| ＫＤＦ金屬濾料運用在反滲透預處理系統中可行性的初步研究 |
ＫＤＦ金屬濾料運用在反滲透預處理系統中可行性的初步研究
呂亞文 高以 姚仕仲 陳 莎 劉淑秀
摘 要 考察了ＫＤＦ(ＫｉｎｅｔｉｃＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎＦｌｕｘ)去除水中余氯、細菌、重金屬離子及阻垢的效果,為ＫＤＦ在反滲透預處理系統中的應用提供了可行性依據.
關鍵詞�。耍模啤》礉B透 預處理分類號 ＴＱ028 8
隨著科技及工業的發展,反滲透作為純化、分離、富集的先進高科技手段,愈來愈受到人們的重視.但是,反滲透預處理一直是研究的難點.在各種預處理方法中最主要的要求:(1)對ＣＡ膜,進料液的余氯含量要求小于1μｇ/ｇ;對復合膜則要求小于0 1μｇ/ｇ.(2)防止細菌在膜面滋生以避免膜面侵蝕.(3)防止膜表面結垢.傳統的預處理方法工藝復雜,投資較大,因此,美國、日本、俄羅斯等國家開展了對反滲透預處理系統的深入研究[1,2].
1984年,由美國ＤｏｎＨｅｓｋｅｔｔ首先研制成功的銅鋅合金的雙金屬濾料ＫＤＦ是近幾年才獲得應用的最新的預處理方法之一.ＫＤＦ集多種功能于一身,具有壽命長、維護方便、經反沖洗后可100%重復循環利用的優點,因此較之傳統的化學方法,具有工藝簡單、不污染環境的長處,可廣泛地應用于各種水處理領域,如保護反滲透系統、保護超濾微濾的濾膜和離子交換樹脂、控制冷卻塔水中的結垢、細菌及藻類等.另外ＫＤＦ還可應用于家用凈水器.我國于1995年底才引進ＫＤＦ,應用在無錫市超濾設備廠與泰國合資的反滲透飲用純凈水生產線的預處理系統中,將ＫＤＦ與活性炭混裝,但未對其使用效果作詳細考察.ＫＤＦ在我國的應用剛剛起步,使用條件及實際效果需要結合國情來研究.
本文的目的就是引進、消化、吸收國外的先進技術,考察ＫＤＦ在反滲透預處理系統中的效果,尋求一種更有效的反滲透預處理手段,實現高效、環保的目標.
1 實驗
本實驗采用ＦｌｕｉｄＴｒｅａｔｍｅｎｔＩＮＣ.生產的ＫＤＦ55雙金屬濾料,采用直徑15ｍｍ的玻璃管,ＫＤＦ填床高度為63.5ｃｍ,分別取進出口水樣進行分析試驗.
2 結果與討論
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ＫＤＦ去除水中余氯是基于以下原理:
Ｚｎ+Ｃｌ2 =Ｚｎ2+ + 2Ｃl-
Ｃｌ2+Ｈ2Ｏ=ＨＣｌＯ+ＨＣｌ
Ｚｎ+2Ｈ++ＣｌＯ-=Ｚｎ2++Ｃｌ-+Ｈ2Ｏ
2 1 1 不同濾速的影響
在采用市政管網自來水作水源進行反滲透脫鹽時,由于通常管網自來水余氯含量為2～3μｇ/ｇ,因此本試驗選擇的余氯含量約為通常含量的二倍,即5μｇ/ｇ和7μｇ/ｇ.試驗結果見表1.
表1 不同濾速對ＫＤＦ去除余氯效果的影響
從表1的兩組數據可以看出,在原水余氯含量下,出水余氯含量均小于0 1μｇ/ｇ,該數據大大低于反滲透膜對余氯的嚴格要求,而且在原水余氯相同的條件下,隨著流速的降低,ＫＤＦ去除余氯的效果趨于變好.這樣就避免了用氯除菌,殘留余氯再用活性炭吸附的工藝,大大簡化了預處理的工藝,降低了反滲透預處理系統的投資.另外,美國ＫＤＦ流體處理公司推薦的濾速為42ｍ/ｈ,本試驗在此基礎上將流速提高到96ｍ/ｈ時,ＫＤＦ同樣表現出了優異的去除水中余氯的作用,該參數無疑會使反滲透預處理設備的設計直徑變小,制造成本降低.
