壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
1外文參考文獻(xiàn)譯文
聚鋁絮凝劑及膜微濾技術(shù)在玻璃生產(chǎn)廢水回用中的應(yīng)用
摘要
試驗(yàn)性規(guī)模的微濾（MF）測試應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)廢水的循環(huán)利用中微濾系統(tǒng)的可行性研究。相對于膜單元不斷變化的效用，電鍍和管技術(shù)同時進(jìn)入了一個獨(dú)立的反應(yīng)器，人們在水質(zhì)和膜滲透性方面考察其性能。處理后的水質(zhì)（以膜滲透技術(shù)），其濁度和傳導(dǎo)率均達(dá)到了回用水標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)連續(xù)和間歇的微濾操作分別應(yīng)用于一個恒定的模式時，洗氣作用在控制污垢方面的效用就被該模式的幾何和運(yùn)行條件所影響。電鍍模式性能較佳，因?yàn)闅馀輳囊欢诉M(jìn)入的時候，同時將積聚的微粒撞出。為了清潔帶有污垢的膜，各種清潔方法進(jìn)行對比，或結(jié)合超頻率，或不結(jié)合超頻率。這些方法運(yùn)用了不同的化學(xué)物質(zhì)，如酸性物質(zhì)、腐蝕性物質(zhì)、次氯酸鹽和螯合物。人們發(fā)現(xiàn)將超聲波溶解法應(yīng)用于腐蝕性溶液中最大可以恢復(fù)至少95％的流動。該方法進(jìn)一步優(yōu)化以降低清洗溶液的量和化學(xué)藥劑沖洗時間?；诔杀痉治?，一旦現(xiàn)有系統(tǒng)被提議的微濾系統(tǒng)所取代，那么微濾系統(tǒng)被證實(shí)是具有可觀的投資回報的。
關(guān)鍵詞：水中的微濾技術(shù)，玻璃生產(chǎn)工業(yè)，廢水回用，膜技術(shù)清潔
1. 緒論
對許多缺水的工業(yè)部門和國家來說，廢水循環(huán)利用引起了它們極大的興趣，并且是一個可行的方案。由混凝、沉淀、過濾等組成的現(xiàn)有的常規(guī)廢水處理方法，常不足以達(dá)到回用水水質(zhì)要求。因此，膜技術(shù)能去除廢水中各種物理、化學(xué)和微生物污染物，故被公認(rèn)為廢水回用中可靠的替代方案。膜技術(shù)的范圍很廣，包括從微濾到反滲透（RO）。根據(jù)要去除的目標(biāo)化合物，這些技術(shù)正應(yīng)用于廢水回用中。密集的膜如納米級的膜和反滲透甚至在高能耗的條件下可去除溶解性的離子。因此，對采用這些高能耗的技術(shù)，工廠猶豫不決。
文中，微濾或超微濾（UF）只不過由于被提及到能去除微粒污染物而顯得更加吸引。因?yàn)樗鼈兡茉谙鄬Φ偷膲毫ο卤ＷC更強(qiáng)的流動。微濾或超微濾膜已被廣泛應(yīng)用在預(yù)處理階段的脫鹽作用或生物去除作用，以取代傳統(tǒng)的澄清或砂濾作用。然而，在某些例子當(dāng)中，單獨(dú)使用微濾或超微濾技術(shù)，或?qū)煞N技術(shù)與物理化學(xué)或生物技術(shù)聯(lián)用，如混凝、吸附、膠體和活性污泥法，已經(jīng)使回用水水質(zhì)達(dá)到已有標(biāo)準(zhǔn)。例如，膜生物反應(yīng)器（MBRs），通常由活性污泥池加上隔膜組成。它在去除市政污水和工業(yè)污水的有機(jī)物方面已經(jīng)取得相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。膜技術(shù)已成功的取代了沉淀物澄清器，因此，系統(tǒng)在沒有任何生物沉淀導(dǎo)致有機(jī)物和膠體的去除效率明顯改進(jìn)的條件下運(yùn)行是有可能的。
