納濾膜技術用於淋浴水回用的實驗研究

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摘要： 淋浴水是各類排水中水質最穩定，匯集容易，便於凈化，可就近回用的水資源。它約占生活污水量的30%，屬於良質污水。直接過濾—納濾組合工藝用於淋浴水回用在技術上是可行的。納濾膜出水水質達到現行的生活飲用水標準（GB5749-85），能夠滿足淋浴水回用的要求。 關鍵詞： 淋浴水 納濾膜 回用 1 概述pH臭 濁度NTU LASmg/LTOCmg/l 電導率μs/cm 硬度mg/L(以CaCO3計)大腸菌群個/L 7.71 芳香 60.34.89　　國外有關淋浴水回用的研究主要表現在兩個方面[1-3]：美國宇航局關於太空站需要可行且能耗低的淋浴水回用設備。國內也進行瞭一些淋浴水作為中水回用的研究[4，5]。他們的水處理工藝基本表現為微濾、超濾、反滲透及常規處理工藝。2 工藝簡介 　　淋浴水回用的工藝流程簡介如下：2.1 預處理工藝 2.1.1 加藥　　采用中國科學院生態環境中心制聚合鋁，借鑒Kunio Ebie等[6]的修正燒杯試驗方法確定聚合鋁的最佳投藥量為12mg/L，從泵前投藥至進入絮凝過濾器約2min。　　根據燒杯試驗結果，我們采用直徑10cm的陶粒柱（裝填高度70cm）進行試驗，濾速控制在10m/h。在試驗條件下，整個預處理工藝（陶粒過濾-5微米濾芯過濾）對有機物的去除率不高，約30%左右，對濁度的去除達83.1%，但從污染指數SDI來看預處理效果能夠滿足膜進水的SDI（≤5）要求。 2.1.3 5微米過濾器2.2 納濾膜組合工藝 　　納濾膜是一種介於超濾與反滲透之間的分離膜，本試驗選用美國Trisep公司TS80-4040膜（其截留分子量280-300，為聚酰胺復合膜），並聯方式運行，試驗以0.7MPa作為最佳的操作壓力，回收率在75%左右（采用濃水回流系統）。淋浴水溫一般為37～40℃，這有利於提高膜的產水量。假設由於補充新鮮水，使混合膜進水水溫為30℃（在冬季會低些），此時膜產水量較25℃增加17%，這將節省設備投資。3 納濾膜設備對淋浴水處理效果評價 3.1 常規水質分析　　操作壓力為0.7MPa下膜進出水的水質特征見表2。 表2 TS80膜的進出水水質 測定項目TS80膜 進水 產水電導率　　 μs/cm566 33TOC　　　　 mg/L11.6～75.7耗氧量　　　 mg/L57.554.38濁度　　　　 NTU 10.2 0.46 95.5LAS　　　　 mg/L3.21 0.26氨氮　　　　 mg/L18.9492.3 pH 7.75～8.61 6.40～7.35 -水溫　　　　 ℃ 14～30 硬度（CaCO3計）mg/L95.266.68 0.599899.1 Mg2+　　　　 mg/LAl3+　　　　　　　 mg/L0.1950 0.0154 92.1Na+　　　　　 mg/L 9.9703.637 0.6254 82.80.0180Pb3+　　　　 mg/L0.0296 10.6Cl-　　　　　 mg/L18.644.7318.94 92.3 SO42-　　　　 mg/L 52.10.53 99.03.1.1 對離子的去除 　　從表1可看出，TS80膜對鈣、鎂離子的去除率很高，達99%以上，這一點也可從硬度的去除效果得出（95.2%）。對單價離子的去除較二價或多價離子稍低，在80%左右。除Al3+以外，陽離子的去除率隨離子有效半徑的增加而增加，陰離子也表現出同樣的趨勢。 3.1.2 pH值的變化 　　TS80膜產水的pH值較進水pH值下降1.3個單位。這是由於CO32-,HCO3-,CO2,OH-和H+透過膜的能力不同，原先進水的平衡被破壞而造成的，故產水 pH值為6.40～7.35。 3.1.3 對陰離子洗滌劑（LAS）的去除 　　在試驗條件下，TS80膜對LAS的去除率在91.9%，這是因為：TS80膜雖然屬於傳統軟化膜，但是表面活性劑容易吸附在膜面上，並顯著的影響膜表面電荷，其中陰離子洗滌劑能使膜面上負電荷增強，等電點降低[7]，從而使TS80膜表面呈一定的電負性，因此對陰離子洗滌劑的去除率高。同時，陰離子洗滌劑的分子量也決定瞭它的高去除率。表3 微生物的分析結果水樣 細菌總數(個/mL) 大腸菌群(個/L)污水未檢出 未檢出 4無法計數 20未檢出未檢出 未檢出 未檢出 　　從表3可以看出，納濾膜對細菌有很好的去除率，其出水滿足GB5749-85的微生物學指標。這說明利用納濾膜作為物理消毒方法以取代常規的化學消毒是可行的。 4 納濾膜設備的系統設計　　Eriksson[9]認為納濾系統可采用滲透回壓、增設中間加壓泵和濃水回流等三種方法來提高回收率。通過比較，我們在淋浴水納濾膜處理中采用一段濃水回流系統（回流至中間水箱），以獲得最大的水利用率（回收率），運行情況見表4。