董亞榮　王立棟　張金玲

(1.中國環(huán)境管理干部學(xué)院　河北秦皇島 066004；2.唐山水麗清科技有限公司　河北唐山 063000)

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反滲透膜應(yīng)用于鋼廠廢水回用膜污染研究*

董亞榮1王立棟1張金玲2

(1.中國環(huán)境管理干部學(xué)院河北秦皇島 066004；2.唐山水麗清科技有限公司河北唐山 063000)

以鋼廠實際運行中污染的反滲透膜為研究對象，采用SEM、能譜分析(EDS)等方法對膜面污染物成分和堿洗所帶出的污染物進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，反滲透膜表面的污染物主要為有機(jī)磷酸鋁、鈣、鎂等元素組成的無機(jī)化合物和有機(jī)污染物。

反滲透膜污染污染物分析

0　引言

近年來，反滲透技術(shù)因其具有較高的脫鹽率和處理后產(chǎn)水可作為鍋爐補(bǔ)給水，在廢水回用過程中發(fā)揮著重要的作用[1]，但其運行過程中膜污染問題嚴(yán)重制約了該技術(shù)的推廣。膜污染的形成過程復(fù)雜，因進(jìn)水組成成分、膜材質(zhì)、運行方式等因素引起系統(tǒng)脫鹽率下降、壓差升高、產(chǎn)水量降低等問題。因此，對反滲透運行過程中污染物剖析、污染膜清洗等研究已經(jīng)成為膜應(yīng)用技術(shù)研究的重點[2-4]。

隨著鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展和節(jié)水減排工作的開展，將反滲透技術(shù)應(yīng)用于鋼廠廢水回用越來越多，而對其膜污染的研究相對較少。筆者以鋼廠實際運行中污染的反滲透膜為研究對象，對污染物成分進(jìn)行分析，以便采取措施預(yù)防或延緩膜污染的發(fā)生。

1　試驗部分

原水取自某鋼廠外排廢水和地表水，采用混凝-超濾-反滲透聯(lián)合工藝，進(jìn)行廢水治理和脫鹽處理，以達(dá)到循環(huán)冷卻水使用要求，混凝劑采用PAC+PAM，PAC投加量為8.8 mg/L，PAM的投加量為1.25 mg/L，工藝流程圖如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

1.1儀器和材料

反滲透膜： BW30-400 /34i，美國陶氏化學(xué)公司。

儀器：XL-30 ESEM 環(huán)境掃描電鏡；EDAX-Apollo XV能譜分析儀；島津TOC-L 總有機(jī)碳分析儀。

1.2試驗方法

污染反滲透膜經(jīng)低溫真空干燥處理48 h，對待測樣品表面進(jìn)行真空鍍膜，采用SEM技術(shù)觀察被污染反滲透膜面污染物的形態(tài)；采用能譜分析儀掃描測定膜面污染物的元素組成；采用TOC分析儀測定被污染反滲透膜清洗液中有機(jī)物含量[5]。

2　結(jié)果與討論

2.1污染反滲透膜的表面形態(tài)

鋼廠反滲透裝置運行一年，肉眼觀察發(fā)現(xiàn)，污染膜表面污染物分布均勻，在元件適配器及抗硬力器上有白色物質(zhì)，端面有明顯的紅色粘稠物。

2.2反滲透膜端面污染物分析

采用SEM-EDX技術(shù)對膜表面進(jìn)行觀察，并對膜表面的元素進(jìn)行掃描，分析反滲透膜端面的污染物成分，選取3個不同點，結(jié)果如表1、圖2所示。同時，將干燥后的膜面污染物溶解于稀HNO3溶液中，進(jìn)行溶解實驗。

(a)點1

(b)點2

(c)點3

表1　SEM-EDX元素分析結(jié)果　%

注：元素含量百分比平均值是以3個不同分析點數(shù)據(jù)平均而得。

由表1分析結(jié)果可知，反滲透膜表面主要污染物元素為C(25.78%)，O(50.01%)，Al(10.34%) 及P(7.53%)，組成93.66%的膜垢成分；對照圖2中3個取樣點結(jié)果，以上4個主要元素的分布均勻，污染物成分均屬晶體狀。同時，污染膜表面的P含量相對進(jìn)水含磷量(0.28 mg/L)有所提高，而預(yù)處理投加藥劑幾乎均不含磷，判斷磷元素來自阻垢劑，純度差(雜質(zhì)磷含量高)的阻垢劑非常容易受到過量鋁元素電子電荷的影響，沉淀在膜表面，故判定污染物主要為有機(jī)磷酸鋁。另外，測定溶解液的TOC值為0.13%，可判定污染物中存在一定濃度的有機(jī)物。

