大多數(shù)礦石需要經(jīng)過前期的選礦工藝處理后，才能作為下一步的冶煉原料;而在選礦過程中，會產(chǎn)生出大量的工業(yè)廢水。
本研究旨在利用先進(jìn)的反滲透技術(shù)處理工業(yè)廢水，探討多種因素對整個系統(tǒng)運(yùn)行的影響。反滲透裝置預(yù)處理工藝是反滲透裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，本次預(yù)處理采用石英砂過濾、錳砂過濾、活性炭過濾、保安過濾、pH調(diào)節(jié)和阻垢劑投加等技術(shù)。該預(yù)處理工藝相對于傳統(tǒng)的絮凝沉淀、石灰軟化等工藝具有流程簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、出水穩(wěn)定、工作環(huán)境舒適等優(yōu)點(diǎn)。
1、試驗(yàn)裝置及條件
1.1 試驗(yàn)裝置
反滲透中試裝置采用2支陶氏FILMTEC8英寸抗污染反滲透膜(BW30-365/34i-FR)。陶氏FILMTEC膜元件進(jìn)水流道較寬，流動均勻，污染物不容易附著，且污染后的清洗效率很高。BW30-365/34i-FR反滲透膜在1.551MPa(225psi)壓力下，2000mg/L的NaCl溶液測試中，產(chǎn)水量為36m3/d，回收率為15%，脫鹽率達(dá)到99.5%。中試工藝流程如圖1所示。
中試裝置由原水調(diào)節(jié)池、曝氣裝置、一級提升泵、石英砂過濾器、錳砂過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器、加藥裝置、反滲透裝置等組成，見表1。
1.2 試驗(yàn)條件
中試裝置設(shè)置濃水回流設(shè)施，運(yùn)行過程中使部分濃水回流至高壓泵的前端，以達(dá)到調(diào)整反滲透進(jìn)水電導(dǎo)率的目的。試驗(yàn)持續(xù)80d，分別考察反滲透膜進(jìn)水溫度、pH、壓力、電導(dǎo)率等對脫鹽率的影響。
反滲透產(chǎn)水量維持1m3/h不變，反滲透膜的膜通量14.7L/(m2·h)。在研究某項(xiàng)因素對脫鹽率的影響時，維持其余項(xiàng)條件不變。例如，在研究溫度對脫鹽率的影響時，除了溫度變化，進(jìn)水壓力、進(jìn)水pH、進(jìn)水操作壓力等都維持不變。
根據(jù)試驗(yàn)的原水水質(zhì)，經(jīng)過專業(yè)軟件分析、計(jì)算，原水中添加阻垢劑型號為納爾科OSM60(T)，投加量為2.7mg/L。反滲透裝置示意圖如圖2所示。
1.3 原水水質(zhì)
中試在某大型鋼鐵企業(yè)尾礦庫附近進(jìn)行，利用潛污泵從尾礦庫直接抽水作為中試裝置的進(jìn)水，進(jìn)水濁度低、硬度高、含鹽量極高。原水水質(zhì)見表2。
1.4 分析指標(biāo)及方法
采用的主要分析設(shè)備及方法見表3。
2、結(jié)果與討論
2.1 進(jìn)水溫度對脫鹽率的影響
反滲透膜的標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率一般是在25℃時獲得的。因?yàn)榉礉B透膜的脫鹽率對進(jìn)水溫度的變化十分敏感，中試試驗(yàn)位于北方，所以有必要研究進(jìn)水溫度對出水脫鹽率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。
從圖3可以看出，隨著進(jìn)水溫度的升高，反滲透出水脫鹽率呈現(xiàn)明顯的降低趨勢：溫度在10℃時，反滲透出水的脫鹽率高達(dá)97.6%;溫度在25℃時，反滲透出水的脫鹽率約94.5%。
一般來說，隨著進(jìn)水溫度的升高反滲透膜的產(chǎn)水率會有一定程度的提高。但是，溫度的升高也會使出水脫鹽率下降。這主要是由于：隨著溫度的升高，原水中離子的擴(kuò)散速度會加快，離子更容易穿透反滲透膜，造成出水中的離子含量升高，脫鹽率下降。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮溫度對反滲透產(chǎn)水量和脫鹽率的影響，保證進(jìn)水溫度在20℃左右。進(jìn)水溫度過低，反滲透膜產(chǎn)水率下降;進(jìn)水溫度過高，反滲透的脫鹽率也會明顯下降。因此，反滲透進(jìn)水的溫度控制非常重要。
2.2 進(jìn)水壓力對脫鹽率的影響
反滲透的進(jìn)水壓力是維持反滲透裝置正常運(yùn)行的最主要條件之一。試驗(yàn)過程中，保持反滲透裝置的產(chǎn)水量為1.0m3/h，并維持其余條件不變，驗(yàn)證進(jìn)水壓力對反滲透脫鹽率的影響。
