【摘 要】
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作为一种先进分离技术,纳滤(Nanoflitration,简称NF)广泛用于水和废水的处理。纳滤水处理过程中,为防止膜结垢需要向进水中添加阻垢剂;纳滤处理循环冷却水的排污水时,水中也是含阻垢剂的。然而,阻垢剂对纳滤工艺性能的影响尚缺乏深入研究。本文选择典型阻垢剂氨基三亚甲基磷酸(Aminotris(methylenephosphonic acid),简称ATMP),通过纳滤膜的透过实验及扫描电子显
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作为一种先进分离技术,纳滤(Nanoflitration,简称NF)广泛用于水和废水的处理。纳滤水处理过程中,为防止膜结垢需要向进水中添加阻垢剂;纳滤处理循环冷却水的排污水时,水中也是含阻垢剂的。然而,阻垢剂对纳滤工艺性能的影响尚缺乏深入研究。本文选择典型阻垢剂氨基三亚甲基磷酸(Aminotris(methylenephosphonic acid),简称ATMP),通过纳滤膜的透过实验及扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)形貌分析等手段,分别考察了ATMP对纳滤分离性能的影响及其对残留混凝剂铝(Al)盐污染膜的抑制效果,并对含阻垢剂的循环冷却水系统排污水的纳滤处理工艺进行优化。主要研究内容与结果如下:(1)实验研究了阻垢剂ATMP对纳滤分离性能的影响。结果表明,ATMP对钙离子(Ca2+)截留率以及实验水样的p H有显著影响。总体来说,随着ATMP浓度增加,实验水样的p H下降,而纳滤膜对Ca2+的截留率增加,但在ATMP=10mg/L处出现截留率谷值和渗透通量峰值。进一步分析表明,ATMP影响纳滤膜分离性能的主要机理不是它对Ca2+的螯合效应,而是ATMP改变实验水样的p H值进而引起静电效应发生变化。当p H低于等电点(Isoelectric point,简称IEP)(≈p H5.5)时膜荷正电,对Ca2+静电排斥增强,呈现较高截留率;p H高于膜等电点后膜荷负电,在未出现ATMP-Ca不溶物时,截留率较低。(2)通过纳滤透过实验及污染膜的SEM形貌分析考察了残留Al的膜污染机理及ATMP对Al垢抑制效果。结果表明,膜污染随残留Al浓度及p H增加而加剧;残留Al引起膜污染的机理是Al盐水解形成荷正电的胶体,易与荷负电的膜发生吸附作用而聚集;添加ATMP后,通过螯合分散等作用可显著抑制Al垢在膜面累积,增加ATMP浓度可以有效地抑制残留Al引起的膜污染。但当p H较高时,ATMP可与Ca形成不溶Ca盐,反而降低其阻垢性能。(3)对含阻垢剂排污水的纳滤处理工艺开展优化研究。选择含阻垢剂的循环冷却系统排污水为纳滤处理对象,以纳滤系统产水水质稳定为优化目标,以部分纳滤预处理原水旁流掺混纳滤膜渗透水为优化方法对常规全(进水)纳滤系统进行优化并展开实验研究,确定了在纳滤回收率70%时优化的纳滤系统处理率为0.72~0.78,总产水的雷兹纳尔稳定指数(Riznar Stability Index,简称RSI)介于6.2~6.8,水质稳定;对优化的纳滤系统开展经济性评价。结果表明,与常规全(进水)纳滤系统相比,优化的纳滤系统的设备投资和年运行成本分别可减少约19.14%和28.64%,经济实用性更强。(4)为解决纳滤浓排水总磷(Total phosphorus,简称TP)超标问题增加的混凝除磷具有良好的效果,在p H=7.0、混凝剂聚合氯化铝(Polyaluminium chloride,简称PACl)的投加量达到120mg/L以上时,纳滤浓排水TP可低于0.5mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》的一级A标准。
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