2.3RO系統(tǒng)堿洗所帶出的污染物分析

采用SEM-EDX技術(shù)對RO系統(tǒng)堿洗所帶出的污染物進(jìn)行分析，污染物呈淺黃色，清洗用水為RO產(chǎn)水，清洗劑由NaOH，EDTA-Na(C10H12N2O8Na4)和Na-SDS(C12H25SO3Na)組成，分段清洗方式，將溫度控制在25～30 ℃，pH值在10～11內(nèi)，按照單個反滲透壓力容器計算，將清洗液以27 m3/h流量循環(huán)清洗5～15 min，增加流量至36 m3/h循環(huán)清洗10～15 min，然后將膜組件浸泡1 h，再以54 m3/h流量循環(huán)清洗30～60 min，最后將清洗液排出，用反滲透產(chǎn)水沖洗膜組件，重新運行系統(tǒng)。選取3個不同點，結(jié)果如表2、圖3所示。

圖3　樣品成分能譜圖

(1)根據(jù)測試結(jié)果顯示，膜垢主要元素成分為C(18.54%)，O(60.19%)，Ca(3.66%)，Na(8.66%) 及Mg(5.19%)，組成96.24%的膜垢成分；同上，3個取樣點的結(jié)果分布均勻，判斷污染物屬晶體狀物質(zhì)。

(2)C，O元素含量很高。分析認(rèn)為：一是膜內(nèi)污垢中有機(jī)物在堿性條件下被沖出來，聚集在堿液泡沫表面；二是源自碳酸氫鈣、碳酸鎂或碳酸鈣鎂類膜垢；三是清洗所采用的表面活性劑，Na-SDS(C12H25SO3Na)含有大量的C，O元素，如出現(xiàn)十二烷基影響SEM-EDX結(jié)果，碳元素含量較高，但是表2中分析結(jié)果顯示O明顯比C高出3倍左右，說明表面活性劑影響不大。

(3)分析結(jié)果顯示，鈣鎂離子含量偏高，說明水的硬度較大，甚至阻垢劑效果欠佳，導(dǎo)致碳酸鎂及碳酸鈣沉淀成膜垢。

(4)含有一定量的Al(0.27%)，P(0.60%)，S(0.62%)，且分布較為均勻。分析認(rèn)為：Al主要由預(yù)處理投加PAC混凝劑殘留導(dǎo)致；P主要由阻垢劑加藥量過高引起；S源自NaHSO3的投加。

3　結(jié)語

選取鋼廠廢水回用工程中運行一年的反滲透膜，通過SEM、能譜分析技術(shù)，對膜面污染物的形態(tài)特征及成分分析，對堿洗所帶出的污染物分析，判斷膜面污染物的主要成分為有機(jī)磷酸鋁、鈣、鎂等元素組成的無機(jī)化合物和有機(jī)污染物，同時伴有阻垢劑或阻垢劑雜質(zhì)與鈣、鋁離子結(jié)垢沉積、PAC投加過量穿透、NaHSO3過量投加等形成的污染物。由此，在系統(tǒng)運行過程中，通過加強(qiáng)預(yù)處理、調(diào)整加藥量、加強(qiáng)殺菌和清洗措施，預(yù)防或延緩膜污染的發(fā)生，為企業(yè)反滲透技術(shù)的運行提供保障。

[1]楊永強(qiáng),王玉杰,侯秀華,等.反滲透膜系統(tǒng)污染物的形貌及組成成分[J].化工環(huán)保,2013,33(5):461-464.

[2]李毓亮,金焱,張興.反滲透膜污染過程與膜清洗的試驗研究[J].水處理技術(shù),2010,36(3):46-48.

[3]XU PEI, BELLONA C, DREWES J E. Fouling of nanofiltration and reverse osmosis membranes during municipal wastewater reclamation: Membrane autopsy results from pilot-scale investigations [J]. Journal of Membrane Science, 2010,353:111-121.

[4]馬蕊,張盼,孫偉,等.反滲透膜污染預(yù)測模型的改進(jìn)[J].化工環(huán)保,2012,32(2):133-136.

[5]李誠，李榮，孫曉彤.超濾膜污染EFM清洗效果研究及污染物成分分析[J].供水技術(shù)，2014,8(2):19-21.

Study on the Application of Reverse Osmosis Membranein Steel Mills Wastewater Reuse Membrane Fouling

DONG Yarong1WANG Lidong1ZHANG Jinling2

(1.EnvironmentalManagementCollegeofChinaQinhuangdao，Hebei066004)

Aimed on the fouling of RO membrane in the actual operation of mills, the contamination components of the membrane and caustic pollutants are analyzed by SEM and EDS methods. The results show that the main components of the RO membrane surface pollutants include organic aluminum phosphate and the inorganic contaminants composed of element Al, Ca, Mg and so on.

reverse osmosismembrane foulingpollutant analysis

2015-05-28)

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項目(QN20141209)。

董亞榮，女，1983年生，河北省滄州人，講師，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)研究與教學(xué)工作。