在中國，因?yàn)樗男枨罅吭黾?，人們認(rèn)為在2006年之前水資源將出現(xiàn)短缺，故當(dāng)前的水資源管理?xiàng)l例要求任何工廠或建筑物，只要每天消耗多于1500立方米的水將被勒令建造一個廢水回用設(shè)備。此外，自從一條特殊的守則最近被證實(shí)有效后，應(yīng)用于坐落在Nakdong河流域的公司的廢水處理的負(fù)荷提高了三分之一。為克服這些問題，一家相關(guān)的玻璃生產(chǎn)廠正考慮翻新或用微濾取代現(xiàn)有的混凝和流態(tài)砂濾。這間廠日排污水15000立方米，污水中含有黏膜玻璃過程中的玻璃微粒。既然現(xiàn)有處理方法引起有關(guān)已處理廢水的傳導(dǎo)率增加和微粒的不完全去除的問題，如圖1所示，微濾將對這些水的回用起重要作用。
因此，在現(xiàn)今的研究當(dāng)中，包含兩種水中膜技術(shù)，管模塊和電鍍模塊的試驗(yàn)性規(guī)模的微濾系統(tǒng)被測試過，其膜效率以已處理水水質(zhì)和膜的滲透性來衡量。此外，各種帶有酸溶液、腐蝕性溶液、螯合物、超頻或?qū)⑵渎?lián)合使用的膜清潔技術(shù)被加以應(yīng)用，與選擇和優(yōu)化有效的膜清潔技術(shù)流動恢復(fù)加以比較。
2. 物質(zhì)與方法
2.1廢水
用于當(dāng)前研究的玻璃生產(chǎn)廢水處理工藝是由潮州新興玻璃有限公司采用的。圖1顯示的是現(xiàn)有的污水處理工藝，由混凝、沉淀和砂濾組成。因?yàn)橘|(zhì)量良好的粘土顆粒被加到工藝過程中以擦亮玻璃的表面，故廢水常帶有在生產(chǎn)CRT玻璃研磨過程中所排放的粘土混合物和玻璃微粒。原污水通過管道直接轉(zhuǎn)移到試驗(yàn)性規(guī)模的膜單元，但部分由現(xiàn)有處理方法處理的廢水中的污物就會在試驗(yàn)性規(guī)模的測試時回收到生產(chǎn)過程。玻璃生產(chǎn)廢水水質(zhì)的關(guān)鍵特點(diǎn)列于表1 。同樣，廢水水樣被送到實(shí)驗(yàn)室，用于膜技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，除污和潔凈。
2.2改性聚鋁絮凝劑和微濾膜技術(shù)與試驗(yàn)性規(guī)模系統(tǒng)的操作
圖2 說明了應(yīng)用于該研究的試驗(yàn)性規(guī)模的膜技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個池組成，該池總?cè)莘e為9.4立方米，并帶有兩組微濾單元。用于我們的試驗(yàn)性測試的膜技術(shù)是水中的過濾器，由孔徑為0.4微米的聚烯烴制成。它們在結(jié)構(gòu)上不同于一般的金屬板、框，也異于異常的里面朝外的管狀模塊。每一個膜模塊具有大約20立方米的有效過濾區(qū)域。表2 給出更多細(xì)節(jié)。如圖2 所示，它們浸沒與一組矩形池子中，以持續(xù)的流動模式運(yùn)行，流動水平在5.5－15范圍內(nèi)。直到膜池中的濃度增加到20才開始進(jìn)行滲透。然后，系統(tǒng)開始以二十分之一供水速度的流速進(jìn)行滲透（從試驗(yàn)性系統(tǒng)開始運(yùn)行后27日算起）。為控制膜中的污物，以0.15的速度給每一組模塊噴射空氣，以洗凈在連續(xù)微濾過程中膜表面的微粒。此外，間歇性的微濾操作也用于實(shí)際操作當(dāng)中，亦即周期性地打開和關(guān)閉抽水泵。研究得出開關(guān)時間間隔（以分鐘算）7：1和3：1 。為檢查膜的滲透性，用連接于試驗(yàn)性系統(tǒng)的壓力變頻器監(jiān)測抽水泵壓力。
2.3膜清洗方法
