| ＫＤＦ金属滤料运用在反渗透预处理系统中可行性的初步研究 |
ＫＤＦ金属滤料运用在反渗透预处理系统中可行性的初步研究
吕亚文 高以 姚仕仲 陈 莎 刘淑秀
摘 要 考察了ＫＤＦ(ＫｉｎｅｔｉｃＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎＦｌｕｘ)去除水中余氯、细菌、重金属离子及阻垢的效果,为ＫＤＦ在反渗透预处理系统中的应用提供了可行性依据.
关键词 ＫＤＦ 反渗透 预处理分类号 ＴＱ028 8
随着科技及工业的发展,反渗透作为纯化、分离、富集的先进高科技手段,愈来愈受到人们的重视.但是,反渗透预处理一直是研究的难点.在各种预处理方法中最主要的要求:(1)对ＣＡ膜,进料液的余氯含量要求小于1μｇ/ｇ;对复合膜则要求小于0 1μｇ/ｇ.(2)防止细菌在膜面滋生以避免膜面侵蚀.(3)防止膜表面结垢.传统的预处理方法工艺复杂,投资较大,因此,美国、日本、俄罗斯等国家开展了对反渗透预处理系统的深入研究[1,2].
1984年,由美国ＤｏｎＨｅｓｋｅｔｔ首先研制成功的铜锌合金的双金属滤料ＫＤＦ是近几年才获得应用的最新的预处理方法之一.ＫＤＦ集多种功能于一身,具有寿命长、维护方便、经反冲洗后可100%重复循环利用的优点,因此较之传统的化学方法,具有工艺简单、不污染环境的长处,可广泛地应用于各种水处理领域,如保护反渗透系统、保护超滤微滤的滤膜和离子交换树脂、控制冷却塔水中的结垢、细菌及藻类等.另外ＫＤＦ还可应用于家用净水器.我国于1995年底才引进ＫＤＦ,应用在无锡市超滤设备厂与泰国合资的反渗透饮用纯净水生产线的预处理系统中,将ＫＤＦ与活性炭混装,但未对其使用效果作详细考察.ＫＤＦ在我国的应用刚刚起步,使用条件及实际效果需要结合国情来研究.
本文的目的就是引进、消化、吸收国外的先进技术,考察ＫＤＦ在反渗透预处理系统中的效果,寻求一种更有效的反渗透预处理手段,实现高效、环保的目标.
1 实验
本实验采用ＦｌｕｉｄＴｒｅａｔｍｅｎｔＩＮＣ.生产的ＫＤＦ55双金属滤料,采用直径15ｍｍ的玻璃管,ＫＤＦ填床高度为63.5ｃｍ,分别取进出口水样进行分析试验.
2 结果与讨论
2 1 ＫＤＦ去除水中余氯的效果
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 不同滤速的影响
在采用市政管网自来水作水源进行反渗透脱盐时,由于通常管网自来水余氯含量为2～3μｇ/ｇ,因此本试验选择的余氯含量约为通常含量的二倍,即5μｇ/ｇ和7μｇ/ｇ.试验结果见表1.
表1 不同滤速对ＫＤＦ去除余氯效果的影响
从表1的两组数据可以看出,在原水余氯含量下,出水余氯含量均小于0 1μｇ/ｇ,该数据大大低于反渗透膜对余氯的严格要求,而且在原水余氯相同的条件下,随着流速的降低,ＫＤＦ去除余氯的效果趋于变好.这样就避免了用氯除菌,残留余氯再用活性炭吸附的工艺,大大简化了预处理的工艺,降低了反渗透预处理系统的投资.另外,美国ＫＤＦ流体处理公司推荐的滤速为42ｍ/ｈ,本试验在此基础上将流速提高到96ｍ/ｈ时,ＫＤＦ同样表现出了优异的去除水中余氯的作用,该参数无疑会使反渗透预处理设备的设计直径变小,制造成本降低.
2 1 2 不同余氯含量的影响
在流速为76ｍ/ｈ的条件下,试验了余氯含量在3～10μｇ/ｇ的范围内,ＫＤＦ去除余氯的效果.试验结果见表2.
表2 余氯含量对ＫＤＦ去除余氯效果的影响
由表2可见,随着余氯含量的增加,尽管ＫＤＦ去除余氯的效果略有下降,但在此范围内,仍能满足反渗透预处理对余氯的严格要求.总之,由上面的试验结果可以得出:在3～10μｇ/ｇ范围内,余氯含量越低,ＫＤＦ去除余氯的效果越好;随着流速的降低,ＫＤＦ对余氯的去除率增加.这充分说明ＫＤＦ的作用效果与接触时间有关,接触时间越长,ＫＤＦ的作用越明显.可见,ＫＤＦ的作用方式是动态、缓释的,完全符合它的英文名称的本意,同时也可以从另一个方面提示ＫＤＦ过滤器的设计人员和使用ＫＤＦ过滤器的水工艺设计人员,对于滤床高度、滤速应该紧紧围绕这个特点来选择工艺参数.
2 2 ＫＤＦ除菌效果
ＫＤＦ的抗菌特性是由于通过它时水中的氧化还原电动势改变而引起的.细菌在通过因氧化还原反应而造成电动势急剧变化的电场时,细胞壁难以承受张力的变化,从而不能存活.另外,在水中反应时产生的羟基团和过氧化氢也具有干扰微生物的能力.
在滤速为50ｍ/ｈ的条件下,考察ＫＤＦ去除水中大肠杆菌、总细菌、霉菌和酵母的效果.试验结果见表3.