2 1 2 不同余氯含量的影響
在流速為76ｍ/ｈ的條件下,試驗了余氯含量在3～10μｇ/ｇ的范圍內,ＫＤＦ去除余氯的效果.試驗結果見表2.
表2 余氯含量對ＫＤＦ去除余氯效果的影響
由表2可見,隨著余氯含量的增加,盡管ＫＤＦ去除余氯的效果略有下降,但在此范圍內,仍能滿足反滲透預處理對余氯的嚴格要求.總之,由上面的試驗結果可以得出:在3～10μｇ/ｇ范圍內,余氯含量越低,ＫＤＦ去除余氯的效果越好;隨著流速的降低,ＫＤＦ對余氯的去除率增加.這充分說明ＫＤＦ的作用效果與接觸時間有關,接觸時間越長,ＫＤＦ的作用越明顯.可見,ＫＤＦ的作用方式是動態、緩釋的,完全符合它的英文名稱的本意,同時也可以從另一個方面提示ＫＤＦ過濾器的設計人員和使用ＫＤＦ過濾器的水工藝設計人員,對于濾床高度、濾速應該緊緊圍繞這個特點來選擇工藝參數.
2 2�。耍模瞥Ч�
ＫＤＦ的抗菌特性是由于通過它時水中的氧化還原電動勢改變而引起的.細菌在通過因氧化還原反應而造成電動勢急劇變化的電場時,細胞壁難以承受張力的變化,從而不能存活.另外,在水中反應時產生的羥基團和過氧化氫也具有干擾微生物的能力.
在濾速為50ｍ/ｈ的條件下,考察ＫＤＦ去除水中大腸桿菌、總細菌、霉菌和酵母的效果.試驗結果見表3.
表3�。耍模瞥Ч�(濾速為50ｍ/ｈ)
表3表明,在50ｍ/ｈ的濾速下,ＫＤＦ對大腸桿菌、霉菌和酵母菌的去除率平均都在90%以上,對總細菌數的去除率稍低一些,平均也在60%以上.由于細菌的存在不僅對膜面造成了侵蝕,細菌的尸體還易堵塞反滲透膜的通道,因此ＫＤＦ的除菌作用對反滲透系統是很有意義的.
在濾速為9ｍ/ｈ的條件下考察ＫＤＦ除菌效果,由于ＫＤＦ的作用效果與接觸時間有關,本試驗在上一個試驗的基礎上,鑒于其除雜菌的結果不很令人滿意,將濾速降為9ｍ/ｈ,再一次考察了ＫＤＦ的除菌效果.由于大部分凈水器腔體內余水無法排盡,而這看似極少的存水實際上正是細菌生存繁殖的“樂土”,為了給解決凈水器中的余水問題提供一個可選擇的方法.因此本實驗同時作了ＫＤＦ延時殺菌效果的試驗.即在非流動狀態下,ＫＤＦ對水中細菌的殺滅效果.試驗結果見表4.
表4�。耍模瞥Ч�(濾速為9ｍ/ｈ)
由表4可見,在濾速降低以后,ＫＤＦ的除菌效果明顯增強,這表明在使用ＫＤＦ除菌時應注意流速,以保證原水與ＫＤＦ的接觸時間;在延時殺菌效果上,對大腸桿菌延時殺菌效果最好,對雜菌效果略有下降,對霉菌和酵母的效果也很好,這說明ＫＤＦ對解決凈水器的余水問題有一定的作用,在凈水器、野外用水及屋頂水箱儲水等方面極具應用潛力,是現有化學殺菌藥劑的最新替代品(屬于物理性殺菌).對反滲透系統,除菌延長了反滲透膜的使用壽命,延時殺菌則避免了在停機時細菌滋生而對膜面產生侵蝕所引起的運行費用的增加.