在實(shí)驗(yàn)性規(guī)模系統(tǒng)中受污染的膜通過注射1NaOH溶液到滲入端，然后通過溶液的水頭從輸出端壓出，在指定的地方?jīng)_洗。在清洗過程中，作微濾的抽水泵停轉(zhuǎn)，但曝氣以與微濾同樣的條件繼續(xù)。用化學(xué)物在固定位置清洗在室溫下進(jìn)行兩小時。試驗(yàn)性規(guī)模測試中被污染的微濾膜薄板和框架，被帶到實(shí)驗(yàn)室，切成適合于攪拌單元的小圓板，以進(jìn)行深度的除污和清潔實(shí)驗(yàn)。各種膜的清潔技術(shù)應(yīng)用于不同的溶劑和不同的條件中，如酸性溶劑、腐蝕性溶劑、螯合物、超頻率或以上幾種的聯(lián)合使用。此前定義的污染和清潔測試過程如下。首先，用100毫升1的NaOH結(jié)合超聲波充分清洗一小塊受污染的膜1小時。然后，干凈的水流以150rpm流過膜。這些水被認(rèn)為是膜技術(shù)的起始水流，因?yàn)闊o新膜的準(zhǔn)確的起始流量數(shù)據(jù)。為使膜在實(shí)驗(yàn)室再次受到污染，另一項(xiàng)180毫升廢水的微濾技術(shù)，以流速為150rpm應(yīng)用。其后，攪拌單元立即排空，以50毫升純水，以150rpm速度清洗三次。再次，開始進(jìn)行利用特殊清潔媒介的化學(xué)物質(zhì)清洗。最后，測量純水的水流，比較清洗效率。有需要的話，微濾和清潔過程可重復(fù)。
2.4分析方法
廢水樣本的濁度用Hach濁度計測量，而傳導(dǎo)率和總?cè)芙夤腆w濃度用傳導(dǎo)率計測量。廢水中微粒的大小用激光衍射粒徑分析儀測量。
3結(jié)果與討論
3.1絮凝沉淀及微濾系統(tǒng)的處理效率
圖4和5比較了在整個試驗(yàn)性系統(tǒng)操作中處理水樣、廢水和處理后的廢水中污物的濁度和傳導(dǎo)率。微濾滲透的濁度在微濾操作初期或膜清洗之后輕微增加，但其后趨于穩(wěn)定，然后通過微濾基本上完成濁度的去除。在整個連續(xù)的操作期間，濁度明顯降低并因此達(dá)到少于0.3NTU的量級，已優(yōu)于處理水的濁度。這種情況可歸結(jié)于性能良好的膠體的附加排斥，這些膠體處于在操作過程中形成于膜表面的二次動力層。
既然在現(xiàn)有的，包括了化學(xué)混凝的處理過程中處理后的廢水中污物部分回收到生產(chǎn)過程，那么相對于處理廢水的傳導(dǎo)率，微濾滲透的傳導(dǎo)率要高一些。然而，在滲透過程中觀察不到任何傳導(dǎo)率的增加，因?yàn)闊o化學(xué)絮凝物加到水中的微濾系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中無離子性化學(xué)物進(jìn)入，因此，如果微濾單獨(dú)用于廢水循環(huán)利用過程中，膜滲透中的鹽含量將會和處理水中的鹽含量相同。
3.2在試驗(yàn)性規(guī)模的微濾過程中膜的受污染情況
圖6在兩個月的試驗(yàn)性系統(tǒng)操作中水中微濾膜模塊的吸入壓力的變更。當(dāng)持續(xù)的微濾過程以15的流速開始時，就會在管模塊和板模塊中引起巨大的壓力，因此試驗(yàn)性的系統(tǒng)將停止數(shù)天。盡管微濾作用外的廣泛的氣體飛濺用于驅(qū)逐膜表面的微粒，但在起始的，短暫的操作階段中，一旦接觸到膜表面，那些微粒卻不能輕易地去除。當(dāng)試驗(yàn)性系統(tǒng)在以曝氣技術(shù)清洗膜后重新開始，氣壓將戲劇性地增加，標(biāo)志著廢水中的微粒過于粘連，以致一旦其沉積于膜表面，不能僅靠提供氣體去除。因此，利用pH為11的堿性溶液化學(xué)性清洗。為了在首次化學(xué)性清洗中進(jìn)一步控制膜的受污染情況，滲透流動降低到10 ，微濾系統(tǒng)以7分鐘開啟，1分鐘關(guān)閉的時間間隔間歇操作。對于板模塊，壓力能維持在大約某個常量至少兩周。因此，在B階段中期的一段較短時間內(nèi)流量增加25％。然而，不幸的是，氣壓又會逐漸上升，故流量重新減到10 或更低。流量減少以后，抽水泵的壓力降至某一水平，但不會降至先前的水平。當(dāng)在B階段末期嘗試將流量增加至10 時，氣壓將呈指數(shù)級增長，故系統(tǒng)停下來作另一次的化學(xué)性清洗。