表3 ＫＤＦ除菌效果(滤速为50ｍ/ｈ)
表3表明,在50ｍ/ｈ的滤速下,ＫＤＦ对大肠杆菌、霉菌和酵母菌的去除率平均都在90%以上,对总细菌数的去除率稍低一些,平均也在60%以上.由于细菌的存在不仅对膜面造成了侵蚀,细菌的尸体还易堵塞反渗透膜的通道,因此ＫＤＦ的除菌作用对反渗透系统是很有意义的.
在滤速为9ｍ/ｈ的条件下考察ＫＤＦ除菌效果,由于ＫＤＦ的作用效果与接触时间有关,本试验在上一个试验的基础上,鉴于其除杂菌的结果不很令人满意,将滤速降为9ｍ/ｈ,再一次考察了ＫＤＦ的除菌效果.由于大部分净水器腔体内余水无法排尽,而这看似极少的存水实际上正是细菌生存繁殖的“乐土”,为了给解决净水器中的余水问题提供一个可选择的方法.因此本实验同时作了ＫＤＦ延时杀菌效果的试验.即在非流动状态下,ＫＤＦ对水中细菌的杀灭效果.试验结果见表4.
表4 ＫＤＦ除菌效果(滤速为9ｍ/ｈ)
由表4可见,在滤速降低以后,ＫＤＦ的除菌效果明显增强,这表明在使用ＫＤＦ除菌时应注意流速,以保证原水与ＫＤＦ的接触时间;在延时杀菌效果上,对大肠杆菌延时杀菌效果最好,对杂菌效果略有下降,对霉菌和酵母的效果也很好,这说明ＫＤＦ对解决净水器的余水问题有一定的作用,在净水器、野外用水及屋顶水箱储水等方面极具应用潜力,是现有化学杀菌药剂的最新替代品(属于物理性杀菌).对反渗透系统,除菌延长了反渗透膜的使用寿命,延时杀菌则避免了在停机时细菌滋生而对膜面产生侵蚀所引起的运行费用的增加.
2 3 ＫＤＦ去除重金属离子及有毒离子的效果
以铅为例,ＫＤＦ去除重金属离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均附着在ＫＤＦ滤料上可以反冲洗掉.本实验主要测定了ＫＤＦ去除Ａｓ3+、Ｃｒ6+的效果,以期望解决某地区深井水除Ａｓ3+作饮用水以及某地区某电镀厂下游用水问题.在滤速为9ｍ/ｈ时,Ａｓ3+浓度对ＫＤＦ除Ａｓ3+ 效果的影响.试验结果见表5.
表5 浓度对ＫＤＦ除Ａｓ3+效果的影响(滤速9ｍ/ｈ)
在滤速为9ｍ/ｈ的条件下,Ｃｒ6+浓度对ＫＤＦ除Ｃｒ6+效果的影响.试验结果见表6.
流速对ＫＤＦ去除Ａｓ3+和Ｃｒ6+的影响,其结果如图1所示.
从图1可以看出,流速越小,ＫＤＦ去除重金属离子的效果越好;重金属离子的浓度越低,ＫＤＦ对它的去除作用越强.测出的数据和理论上的置换反应的结果相差很远,国外文献报道的去除率均在90%以上,可能是由于试验装置、规模及水质条件均有待摸索,所以随机变化较大.可以肯定,ＫＤＦ对去除重金属离子有一定作用,将其用于反渗透预处理系统,可以减小反渗透膜的负荷,从而延长膜的使用寿命,相对降低了反渗透系统的成本.
2 4 ＫＤＦ的阻垢效果
通过高硬度ＭｇＣｌ2水溶液经ＫＤＦ处理后,对ＭｇＣｌ2结垢形态的观察发现,未经ＫＤＦ处理的高硬度水其水垢较致密,在器壁附着的较牢;经ＫＤＦ处理过的水,其垢呈疏松的片状,很易从器壁上取下.ＫＤＦ的阻垢机理目前国内外尚在研究之中.笔者也准备深入探讨这一现象的本质所在.
3 结论
1)ＫＤＦ对于去除余氯有明显的效果.在3～10μｇ•ｇ-1的余氯含量范围内,余氯含量增加,ＫＤＦ对余氯的去除率降低;滤速降低,ＫＤＦ的作用效果变好.在试验条件下,出水余氯含量均小于0 1μｇ•ｇ-1,完全满足反渗透预处理对余氯含量的要求.在滤速为96ｍ/ｈ的条件下,对余氯的去除率仍在99%以上,突破了国外对滤速的要求.
2)在滤速为9ｍ/ｈ的条件下,ＫＤＦ对大肠杆菌、杂菌的去除效果平均在90%以上,对霉菌和酵母的去除效果更好,除此以外还表现了延时杀菌的优异性能.因此,ＫＤＦ的杀菌、抑菌性能减少了对反渗透膜的侵蚀,防止了细菌阻塞流道.
3)ＫＤＦ对重金属离子具有一定的去除效果,在一定程度上减轻了反渗透系统的负担,延长了膜的使用寿命.
4)ＫＤＦ具有一定的阻垢效能,但具体机理尚待研究.
5)上述ＫＤＦ的作用效果与接触时间有关,接触时间越长,其作用效果越明显.
参考文献
1 杨慧琳 反渗透阻垢剂在国外的研究与应用 膜科学与技术,1990,10(2):49～55
2 郑成 膜的污染及其防治 膜科学与技术,1997,17(2):5～14 |
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