表4 TS80膜的運行情況時間min電導率μs/cm 壓力MPa 中間水箱水的體積L 流量L/h 濁度NTU TOC溫度℃16產水 6.400.724.130 進水587　　 　 　產水240.7 23.7 　進水7.93 677 　 74.2 　　6.65270.7 23.4　90進水　 18.9 17 產水0.7123.1 　0.2120進水　 52.1　產水 6.9542 0.70　 　180進水8.48 135029.3 　19產水 7.20 78 0.71 21.3　 1.3 210 進水 8.611840 　20產水 7.35 1212.5 　　由表4可以計算出TS80膜的最大回收率Y為：（99.3-17.9）/99.3=82.0%，此時，膜的產水量下降瞭28.4%（經溫度修正），這說明膜已受到污染，需要清洗。而在運行瞭180min後，膜的產水量就已經下降瞭20.5%，此時回收率為70.5%。因此，建議在實際運行時，納濾膜的回收率控制在75%，這可相對減緩膜的污染。 　　隨著回流運轉時間的增大，由於濃水污染物濃度不斷增加，同時pH值亦升高，使得膜進水中的溶質濃度及pH值增加，而溶質透過膜是與進水中溶質濃度直接相關的，所以產水中的電導率和pH值也逐漸增高。產水中TOC升高的原因可以認為是：①隨著回流次數的增加，膜面上產生瞭較高的濃差極化；②高濃度的TOC和電導率會壓縮膜面上的電荷密度，使得膜對某些有機物的排斥力減小。此外，某些有機物的分子結構在高TOC和含鹽量（TDS）環境下會發生變化，使得這些有機物難以被膜去除[10]。回流試驗表明：循環系統的膜污染問題值得註意。 5 結論　　1.直接過濾—納濾組合工藝用於淋浴水回用在技術上是可行的。納濾膜出水水質達到現行的生活飲用水標準（GB5749-85），能夠滿足淋浴水回用的要求。 　　2.建議納濾系統的操作壓力為0.7MPa，回收率75%（采用濃水回流系統）。 　　3.納濾膜對無機鹽去除是靠離子的電荷密度，有效半徑和膜間的靜電作用，對中性物質的去除是靠尺寸大小，對有機物的去除決定於有機物的結構特征（如分子量、極性）與有機物同膜間的相互作用關系。 　　4.納濾膜對病原菌等微生物有很高的去除率，膜出水沒有檢出白假絲酵母、銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌。這說明利用納濾膜作為物理消毒方法，以取代常規的化學消毒方法是可行的。 參考文獻　　1.W.D.Burrows et al.. Nonpotable reuse: development of health criteria and technologies for shower water recycle. Wat. Sci. Tech.,1991,23(9):81-88 　　2.Doug Snowdon. Shower water recovery by UF/RO. SAE paper No. 911455,21th Intersociety Conference on Enviromental Systems, San Francisco, July 1991　　3.E. Verostko et al.. Test results on reuse of reclaimed shower water-a summary. SAE paper No.891443, 19th Intersociety Conference on Environmental Systeems, San Diego, July 1989 　　4.崔召女等.洗浴水凈化和回用研究.見：資源、發展與環境保護—第三屆海峽兩岸環境保護學術研討會。北京：中國環境科學出版社，1995：90-94 　　5.劉靜偉等。超濾法處理賓館洗浴廢水及超濾裝置的研制開發.膜科學與技術，1998，18（5）：35-37 　　6.Kunio Ebie等.直接過濾法處理寒冷地區高色度地表水.見：給水與廢水處理國際會議論文集.北京：中國建築工業出版社，1994：32-43 　　7.E.Childress et al.. Effect of sollution chemistry on the surface charge of polymeric reverse osmosis and nanofiltration membranes. J. Of Membrane Science, 1996,19(2):253-268 　　8.Eisenberg, Talbert N. Reverses osmosis treatment of drinking water. Stoneham: Butterworth Publishers, 1986:27 　　9.Peter Eriksson. Nanofiltration extends the range of membrane filtration. Environmental Progress, 1988, 7(1):58-62　　10.Paul Fu et al.. Selecting membranes for removing NOM and DBP precusors. J. AWWA, 1994,84(11):55-72 Tags:禮品,souvenir,贈品,文具,紀念品,環保,環保袋批發,禮品訂造,筆,餐具,帆布袋,canvas bag,獎座,毛巾,水樽