| ＫＤＦ金屬濾料運(yùn)用在反滲透預(yù)處理系統(tǒng)中可行性的初步研究 |
ＫＤＦ金屬濾料運(yùn)用在反滲透預(yù)處理系統(tǒng)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(xì)菌、重金屬離子及阻垢的效果,為ＫＤＦ在反滲透預(yù)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可行性依據(jù).
關(guān)鍵詞�。耍模啤》礉B透 預(yù)處理分類(lèi)號(hào) ＴＱ028 8
隨著科技及工業(yè)的發(fā)展,反滲透作為純化、分離、富集的先進(jìn)高科技手段,愈來(lái)愈受到人們的重視.但是,反滲透預(yù)處理一直是研究的難點(diǎn).在各種預(yù)處理方法中最主要的要求:(1)對(duì)ＣＡ膜,進(jìn)料液的余氯含量要求小于1μｇ/ｇ;對(duì)復(fù)合膜則要求小于0 1μｇ/ｇ.(2)防止細(xì)菌在膜面滋生以避免膜面侵蝕.(3)防止膜表面結(jié)垢.傳統(tǒng)的預(yù)處理方法工藝復(fù)雜,投資較大,因此,美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)家開(kāi)展了對(duì)反滲透預(yù)處理系統(tǒng)的深入研究[1,2].
1984年,由美國(guó)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(yīng)用的最新的預(yù)處理方法之一.ＫＤＦ集多種功能于一身,具有壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、經(jīng)反沖洗后可100%重復(fù)循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn),因此較之傳統(tǒng)的化學(xué)方法,具有工藝簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境的長(zhǎng)處,可廣泛地應(yīng)用于各種水處理領(lǐng)域,如保護(hù)反滲透系統(tǒng)、保護(hù)超濾微濾的濾膜和離子交換樹(shù)脂、控制冷卻塔水中的結(jié)垢、細(xì)菌及藻類(lèi)等.另外ＫＤＦ還可應(yīng)用于家用凈水器.我國(guó)于1995年底才引進(jìn)ＫＤＦ,應(yīng)用在無(wú)錫市超濾設(shè)備廠與泰國(guó)合資的反滲透飲用純凈水生產(chǎn)線(xiàn)的預(yù)處理系統(tǒng)中,將ＫＤＦ與活性炭混裝,但未對(duì)其使用效果作詳細(xì)考察.ＫＤＦ在我國(guó)的應(yīng)用剛剛起步,使用條件及實(shí)際效果需要結(jié)合國(guó)情來(lái)研究.
本文的目的就是引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),考察ＫＤＦ在反滲透預(yù)處理系統(tǒng)中的效果,尋求一種更有效的反滲透預(yù)處理手段,實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的目標(biāo).
1 實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)采用ＦｌｕｉｄＴｒｅａｔｍｅｎｔＩＮＣ.生產(chǎn)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(jìn)出口水樣進(jìn)行分析試驗(yàn).
2 結(jié)果與討論
2 1�。耍模迫コ杏嗦鹊男Ч�
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(wǎng)自來(lái)水作水源進(jìn)行反滲透脫鹽時(shí),由于通常管網(wǎng)自來(lái)水余氯含量為2～3μｇ/ｇ,因此本試驗(yàn)選擇的余氯含量約為通常含量的二倍,即5μｇ/ｇ和7μｇ/ｇ.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.
表1 不同濾速對(duì)ＫＤＦ去除余氯效果的影響
從表1的兩組數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)大大低于反滲透膜對(duì)余氯的嚴(yán)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(jiǎn)化了預(yù)處理的工藝,降低了反滲透預(yù)處理系統(tǒng)的投資.另外,美國(guó)ＫＤＦ流體處理公司推薦的濾速為42ｍ/ｈ,本試驗(yàn)在此基礎(chǔ)上將流速提高到96ｍ/ｈ時(shí),ＫＤＦ同樣表現(xiàn)出了優(yōu)異的去除水中余氯的作用,該參數(shù)無(wú)疑會(huì)使反滲透預(yù)處理設(shè)備的設(shè)計(jì)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(yàn)了余氯含量在3～10μｇ/ｇ的范圍內(nèi),ＫＤＦ去除余氯的效果.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.