而對于管模塊，膜污染在B階段起始相對嚴(yán)重，盡管間歇性的操作以10 的流量運(yùn)行。這可能由于模塊的幾何學(xué)差異。氣泡幾乎不能進(jìn)入管道，故某些微?？赡軙奂⒆枞す艿赖膬?nèi)部，導(dǎo)致微濾過程中更嚴(yán)重的污染。因此，有必要對管模塊進(jìn)行另一次的化學(xué)性清洗。第二次化學(xué)性清洗結(jié)束后，時間間隔變短，引起污染的減少，但仍有一緩慢的污染過程。當(dāng)系統(tǒng)在B階段末期增加流量到12.5，受到更大的壓力時，壓力就會激烈地上升，過濾停止。
在C階段，在化學(xué)性清洗之后，微濾中的管模塊與板模塊都將以更短的間歇性過濾頻率運(yùn)行（亦即3分鐘開啟，1分鐘關(guān)閉），和以更低的流量：5.5估量膜的狀態(tài)。板模塊比管模塊運(yùn)行得較佳。結(jié)果，隨著化學(xué)性清洗和間歇性過濾、曝氣，板模塊的流量更易恢復(fù)，更好地控制膜污染。
3.3各種膜清洗方法的比較
在長期的操作過程中，膜的污染不能避免，故有必要確立一個有效的清洗方法以應(yīng)用微濾技術(shù)與廢水回用。因此，用各種不同的化學(xué)物和技術(shù)的清洗方法應(yīng)用于試驗(yàn)性測試中的受污染的膜，其有效性以清洗后流量恢復(fù)為條件來評估。水的沖洗僅使20％的起始流量恢復(fù)。在一個較寬的pH范圍內(nèi)，從酸性（pH＝4）到弱堿性（pH＝8.4）添加螯合物和氧化劑，流量的恢復(fù)沒有深層的改進(jìn)。然而，在相對強(qiáng)堿的條件下（pH＝11），不管加入的化學(xué)物質(zhì)是什么，流量的恢復(fù)都會達(dá)到至少50％的水平。在超聲波的條件下，流量的恢復(fù)更加可觀（超過了90％），進(jìn)一步的增加發(fā)生在一個更高的pH值上。超聲波降解法在去除粘附在膜上的粘性硅土微粒方面十分有效。此外，對在高pH值下產(chǎn)生更有效的清洗頻率的可能解釋是，出現(xiàn)在廢水中的粘土和玻璃微粒主要由硅土組成，這些硅土的溶解性在堿性條件下會增加。結(jié)果，推斷出結(jié)合發(fā)生在固定點(diǎn)的超聲波降解法的微濾技術(shù)是一種有前途的替代方案，能使微濾系統(tǒng)適用于廢水回用中。
3.4膜清洗過程的優(yōu)化
當(dāng)重復(fù)地進(jìn)行微濾和清洗的攪拌單元的時候，利用一種帶有超聲波的NaOH溶液來檢測清洗效率的變更。隨著一批批重復(fù)的微濾工序，清洗的效率逐漸降低，但通過多種清洗方法有所恢復(fù)。此外，對流量恢復(fù)來說，清洗溶液的容積似乎比清洗的持續(xù)時間更可靠?？紤]到清洗要求的時間和溶液體積，需要對清洗方法進(jìn)一步優(yōu)化。
圖8所示的是在膜清洗過程中，時間和體積的不同聯(lián)合情況。條件A和B基本能恢復(fù)到起始的水平，而在重復(fù)微濾的過程中，條件C卻不足以恢復(fù)流量。具有更多清洗數(shù)目，且伴隨著更少容積的清洗溶液的條件D，在膜清洗方面最有效。這些結(jié)果說明一個事實(shí)，比起清洗的持續(xù)時間，清洗溶液的體積在清洗中發(fā)揮更重要的作用。此外，只要膜能夠多次沖洗，甚至用更少體積的溶液，都能滿足清洗效率。這些結(jié)論幫助人們最小化利用清潔溶液，同時對化學(xué)性清洗作出一個更佳的策略。同樣，考慮到廢水的基本要求，每單位膜化學(xué)物質(zhì)劑量的規(guī)格化，可應(yīng)用于試驗(yàn)性或?qū)嶋H性清洗當(dāng)中去。
3.5對廢水回用中應(yīng)用絮凝和微濾系統(tǒng)的成本估計
為比較各種廢水回用方法的成本，現(xiàn)定義所用時間（POT）如下：