2 3�。耍模迫コ亟饘匐x子及有毒離子的效果
以鉛為例,ＫＤＦ去除重金屬離子的原理可表示如下:Ｃｕ/Ｚｎ+Ｐｂ(ＮＯ3)2→Ｚｎ/Ｃｕ/Ｐｂ+Ｚｎ(ＮＯ3)2其中,Ｐｂ和Ｚｎ(ＮＯ3)2均附著在ＫＤＦ濾料上可以反沖洗掉.本實驗主要測定了ＫＤＦ去除Ａｓ3+、Ｃｒ6+的效果,以期望解決某地區深井水除Ａｓ3+作飲用水以及某地區某電鍍廠下游用水問題.在濾速為9ｍ/ｈ時,Ａｓ3+濃度對ＫＤＦ除Ａｓ3+ 效果的影響.試驗結果見表5.
表5 濃度對ＫＤＦ除Ａｓ3+效果的影響(濾速9ｍ/ｈ)
在濾速為9ｍ/ｈ的條件下,Ｃｒ6+濃度對ＫＤＦ除Ｃｒ6+效果的影響.試驗結果見表6.
流速對ＫＤＦ去除Ａｓ3+和Ｃｒ6+的影響,其結果如圖1所示.
從圖1可以看出,流速越小,ＫＤＦ去除重金屬離子的效果越好;重金屬離子的濃度越低,ＫＤＦ對它的去除作用越強.測出的數據和理論上的置換反應的結果相差很遠,國外文獻報道的去除率均在90%以上,可能是由于試驗裝置、規模及水質條件均有待摸索,所以隨機變化較大.可以肯定,ＫＤＦ對去除重金屬離子有一定作用,將其用于反滲透預處理系統,可以減小反滲透膜的負荷,從而延長膜的使用壽命,相對降低了反滲透系統的成本.
2 4�。耍模频淖韫感Ч�
通過高硬度ＭｇＣｌ2水溶液經ＫＤＦ處理后,對ＭｇＣｌ2結垢形態的觀察發現,未經ＫＤＦ處理的高硬度水其水垢較致密,在器壁附著的較牢;經ＫＤＦ處理過的水,其垢呈疏松的片狀,很易從器壁上取下.ＫＤＦ的阻垢機理目前國內外尚在研究之中.筆者也準備深入探討這一現象的本質所在.
3 結論
1)ＫＤＦ對于去除余氯有明顯的效果.在3～10μｇ•ｇ-1的余氯含量范圍內,余氯含量增加,ＫＤＦ對余氯的去除率降低;濾速降低,ＫＤＦ的作用效果變好.在試驗條件下,出水余氯含量均小于0 1μｇ•ｇ-1,完全滿足反滲透預處理對余氯含量的要求.在濾速為96ｍ/ｈ的條件下,對余氯的去除率仍在99%以上,突破了國外對濾速的要求.
2)在濾速為9ｍ/ｈ的條件下,ＫＤＦ對大腸桿菌、雜菌的去除效果平均在90%以上,對霉菌和酵母的去除效果更好,除此以外還表現了延時殺菌的優異性能.因此,ＫＤＦ的殺菌、抑菌性能減少了對反滲透膜的侵蝕,防止了細菌阻塞流道.
3)ＫＤＦ對重金屬離子具有一定的去除效果,在一定程度上減輕了反滲透系統的負擔,延長了膜的使用壽命.
4)ＫＤＦ具有一定的阻垢效能,但具體機理尚待研究.
5)上述ＫＤＦ的作用效果與接觸時間有關,接觸時間越長,其作用效果越明顯.
參考文獻
1 楊慧琳 反滲透阻垢劑在國外的研究與應用 膜科學與技術,1990,10(2):49～55
2 鄭成 膜的污染及其防治 膜科學與技術,1997,17(2):5～14 |
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