超滤与低污染反渗透膜在市政废水回用方面的应用研究.pdf

超滤与低污染反渗透膜在市政废水 回用方面的应用 美国海德能公司 MarkWiifPh．D， 徐平 摘要：市政废水回用工程中的膜污染引起人们对废水回用设计和运行的担忧。膜污染是因为在进行二级 处理之后，市政废水还含有高浓度的悬浮物、胶体和高水平的生物活性。使用膜技术处理市政废水需要 在反渗透系统之前进行非常好的预处理。传统的建立在消毒、絮凝、澄清和介质过滤之上的多级处理步 骤，还是对反渗透膜有非常高的潜在污染。大量的现场中试和商业反渗透系统应用结果表明不管膜材料 是醋酸纤维素还是复合聚酰胺，污染速度都非常快。为维持设计的产水量，膜必须频繁进行清洗。近来 一种新的预处理技术用到了市政废水的反渗透工艺上，它由可反洗的中空纤维结构的微滤和超滤膜组 成。这种膜预处理系统能处理二级排放水并能保持稳定的过滤水量和操作压力。中空纤维膜出水中胶体 和悬浮物含量比传统的预处理工艺出水低很多。在使用膜预处理的废水回用厂，反渗透膜的污染速度大 幅下降。采用低污染复合膜LFCl之后，反渗透膜污染速度下降得更多。在低污染膜中，脱盐层改进为 更具亲水性表面并且降低了其对溶解性有机物的亲合力。在市政水回用系统中使用低污染膜的运行结果 表明，其污染速度比清洁地下水源的R0系统还低。低污染速度归功于溶解性有机物在LFCl亲水性表面 较低的吸附力。很明显在低污染膜中，吸附的溶解性有机物层和膜表面之间的亲合力相对较弱。本文描 述低污染膜技术的性能并比较传统和中空纤维膜预处理的不同结果。市政废水回用系统的性能将与传统 膜技术进行比较。中空纤维超滤膜预处理市政二级排水并使运行参数最优化的结果也将在本文中细述。 传统预处理 传统处理市政废水的反渗透系统中，膜污染导致透过水量的降低。这表现为需要明显增加压力才 能维持设计透水通量。经过二级处理的市政排水含有高浓度的胶体物质、悬浮物和溶解性有机物。二级 处理过程通常包括生物处理(活性污泥澄清)，导致排水中高水平的生物活性。在进入反渗透系统之前， 应降低二级排水中胶体和固体物质并抑制生物活性。传统预处理的一个典型结构如图1，是目前建在洛 础上发展、改进和简化后的流程“’。预处理包括絮凝、石灰澄清、用C02再次碳酸化沉淀和慢速重力 过滤。采用加氯法控制生物活性。石灰澄清是提高给水水质非常有效的方法，但是太昂贵，占地面积大 且产生难以排放的淤泥。在一些更小的系统中，石灰澄清和重力过滤由在线絮凝取代，然后是二级压力 过滤和精密过滤。在21水厂，回用系统主要选择由醋酸纤维素制成的反渗透膜，这种膜在运行期问污 92 染迅速。图2和图3是21水厂醋酸纤维素膜的运行结果。给水压力(图2)最初是200psi左右，在一 段时间后不得不升至260psi以维持正常的透水量，在短时期内给水压力又不得不升至300psi以上。给 水压力持续上升，即使每2至3星期就清洗一次膜也是如此。但是脱盐率始终稳定在94—96％水平上(图 3)。在21水厂进行过大量的现场试验来评估复合膜在废水回用方面的适用性。令人鼓舞的是明显的高 水通量、低给水压力、低电能消耗和高脱盐率。超低压复合聚酰胺膜ESPA在2l水厂有代表性的运行结 为维持设计水通量，给水压力也不得不升至300psi以上，这相当于特性水通量下降80％以上。频繁的 清洗也没有能够缓和水通量减少的问题。同醋酸纤维膜的运行一样，ESPA的脱盐率稳定在97％左右(图 5)。考虑到给水中含有2-6ppm的总氯(以氯胺的形式)，这个结果非常突出。R0给水中氯胺的存在似 乎控制了生物活性并阻止细菌在R0系统中生长。在运行两年间，膜间压降保持稳定(图6)。快速污染 和通量下降等上述结果清楚表明传统的预处理工艺在处理市政排水时不能提供足够好的水质给R0系 统。 膜预处理 过去已有使用超滤膜做为R0预处理工艺的绝对屏障姑’。超滤和微滤膜有能力生产出比传统预处理 工艺好很多的水质。然而传统的卷式结构超滤膜不适合处理高污染的废水。膜表面没有严重污染和给水 通道没有堵塞时，超滤膜也不能在高水通量下运行。高错流给水流速，需要降低浓差极化，从而导致高 电量消耗。频繁膜清洗非常繁琐且不能有效恢复透水通量。近来中空纤维结构的新超滤技术开始出现∞’。 纤维丝孔内径为0．7-0．9mm，外径为1．3一1．9i／ira。商业用中空纤维膜有两个新特性： 1． 纤维丝频繁、短时、自动地进行冲洗(或有些组件反洗)，使系统在短期脱机时能保持稳定