管式膜超滤 - 纳滤联合法处理糖精钠生产废水

发布时间：2019/10/30 9:36:58     浏览次数：780

糖精钠生产废水具有高含盐量、高COD 等特点，难以直接进行生化处理。废水中无机盐成分主要为硫酸钠和氯化钠混合物，难以直接回收利用，若将硫酸钠和氯化钠分离，得到纯度较高的氯化钠溶液，可进一步通过膜电解等方法制备酸碱溶液或通过结晶法回收，进而实现再利用，同时可以满足部分地区废水排放中关于盐的指标要求。尽管已有许多关于糖精钠废水处理的相关研究报道，但大多侧重废水中COD 的去除[1-3]。
纳滤是离子分离的重要手段之一，适合型号的纳滤膜可以实现硫酸根离子和氯离子的有效分离[4,5]，但纳滤对进水水质要求较高，所以需要对进水前处理。超滤能够有效去除悬浮物、胶体等机械性杂质，常作为纳滤或者反渗透的前处理方法。由于糖精钠废水中盐和有机物含量均较高，因此膜污染倾向较高。管式膜具有流道宽、不易污染、易于清洗等特点，因此相对于其他结构膜，管式膜更适用于处理高浓度废水。本研究设计了管式膜超滤- 纳滤联合法的处理工艺，考察了不同条件下超滤及纳滤的膜通量及出水水质，重点考察了纳滤对硫酸钠和氯化钠的分离效果。
2 管式膜超滤-纳滤联合法处理工艺
2.1 工艺流程说明
原水由供水泵进入管式膜超滤；去除水中的胶体、悬浮物、机械性杂质，然后进入中间罐；再由高压泵增压后，进入纳滤膜，硫酸钠被截留；氯化钠透过纳滤膜，形成纯度较高的氯化钠溶液。
2.2 实验材料及仪器
测试所需试剂均为分析纯。管式超滤膜为天津海普尔膜科技有限公司产品，型号T8-2-075；纳滤膜为陶氏NF270。COD分析采用COD 分析仪(DR6000，Hach)，通过快速消解分光光度法(HJ/T399-2007) 对废水中的COD 含量进行测试；色度测试采用色度测试仪(HI96727，Hanna)；TDS 测试采用TDS 测试笔
(XMTDS01YM，Mi)；浊度测试采用浊度仪(2100Q，Hach)；Cl、 SO 2  浓度测定采用离子色谱仪(ICS-1100)。
2.3 试验结果与分析
2.3.1 管式超滤膜水通量
超滤初始通量约310L/m2·h，由于每次运行30min 即可满足纳滤用水，因此为间歇运行，随运行积累时间增加至10h，通量下降至240L/m2·h(图1)，30h 以后下降至130L/m2·h，考虑通量下降原因为设备未运行期间膜表面对糖精钠废水中的有机物的吸附所致。为考察连续运行情况下通量情况，连续运行管式超滤膜设备(2 次，每次8h) 并监测了通量情况，每次设备运行初始2h 由于设备内废水温度会有所上升，因此水通量随温度上高有一定升高，温度稳定后通量基本稳定。
 
2.3.2 纳滤出水通量
纳滤出水随运行时间呈规律性下降(图2)，主要原因是随着运行时间增长料液中的离子浓度(特别是硫酸根离子) 升高，渗透压增大。设备运行60h 并用自来水清洗管路及膜组件后，通量基本恢复至初始通量，说明膜污染不严重且可逆。
 
2.3.3 出水水质
表1 列出了原液、超滤出水、纳滤出水的水质参数。从表中数据可以看出，超滤和纳滤对COD 去除率不高，考虑主要是由于COD 主要来源于小分子有机化合物，而超滤膜孔径约几十个纳米，难以对小分子有机物有截留作用，而纳滤对COD 的低去除率表明有机物分子量很低，考虑这主要是糖精钠生产废水的有机物残留多为分子量100 左右的中间体。

浊度方面，超滤可以有效降低出水的浊度，纳滤可以进一步降低出水浊度，但仍大于理想指标(如陶氏超滤膜的出水浊度可以达到0.1 NTU 以下)，因此，考虑浊度主要有两部分来源，其一是颗粒物产生的浊度，这一部分可以由超滤去除，其二是有机物组分聚集后对浊度的贡献，而有机物的聚集是可逆的，可能发生以分子态或纳米聚集态的形式透过超滤膜甚至是纳滤膜，然后再发生聚集，因此这部分浊度难以去除。
色度方面，超滤对色度降低几乎没有贡献，而纳滤可以很大程度降低色度，因此考虑色度的贡献主要来自较大分子量的物质，但纳滤出水色度值仍较高，所以小分子有机物组分对色度的贡献也不可忽略。由于TDS 的主要贡献来自氯化钠和硫酸钠，而超滤对两种无机盐没有截留作用，因此超滤出水较原液没有明显变化；纳滤出水的TDS 较超滤出水有一定降低，考虑为纳滤对硫酸钠的截留导致。
2.3.4 纳滤分盐结果
表2 列出了纳滤操作中原液、纳滤出水以及浓水的Cl 和 SO 2 浓度。从表2 数据中可以看出，浓缩2 倍条件下，纳滤对 SO 2 呈现良好的截留，不同压力下出水的SO 2 浓度均小于3g/L，表2 列出了纳滤操作中原液、纳滤出水以及浓水的Cl 和 SO 2 浓度。从表2 数据中可以看出，浓缩2 倍条件下，纳滤对 SO 2 呈现良好的截留，不同压力下出水的SO 2 浓度均小于3g/L，且截留率在90% 以上；另一方面，纳滤出水的Cl浓度大于原液和浓水中的Cl 浓度，即对Cl 呈现“负截留”，这种情况对降低水的渗透压以及进而增大浓缩倍数具有正面作用，相同的状况在纳滤分离混合盐的研究中也有报道[4,6-8]。因此，纳滤对Cl和SO 2 分离效果良好。

3 结语
管式膜超滤结合纳滤在处理糖精钠废水过程中膜通量稳定且膜污染不严重。但由于废水中小分子有机物组分的存在，目前的膜过滤法对COD 和色度的去除不够理想，进一步考虑考虑结合前处理过程降低以上两个指标。