表2 余氯含量對(duì)ＫＤＦ去除余氯效果的影響
由表2可見(jiàn),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(nèi),仍能滿(mǎn)足反滲透預(yù)處理對(duì)余氯的嚴(yán)格要求.總之,由上面的試驗(yàn)結(jié)果可以得出:在3～10μｇ/ｇ范圍內(nèi),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(duì)余氯的去除率增加.這充分說(shuō)明ＫＤＦ的作用效果與接觸時(shí)間有關(guān),接觸時(shí)間越長(zhǎng),ＫＤＦ的作用越明顯.可見(jiàn),ＫＤＦ的作用方式是動(dòng)態(tài)、緩釋的,完全符合它的英文名稱(chēng)的本意,同時(shí)也可以從另一個(gè)方面提示ＫＤＦ過(guò)濾器的設(shè)計(jì)人員和使用ＫＤＦ過(guò)濾器的水工藝設(shè)計(jì)人員,對(duì)于濾床高度、濾速應(yīng)該緊緊圍繞這個(gè)特點(diǎn)來(lái)選擇工藝參數(shù).
2 2�。耍模瞥Ч�
ＫＤＦ的抗菌特性是由于通過(guò)它時(shí)水中的氧化還原電動(dòng)勢(shì)改變而引起的.細(xì)菌在通過(guò)因氧化還原反應(yīng)而造成電動(dòng)勢(shì)急劇變化的電場(chǎng)時(shí),細(xì)胞壁難以承受張力的變化,從而不能存活.另外,在水中反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的羥基團(tuán)和過(guò)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(xì)菌、霉菌和酵母的效果.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(duì)大腸桿菌、霉菌和酵母菌的去除率平均都在90%以上,對(duì)總細(xì)菌數(shù)的去除率稍低一些,平均也在60%以上.由于細(xì)菌的存在不僅對(duì)膜面造成了侵蝕,細(xì)菌的尸體還易堵塞反滲透膜的通道,因此ＫＤＦ的除菌作用對(duì)反滲透系統(tǒng)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(shí)間有關(guān),本試驗(yàn)在上一個(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,鑒于其除雜菌的結(jié)果不很令人滿(mǎn)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(nèi)余水無(wú)法排盡,而這看似極少的存水實(shí)際上正是細(xì)菌生存繁殖的“樂(lè)土”,為了給解決凈水器中的余水問(wèn)題提供一個(gè)可選擇的方法.因此本實(shí)驗(yàn)同時(shí)作了ＫＤＦ延時(shí)殺菌效果的試驗(yàn).即在非流動(dòng)狀態(tài)下,ＫＤＦ對(duì)水中細(xì)菌的殺滅效果.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.
表4�。耍模瞥Ч�(濾速為9ｍ/ｈ)
由表4可見(jiàn),在濾速降低以后,ＫＤＦ的除菌效果明顯增強(qiáng),這表明在使用ＫＤＦ除菌時(shí)應(yīng)注意流速,以保證原水與ＫＤＦ的接觸時(shí)間;在延時(shí)殺菌效果上,對(duì)大腸桿菌延時(shí)殺菌效果最好,對(duì)雜菌效果略有下降,對(duì)霉菌和酵母的效果也很好,這說(shuō)明ＫＤＦ對(duì)解決凈水器的余水問(wèn)題有一定的作用,在凈水器、野外用水及屋頂水箱儲(chǔ)水等方面極具應(yīng)用潛力,是現(xiàn)有化學(xué)殺菌藥劑的最新替代品(屬于物理性殺菌).對(duì)反滲透系統(tǒng),除菌延長(zhǎng)了反滲透膜的使用壽命,延時(shí)殺菌則避免了在停機(jī)時(shí)細(xì)菌滋生而對(duì)膜面產(chǎn)生侵蝕所引起的運(yùn)行費(fèi)用的增加.
