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为考察超滤膜在含乳化油废水回用处理中的膜污染问题,结合混凝沉淀、砂滤、活性炭预处理工艺,以洗车废水为研究对象,通过Field模型的引入,首次对超滤处理洗车废水的膜污染形式进行研究,建立膜污染数学模型。在此基础上,进一步通过对膜阻力分布的研究,找出了洗车废水处理过程中膜污染的主要致因,通过对膜污染主要矛盾的控制,延缓膜的污染速率。这对类似的乳化油废水,如切削废水、机加废水等污水的膜污染控制具有重要应用价值。
对高锰酸钾强化混凝过程进行研究,采用两种高锰酸钾投加方式:一是在混凝剂前投加,二是在混凝剂后投加。其中在混凝剂前投加2mg/L的高锰酸钾可以获得较好的混凝效果。其原因在于高锰酸钾可以直接氧化有机物,并且MnO4-在反应过程中产生的新生态水合二氧化锰,它对有机污染物具有吸附、氧化、包夹等多种作用,从而达到对有机物较好的去除效果。此外,高锰酸钾强化混凝可以减轻有机物对混凝的阻碍作用,可能是由于以下作用:一是高锰酸钾破坏有机物的酚羟基等酸性基团,降低有机物的表面电荷密度;并减少有机物与铝离子的络合;二是高锰酸钾在分解过程中形成的带正电荷的中间产物也可能起到中和有机物表面电荷的作用,提高混凝剂的利用率。
通过对砂滤粒径对出水水质的影响、沿滤层深度浊度的变化、滤速的影响、活性炭的吸附性能、超滤膜的选择等试验的研究,确定了适用于洗车废水水质的超滤组合工艺设计参数。试验过程中,高锰酸钾投加量为2mg/L,PAC投加量为80mg/L条件下,采用粒径0.7mm、填充厚度1000mm的石英砂和填充厚度为1100mm的GJ-15型活性炭,滤柱直径均为100mm的滤柱进行过滤,再通过UWS505中空纤维超滤膜处理后,出水浊度、COD、LAS、油和氨氮值均能满足回用水水质标准要求。
首次对洗车废水中浊度、有机物、LAS、油等物质在水中相互作用进行系统地分析,利用试验控制各环节的操作参数,控制操作条件。在混凝沉淀阶段,当浊度<200NTU时,LAS和油的去除率随浊度值的增加而递减;当浊度>200NTU时,LAS和油的去除率随浊度值的增加而递增,因而在实际操作过程中,需将混凝沉淀的进水浊度控制在200NTU左右。此外,混凝过程中,当含油量增多的时候,混凝对LAS的去除效果就越好,这说明混凝在对油分子起作用的同时,也会将与油分子相连的LAS大分子一并除去,因此在混凝阶段可以优先采用有利于油类去除的混凝剂。
在砂滤阶段,由于该单元主要以有机物去除为主,而LAS的亲水性不利于有机物分子在滤料上的吸附,试验证明,只要水中存在少量的LAS,就影响砂滤对COD的去除效果,但是去除率受LAS浓度的影响不大。虽然砂滤对COD的去除能力有所下降,但其对浊度的抗冲击负荷能力在组合工艺中依然占有重要地位,只是更改了组合工艺中有机负荷的分配。
在活性炭阶段,LAS的去除是最为关键的,而洗车废水水质中对活性炭吸附能力影响最大的即为水中乳化油的含量,试验证明,油含量的增加使LAS去除率下降,但是在较低含油量下,这种现象不明显。由于试验采用的洗车废水原水含油量相对较低,因此可以在活性炭处理前不采用乳化油去除的强化手段。
首次对超滤处理洗车含油废水的膜通量变化进行了研究。超滤处理洗车废水过程中,当膜面流速一定时,在低操作压力下膜通量随时间的变化呈近似直线衰减;在相对高的操作压力下,膜通量随时间的变化呈曲线衰减。当压力一定时,膜面流速增加有助于膜通量的增加,但随着时间的运行,通量的增加幅度不大,而高流速需要消耗较高的能量,提高运行成本。在较低操作压力下,膜面流速的影响不是很大,并且膜通量可在较长时间内维持稳定。根据通量增加幅度及耗能考虑,本试验选取最佳的操作压力为0.10MPa,适宜的膜面流速为0.32m/s。
首次对超滤洗车废水处理过程中的膜污染问题进行研究。通过Field模型的引入,利用Field模型找出适合表示膜通量下降的数学模型表达式,即通过选取代表不同污染状态的n值,将膜通量试验数据代入,所得数学模型中回归系数最大的一个即为膜的代表性污染状态。对所选择的膜污染数学模型进行校核,确定了洗车废水处理过程中的膜污染状态是完全堵塞状态。
在此基础上,通过对超滤膜自身阻力、吸附阻力、凝胶层阻力、浓差极化阻力的测定,求得了它们在过滤过程中占有的各自比例关系,找出了膜污染的主要致因。结果表明,聚砜膜的膜阻力主要是由膜自身阻力和膜吸附阻力两部分产生的,并且膜截留分子量越小,膜的自身阻力越大。在实际操作中,可通过减少膜的有机污染来减少膜的吸附阻力。
对洗车废水处理过程中超滤膜的清洗技术进行了研究。结果表明,室温时采用超滤透过液在0.25MPa下,过滤1h,水反冲洗3min对超滤膜进行清洗,超滤膜可获得较好的水力清洗效果。当水力清洗后膜通量恢复较少时,采用0.5%的NaOH对超滤膜清洗30min,WFR值可达到84.17%。