的生物法,是指利用反硝化细菌和硝
膜分离技术是一种高效分离技术,常见的有超滤(UF)、纳滤(MF)、电渗析(ED)、反渗透(RO)等,纳滤膜是介于反渗透膜和超滤膜之间,也称为低压或疏松反渗透膜,其允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。它因能截留物质的大小约为纳米而得名,它截留有机物的分子量大约为150~500左右,截留溶解性盐的能力为90%以上,其凭借巨大的高效分离技术优势,广泛用于制药、生物化工、食品、石油化工、废水处理等诸多领域。
1、纳滤膜的特性
1.1 纳滤膜的荷电性
纳滤膜具有荷电特性,其荷电性与膜材料以及制造工艺等相关联,荷电对纳滤膜抗污染性能也有一定的影响。
1.2 纳滤膜具有分离特性和选择特性
纳滤膜对无机离子的去除介于反渗透膜和超滤膜之间,它对不同的无机离子有不同的分离特性,如它对Mg2+,Ca2+,SO22-的去除率远远高于对Na+,Cl等的去除率,这是纳滤膜与反渗透膜分离性能的主要差别。纳滤膜一般对分子量在200以上的有机物具有较好的分离效果,去除率大于90%,纳滤膜对憎水性的有机物去除效果好(97.5%以上),而亲水性的有机物一般为小分子有机物,可以较顺利地与水分子一起透过纳滤膜,从而说明纳滤膜对有机物去除的选择性。
2、纳滤膜在冶金工业废水中的应用
为解决工业废水污染问题,纳滤膜技术凭借其节能效果显著、技术成熟可靠的优势,广泛应用于各行业的废水处理领域中。有色金属冶炼企业采用纳滤膜技术与其他方法相结合的方式解决工业废水污染问题,走出了一条绿色工业发展道路。本文以韶关冶炼厂运用纳滤膜技术处理废水为工程实例,探讨纳滤膜在冶金工业废水中的应用。
韶关冶炼厂工业废水深度处理站采用生物制剂处理重金属的化学沉淀法、纳滤膜分离技术、反渗透膜水处理系统和浓水蒸盐结晶系统,工业废水经处理经上述流程后回用于生产用水,膜系统产生的浓水蒸发结晶,实现工业废水零排放。纳滤膜水系统处理工艺“多介质过滤器+超滤系统+纳滤系统”,运行中水的回收率保持在80%以上,其在废水零排放工程中起到了重要作用。在纳滤膜的实际运行中,由于冶金废水成分复杂,原水水质变化大,系统工艺流程长,设备多等特点,决定了纳滤膜在应用中会出现较复杂的技术问题,对其运行中出现的技术问题进行分析,并采取针对性的应对措施,是实现纳滤膜系统在冶金工业废水领域应用的关键。
2.1 现状调查
膜工艺中的纳滤膜系统进水保安过滤器滤芯,是为了有效截留预处理中未能完全去除或新产生的悬浮颗粒进入纳滤膜系统,同时降低SDI值,保护纳滤膜膜。运行过程中易出现段膜压差增长过快,滤芯污堵严重,膜系统不能正常运行的现象。一般状况下,每星期需更换一批滤芯,恶劣条件下2天~3天就需更换一批,影响纳滤膜运行稳定性。通过观察纳滤膜工艺的运行,出现以下几个主要问题:
①膜工艺纳滤膜系统中,滤芯和纳滤膜易出现污堵现象,保安过滤器的滤芯污堵严重,易长菌、结垢,造成进水保安过滤器在运行中出现压差增长过快,保安过滤器的滤芯需频繁更换新滤芯,影响纳滤膜系统运行稳定及其使用寿命;
②纳滤膜需高频率进行化学清洗和物理清洗,使得膜工艺纳滤膜系统不能持续运行,降低了膜工艺的产水率,同时增加了工人的工作量,影响了膜系统的运行成本。
2.2 原因分析
为解决以上问题,我们对保安过滤器的滤芯和纳滤膜进行检查,发现其的外表均附着一层白色物质,另外还有少量的黏糊物。
经化验白色物质为硫酸盐、磷酸盐和氟化盐,黏糊物为微生物。经化验分析确认纳滤膜系统遭受化学污染和生物污染。
为了寻找化学污染来源,我们对进膜原水水质进行化学分析,水中含有:钙离子、镁离子、铁离子、硫酸根离子、磷酸根离子、氟离子等成分。这些物质进入保安过滤器后,当进水PH值偏高时,首先会在滤芯表面形成沉淀物,被滤芯截留,导致滤芯结垢受到污堵。
为了寻找生物污染来源,我们对膜工艺设备进行排查,膜系统的MMF反洗水箱、UF及纳滤膜的产水箱采用的均是密闭式水箱,通风性能差,在潮湿的环境中很容易滋生微生物;同样保安过滤器也长期处于密闭环境中运行,容易滋生微生物。
通过以上分析,我们不难发现,生物污染和化学污染就是导致纳滤膜污堵首要原因。
2.3 制定措施
化细菌,通过硝化作用将废水中的氨氮转化成为硝态氮或者是亚硝态氮,随后利用反硝化作用将使硝态氮或亚硝态氮转化成为N2,从而实现除氨氮的目的。但是传统的生物法只能处理低浓度的氨氮废水,高浓
