。
4針對(duì)硫酸鹽含量較高的原水,比擬可行的處置工藝為以反滲透、納濾、電滲析為主的膜處置工藝和離子交換工藝,后續(xù)該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)為相應(yīng)工藝的改造提升以及含鹽生產(chǎn)廢水的平安處置。
“本文由上海皙全水處理設(shè)備網(wǎng)提供任何人和單位不得轉(zhuǎn)載盜用”。
- 上一篇：上海實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備解讀：治理總氮，這3市有哪些“打法” 2023/11/30
- 下一篇：祝賀蘇州皙全純水設(shè)備有限公司年初八開(kāi)工大吉 2018/2/23