指用一種新方法回用污水所需的凈投資。指新方法的凈節(jié)省，而指新方法的凈操作成本。表4比較了兩種方案的POT值，一種是現(xiàn)有的處理方法以小規(guī)模改進(jìn)的方式重建，另一種是完全用一種新的系統(tǒng)來取代（微濾系統(tǒng)）。新的微濾系統(tǒng)在投資與用電量方面具有更高的成本，但清洗化學(xué)物質(zhì)的成本可以忽略，因?yàn)橹挥猩倭康幕瘜W(xué)物質(zhì)用于膜的清洗過程中。例如，1立方米12.5mol的NaOH價格為128美元，假設(shè)每1平方米膜每月大約用130L1.0mmolNaOH，故總的年清洗成本估計為100美元。假設(shè)75％的處理后的水能回用，那么，通過微濾，水的節(jié)省費(fèi)用將是可觀的。深度回用會增加節(jié)省，因此減少POT值。如果當(dāng)前的系統(tǒng)被同樣的廢水處理設(shè)備和處理方法取代（可選方案1），水的回用將很有限。因此，預(yù)計POT值將會極長（20年），這意味著可選方案1不可能出現(xiàn)投資回報。然而，如果應(yīng)用微濾系統(tǒng)的話（可選方案2），POT值會變短（大約3.75年）。在3.75年中75％回用的投資回報亦相對合理，而做到100％回用會使整個系統(tǒng)趨于更切實(shí)可行。因此，判斷出將微濾系統(tǒng)考慮在內(nèi)的可選方案2，只要當(dāng)前的系統(tǒng)作出任何形式的改進(jìn)，在玻璃生產(chǎn)廢水回用方面將比可選方案1更具吸引力。盡管可選方案2的優(yōu)點(diǎn)明顯，但在作出這樣一種決策的時候，還是要考慮投資方面的深層工夫。例如，需要用帶有至少每天好幾百頓廢水的處理容量的微濾系統(tǒng)作更為長期的（大于6個月）試驗(yàn)性測試，并作出深層的成本分析。如果單單是部分現(xiàn)有的處理設(shè)備用微濾來代替或翻新，同樣需要作出修正后的成本估計。然而，總的來說，上述作出的結(jié)論將是有根據(jù)的，盡管詳細(xì)的結(jié)果，如投資和POT，會根據(jù)處理設(shè)備的不同而異。
4.結(jié)論
用水中的微濾膜，以試驗(yàn)性規(guī)模的板和管模式進(jìn)行玻璃生產(chǎn)廢水的回用。該系統(tǒng)的性能以兩個月內(nèi)試驗(yàn)性規(guī)模的操作處理后的水質(zhì)和膜的滲透性來衡量。有關(guān)流量恢復(fù)的各種不同的化學(xué)性清洗方法的效用同樣以化學(xué)物和超聲波的不同組合方式在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)中被檢驗(yàn)。試驗(yàn)性規(guī)模的微濾系統(tǒng)能給處理后的廢水帶來良好的水質(zhì)，故其能滿足生產(chǎn)過程中所需的水質(zhì)要求。微濾應(yīng)在低于10 的流速下進(jìn)行，以穩(wěn)定地維持橫跨膜的壓力。流速相對較低但仍是合理的。盡管廣度曝氣在去除粘連的微粒方面無效，相比于管模式，板模式運(yùn)作得較佳，因?yàn)闅馀菽軌蚋椎剡M(jìn)入流入端。根據(jù)測試的模塊，較低流量下的間歇性操作能避免膜的污染。為對受污染的膜進(jìn)行有效的清洗，應(yīng)在堿性溶液下（pH）10）結(jié)合超聲波進(jìn)行清洗，這樣，硅土微粒就會更易溶解。溶液的體積和每次微濾后化學(xué)性清洗的的重復(fù)次數(shù)都比每次清洗的持續(xù)時間更重要。為廢水回用安裝微濾系統(tǒng)會開來可觀的投資回報，且如果當(dāng)前的系統(tǒng)應(yīng)予取代的時候，值得考慮。然而，在根據(jù)實(shí)際情況作出最終決定前，關(guān)于在更長的操作時間內(nèi)利用更大規(guī)模的微濾系統(tǒng)的深層研究是必要的。
8
2外文參考文獻(xiàn)原文