進(jìn)水壓力采用變頻泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)水壓力分別在0.80、0.85、0.90MPa下各運(yùn)行10d，每天進(jìn)行相應(yīng)記錄。在進(jìn)水壓力相同的情況下，由于膜的污染、溫度的變化等，脫鹽率略有不同。進(jìn)水壓力對出水脫鹽率的影響如圖4所示。
從圖4可以看出，在產(chǎn)水量恒定的條件下，隨著反滲透進(jìn)水壓力的減小，裝置的脫鹽率也有明顯的降低。
反滲透出水的脫鹽率主要是由反滲透膜本身的化學(xué)性質(zhì)決定的，進(jìn)水壓力并不會影響離子的透過率。但是，隨著進(jìn)水壓力的降低，反滲透的脫鹽率也有明顯的降低。因?yàn)殡S著進(jìn)水壓力的提高，反滲透膜表面的水流速度也隨之提高，水流速度的升高降低了反滲透膜的濃差極化，從而使反滲透裝置的脫鹽率有了明顯的提高。
2.3 進(jìn)水pH對脫鹽率的影響
根據(jù)陶氏膜組件的操作手冊，當(dāng)反滲透膜進(jìn)水pH控制在2～11時，pH不會對反滲透的產(chǎn)水量產(chǎn)生影響。然而即使在允許pH范圍內(nèi)，pH對脫鹽率也有較大的影響，這主要是基于以下2方面原因：
1)反滲透膜表面附著大量親水性聚合物，pH影響親水性聚合物的電場排列，電場排列的變化會影響到原水中帶電離子的遷移;
2)原水中有大量的CO2，CO2在水中的形態(tài)受pH的影響。較低pH時，水中CO2以氣態(tài)形式存在，容易穿透反滲透膜，造成脫鹽率較低;較高pH時，水中的氣態(tài)CO2部分轉(zhuǎn)化為CO2-3、HCO-3，不容易透過反滲透膜，會使脫鹽率升高。
通過在線pH調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH，連續(xù)30d監(jiān)測進(jìn)水pH對出水脫鹽率的影響如圖5所示。在pH相同的情況下，由于膜的污染、溫度的變化等，脫鹽率略有不同。
從圖5可以看出，反滲透裝置的進(jìn)水pH在5.5～8.0，隨著pH降低，反滲透膜脫鹽率有明顯降低。在實(shí)際工程中，反滲透膜的進(jìn)水應(yīng)盡量維持在中性環(huán)境中，使脫鹽率盡量維持穩(wěn)定。
2.4 進(jìn)水電導(dǎo)率對脫鹽率的影響
通過在原水中添加反滲透濃水，使反滲透進(jìn)水的含鹽量升高，電導(dǎo)率上升非常明顯;但反滲透膜的脫鹽率不僅沒有降低，反而有一定的上升，見圖6。
一般情況下，進(jìn)水含鹽量越高，滲透壓也越高，在維持反滲透進(jìn)水壓力恒定的情況下，凈壓力將明顯減少，產(chǎn)水量會隨之降低。如果維持產(chǎn)水量不變，就需要增加進(jìn)水流量。反滲透膜的透鹽率與反滲透膜兩側(cè)的離子濃度差成正比，濃度差越大，透鹽率就越高，從而導(dǎo)致反滲透出水的脫鹽率下降。但在本試驗(yàn)中，隨著反滲透進(jìn)水含鹽量升高，反滲透的脫鹽率有一定的上升。低電導(dǎo)率時，反滲透膜的進(jìn)水流量為8m3/h;高電導(dǎo)率時，反滲透膜的進(jìn)水流量為9.4m3/h，而反滲透膜通量14.7L/(m2·h)保持不變。中試產(chǎn)水量都維持在1.0m3/h，這樣就需要增加進(jìn)水壓力。隨著反滲透裝置的進(jìn)水流量和操作壓力的增加，反滲透膜表面的水流速度會明顯加快，由于水流速度的加快降低了反滲透膜兩側(cè)的濃差極化，進(jìn)而使反滲透膜的脫鹽率有所提高。
3、結(jié)論
反滲透系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，進(jìn)水溫度、進(jìn)水壓力、含鹽量、pH等對反滲透裝置的脫鹽率有一定影響。在分析反滲透裝置的脫鹽率時，不能獨(dú)立地分析某個因素，應(yīng)綜合分析各個影響因素，從而找出最佳的設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件。
相對傳統(tǒng)水處理工藝而言，膜法水處理工藝效果好，對環(huán)境影響小，占地面積小，運(yùn)行簡單，易于控制。進(jìn)一步研究膜法水處理工藝的參數(shù)和影響因素，能夠大大降低膜法水處理的運(yùn)行成本，提高膜法水處理工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，使膜法處理工藝在各種廢水中的應(yīng)用更加廣泛，為我國的水處理行業(yè)進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。(來源：中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司)