2 3 ＫＤＦ去除重金屬離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(shí)驗(yàn)主要測(cè)定了ＫＤＦ去除Ａｓ3+、Ｃｒ6+的效果,以期望解決某地區(qū)深井水除Ａｓ3+作飲用水以及某地區(qū)某電鍍廠下游用水問(wèn)題.在濾速為9ｍ/ｈ時(shí),Ａｓ3+濃度對(duì)ＫＤＦ除Ａｓ3+ 效果的影響.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5.
表5 濃度對(duì)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(duì)ＫＤＦ除Ｃｒ6+效果的影響.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6.
流速對(duì)ＫＤＦ去除Ａｓ3+和Ｃｒ6+的影響,其結(jié)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(duì)它的去除作用越強(qiáng).測(cè)出的數(shù)據(jù)和理論上的置換反應(yīng)的結(jié)果相差很遠(yuǎn),國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道的去除率均在90%以上,可能是由于試驗(yàn)裝置、規(guī)模及水質(zhì)條件均有待摸索,所以隨機(jī)變化較大.可以肯定,ＫＤＦ對(duì)去除重金屬離子有一定作用,將其用于反滲透預(yù)處理系統(tǒng),可以減小反滲透膜的負(fù)荷,從而延長(zhǎng)膜的使用壽命,相對(duì)降低了反滲透系統(tǒng)的成本.
2 4 ＫＤＦ的阻垢效果
通過(guò)高硬度ＭｇＣｌ2水溶液經(jīng)ＫＤＦ處理后,對(duì)ＭｇＣｌ2結(jié)垢形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn),未經(jīng)ＫＤＦ處理的高硬度水其水垢較致密,在器壁附著的較牢;經(jīng)ＫＤＦ處理過(guò)的水,其垢呈疏松的片狀,很易從器壁上取下.ＫＤＦ的阻垢機(jī)理目前國(guó)內(nèi)外尚在研究之中.筆者也準(zhǔn)備深入探討這一現(xiàn)象的本質(zhì)所在.
3 結(jié)論
1)ＫＤＦ對(duì)于去除余氯有明顯的效果.在3～10μｇ•ｇ-1的余氯含量范圍內(nèi),余氯含量增加,ＫＤＦ對(duì)余氯的去除率降低;濾速降低,ＫＤＦ的作用效果變好.在試驗(yàn)條件下,出水余氯含量均小于0 1μｇ•ｇ-1,完全滿(mǎn)足反滲透預(yù)處理對(duì)余氯含量的要求.在濾速為96ｍ/ｈ的條件下,對(duì)余氯的去除率仍在99%以上,突破了國(guó)外對(duì)濾速的要求.
2)在濾速為9ｍ/ｈ的條件下,ＫＤＦ對(duì)大腸桿菌、雜菌的去除效果平均在90%以上,對(duì)霉菌和酵母的去除效果更好,除此以外還表現(xiàn)了延時(shí)殺菌的優(yōu)異性能.因此,ＫＤＦ的殺菌、抑菌性能減少了對(duì)反滲透膜的侵蝕,防止了細(xì)菌阻塞流道.
3)ＫＤＦ對(duì)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(tǒng)的負(fù)擔(dān),延長(zhǎng)了膜的使用壽命.
4)ＫＤＦ具有一定的阻垢效能,但具體機(jī)理尚待研究.
5)上述ＫＤＦ的作用效果與接觸時(shí)間有關(guān),接觸時(shí)間越長(zhǎng),其作用效果越明顯.
參考文獻(xiàn)
1 楊慧琳 反滲透阻垢劑在國(guó)外的研究與應(yīng)用 膜科學(xué)與技術(shù),1990,10(2):49～55
2 鄭成 膜的污染及其防治 膜科學(xué)與技術(shù),1997,17(2):5～14 |
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