超滤反渗透电渗析组合工艺模板

超滤-反渗透-电渗析组合工艺

一、前言

我所于七十年代起开展用”四台电渗析器”和”电渗析器-填充床电渗析器”两个流程来处理放射性废水, 获得了成功。但也发现在处理本所放化实验室排除的放射性废水时, 效果不理想。主要是该废水中, 组分复杂, 特别是含有的有机大分子、络合物等, 很难用电渗析工艺去除, 影响了净化效果[2]。

近年来, 我们研制了YM型磺化聚砜超滤膜, 并做了超滤膜处理放射性废水的探索试验[3]。对反渗透处理放射性废水的方法也作了研究[4]。在此基础上, 综合各种处理手段的优点, 提出了用超滤( UF) －反渗透( RO) －电渗析( ED) 组合工艺( 简称URE流程) 处理低水平放射性废水的新工艺。

二、流程与设备

处理低放废水URE流程见图1。采用本所研制YM型内压管式超滤器( 磺化聚砜超滤膜, 截留分子量为2万) , 膜面积1.5m2, 纯水通量250L/h, ( 压力0.25Mpa) 。反渗透器为海洋二所研制的HRC 型中空纤维组件, 膜面积40m2, 纯水通量270L/h( 压力1.3Mpa) 。电渗析器为400mm×800mm, 一级一段, 膜对40对, 由本所组装。

放化实验室排出的低放废水进入沉降槽, 静止澄清24h后, 上清液放入超滤原水槽, 经超滤处理后, 渗透液进入中间槽。同时启动反渗透器和电渗析器, 反渗透器进一步脱盐和去污, 渗透液可直接排放或流入混床进一步处理。电渗析起浓缩作用。超滤和电渗析处理的最终浓缩液留待固化处理。三个单元均采用循环式操作。三、全流程冷试验运行

冷试验累计运行147.5h, 共处理模拟废水14m3。模拟废水按实际放射性废水组份配制,

具体配方为: NaHCO3 60mg/L, NaNO3 146mg/L, NaCl 128mg/L, CaCl2 88mg/L, MgCl2 71mg/L,

Na2SO4 7mg/L, 30%TBP-煤油50mg/L, 机油50mg/L, 洗涤剂

50mg/L。冷试验运行情况分述如下:

图1 URE流程图

1．超滤单元

在URE流程中, UF作为预处理除去大部分有机物和大分子物质, 以保证RO的进水要求, 提高ED的浓缩效果。

⑴脱盐效果

与普通超滤膜不同, 由于磺化聚砜超滤膜是荷电的, 因而具有一定的脱盐能力。但脱盐率随原水中含盐量的增加和pH值的下降而降低( 表1) 。

表1 原水含盐量、pH对脱盐率的影响

⑵影响通量的因素

原水的组成、浓度和温度都影响UF的通量。当原水不含有机物( 指没有加入机油、洗涤剂等) 和含有机物时的通量分别为

73.87L/m2h和58.30L/m2h。另外随着料液浓度的提高, 通量逐渐下降。而随着料液温度的提高, 通量逐渐增加。

⑶浊度和化学耗氧量的变化

经超滤后, 废水的浊度大大下降, 确保了反渗透的进水要求。废水COD值下降表明, 大部分有机物已被去除, 使下游工艺处理更易进行( 表2) 。

表2 浊度COD值的变化

⑷膜的清洗方法试验

随着运行时间的延长, 超滤通量逐渐下降, 试验用化学清洗法、海面球机械清洗法及其结合的方法来清洗, 以恢复通量( 图2)

采用化学清洗法可较好地恢复通量, 但再次运行时通量衰减较快, 且有两次废液产生。而海面球机械清洗时, 只要将球洗阀门旋转180度, 使存放于阀门内的海面球随料液进入管膜内, 海面球擦洗膜面后又回归入球阀内待用。清洗后的起始通量虽不如化学清洗法高, 但通量可在较长时间内保持稳定。该方法简单, 不影响生产, 不产生两次废液, 适合于放射性废水处理时采用。

图2 清洗试验效果比较

1.化学清洗后通量;

2.化学清洗后再球洗的通量;

3.球洗后通量2．反渗透单元

在URE流程中, RO用作深度净化。试验中对RO在流程中的位置及其它影响因素作了探索。

⑴反渗透在URE流程中的位置

在起初的设想中, URE流程为: UF-RO-ED, 废水经超滤处理后, 进入反渗透, 由反渗透脱盐并浓缩2倍后, 再由电渗析作进一步浓缩。但试验发现, 当反渗透的进料液含盐量由于浓缩而增加时, 其脱盐率下降, 渗透液的含盐量也提高, 加重了尾端处理的负担。为更好地发挥反渗透的作用, 将其位置改为: UF-ED-RO, 即经超滤处理后的料液先由电渗析脱盐, 使料液含盐量降至500mg/L时, 再由反渗透作进一步脱盐, 经试验改动后, 反渗透的脱盐率可稳定在85%。

⑵通量变化

在起始的40h运行中, RO的通量从141L/h降至112L/h( 1.3Mpa) , 但在以后的100多小时运行中通量基本保持稳定, 不再下降。能够认为由于采用UF作为预处理手段, RO膜受污染的程度大大降低。初始阶段的通量下降是由于膜的压密效应引起的。

3．电渗析和离子交换单元

电渗析和离子交换在URE流程中主要分别作为浓缩和后级深度净化( 表3, 4) 。

表3 电渗析和离子交换单元冷试验结果

表4 URE流程冷试验结果汇总

*体积浓缩比=进料液体积/浓缩排污液体积

四、放射性废水处理试验

在全流程冷试验运行的基础上, 进行了低放废水的处理试验。低放废水来自本所放化实验室实际污水, 废水比放为7.4kBq/L, 核素主要90Sr-90Y和137Cs, 废水含盐量为800mg/L, 为进一步验证膜对有机物的去除能力, 仍向废水中加入与冷试验时相同的有机组份。热试验总计运行了104.5h, 处理放射性废水7.5m3。试验中对反渗透单元的进水浓度对脱盐、去污的影响作了进一步测定, 对高价离子的去除情况也作了分析。

1．原水含盐量对反渗透单元去污率的影响

同冷试验结果相同, 当原水含盐量较高时, RO脱盐率下降, 去污率也下降。经过先启动ED, 使RO的进料液含盐量保持在500mg/L 左右时, RO脱盐率可达90%以上, 去污率也提高到95%以上( 表5) 。

表5 原水含盐量对反渗透单元去污率的影响

2.对高价离子的去除效果