提脱氨制氨水的处理方法包括汽提脱酸、汽提脱氨和氨水吸收三个技术相结合,终形成氨水产品。而汽提脱酸过程中,排出的二氧化碳和硫化氢等酸性气体会直接送入回收硫的装置中,继续回收酸性气体中的硫化氢。脱氨脱酸之后的废水可直
图2可以看出,经过30多天的富集驯化硝化菌基本富集成功,氨氮从进水的27mg/L逐步到出水稳定在0.6mg/L,氨氮去除率高达97%。出水的硝态氮由刚开始的0.35mg/L逐步增加到23.12mg/L,氨氮的硝化率高达85%。由此基本可以看出硝化菌富集成功,由于水样的成分比较复杂,各指标波动较大,为了能够使所驯化的硝化菌能够更好地在下阶段转移至反应器中取得更佳的效果,在现阶段基础上继续富集30天。
2.2 反硝化聚磷菌的富集驯化
2.2.1 厌氧-好氧富集PAOs阶段
实验直接取水厂污泥回流池活性污泥作为种泥直接进行富集驯化,每天运行3个周期,每个周期8h,采用进水(6min)-厌氧(180min)-曝气(240min)-静沉(60min)-排水(4min)的方式进行驯化(厌氧阶段包括进水时间,静沉时间包括排水时间)。实验中以匀质池原水为进水,通过磷酸二氢钾、乙酸钠和氢氧化钠来调节进水的有机碳和磷的含量以及pH值,进水COD平均在280mg/L,磷浓度在10mg/L,来满足适合聚磷菌生长所需要的合适的碳磷比和较高的碱性环境。每次进水量为10m3,运行期间MLSS为3000~4000mg/L,厌氧段保证溶解氧在0.2mg/L以下,好氧段保证溶解氧在2.5~3mg/L以上,污泥富集驯化阶段不排泥。此阶段中COD降解趋势见图3。
接再进行生化处理等一些列处理后回收再用。从而大限度的实现资源的二次利用。
汽提脱酸是利用汽提塔对废水进行汽提,将酸性气体从废水中分离出来,在塔底进行废水脱酸,脱酸之后的废水送入汽提脱氨装置中,塔顶获得的高浓度酸性气体送至硫回收系统继续回收硫化氢。汽提脱酸塔采用热泵精馏技术,充分利用联合装置的废水余热,可减少再沸器蒸汽的使用,汽提脱酸过程中温度控制比较关键,塔顶温度控制在40℃左右。保证塔顶只脱除酸性气体。
汽提脱氨采用高低压双汽提脱氨塔的工艺技术,经过脱酸处理的废水送入高压汽提脱氨塔,塔顶产生浓度较高的氨气,塔釜会产生脱氨废水,脱氨废水送入低压汽提脱氨塔塔釜中进行闪蒸。高压汽提脱氨塔塔顶氨气送入低压汽提脱氨塔精馏段进行精馏。低压汽提脱氨塔塔顶产生氨气送入氨气吸收塔中通过工艺水对氨气进行吸收,生成氨水产品。低压汽提脱氨塔塔釜废水经过脱氨处理后直接送到生化处理回收再利用。该技术氨氮脱除率在98%左右,并且能形成氨水产品,无废气排放,而且能充分利用煤气化工艺高氨氮废水的余热,能完全匹配煤化工连续化生产的方式。但该技术的投资较高,适合大规模煤气化高氨氮废水的处理。
度的氨氮废水会使硝化细菌和反硝化细菌死亡,无法起到硝化和反硝化作用。生化联合法则可以处理高浓度氨氮废水。生化联合法主要是基于以特殊结构为载体进行填料的生物活动流化床技术。这种技术可以在同一个处理单元中将活性污泥法和生物膜法紧密的结合在一起,在活性污泥池里放入一定量的载体填料,可以让微生物悬浮在填料的表面,从而形成一个微生物膜层。这个微生物膜层有利于消化细菌以及反硝化细菌的生长繁殖,这些菌群能够快速高效的解决煤气化工艺中高氨氮废水中的各种污染物,同时生物膜由外向内依次行程各种具有不同功能的区域,如厌氧区、兼氧区、一级好氧区等。各个区域之间相互促进、相互配合、相互利用,对废水中的氨氮进行逐级的消耗终以氮气的方式排放到大气中。除此之外,生物膜的形成结构不仅方便溶解氧渗透,而且还有利于洗涤基质,基质和溶解氧在生物膜上自外向内逐级递减,层状分布,这样可以有效降低废水中COD浓度,从而达到废水处理的目的。生化联合法运行条件温和,氨氮的去除率可高达98%。该技术也有缺陷,当废水中氨氮或盐分过高时,容易造成微生物生长受抑制或死亡。进而导致氨氮脱除失去作用。另外,该技术受温度影响较大,占用场地较大。
2、化学沉淀法
化学沉淀法是利用化学药剂与氨氮反应生成难溶物,从而脱除氨氮。磷酸铵镁沉淀法(MAP)是现在应用比较广泛的处理高浓度氨氮的方法。磷酸铵镁沉淀法(MAP),通过把Mg2+以及PO43-加入废水中,使NH4+与Mg2+以及PO43-发生反应生成难溶的MgNH4PO4结晶沉淀。从而将氨氮从废水中除去。一般在磷酸铵镁沉淀法前会进行预处理,通过催化氧化等方法使废水中的有机物降解成二氧化碳和水。该技术较为简单,氨氮回收率高可达到97%左右。形成的难溶物MgNH4PO4又称鸟粪石,可作肥料使用,实现资源回收利用。但是,该技术需要不断消耗药剂,所需的处理费用较高。另外,药剂的投入也可能产生新的污染。
