納濾膜凈化高氟高砷地下水的試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)村鎮(zhèn)地區(qū)主要以地下水作為生活飲用水水源,其中氟和砷的含量超標(biāo),一直威脅著居民的身體健康,構(gòu)成農(nóng)村飲用水安全主要問(wèn)題之一,也是我國(guó)“十一五”規(guī)劃在飲用水安全問(wèn)題方面的工作重點(diǎn)之一。
　　論文采用典型的商用納濾膜對(duì)高氟高砷地下水的凈化進(jìn)行了可行性研究,探討了納濾除氟除砷的機(jī)理,系統(tǒng)研究了(一級(jí))單組件納濾膜除氟除砷性能及其影響因素。在此基礎(chǔ)上,研究了(一級(jí))多組件納濾膜工藝的優(yōu)化排布及其除氟除砷的性能等。然后探討了膜污染的原因和成

2、分,膜污染對(duì)除氟除砷效果的影響,以及膜濃水的處理方法。最后對(duì)納濾除氟除砷的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)單組件納濾膜去除氟和五價(jià)砷(As(Ⅴ))是可行的。膜操作壓力為(0.60-0.65)MPa、膜回收率為30％左右和產(chǎn)水通量為(20-24)L/(m2·h)時(shí),膜對(duì)TDS的截留率約68.8%-70.7%,對(duì)氟離子截留率為70%左右,對(duì)五價(jià)砷的截留率大于90%。當(dāng)原水氟濃度低于4.0mg/L或原水As(Ⅴ

3、)濃度低于243.2μg/L時(shí),膜產(chǎn)水中氟或As(Ⅴ)的濃度滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)對(duì)農(nóng)村的限值要求。
　　(2)納濾膜去除三價(jià)砷(As(III))需采取預(yù)氧化處理。納濾膜對(duì)As(III)的截留率較低,曝氣預(yù)處理法以氣水比5:1,曝氣2小時(shí),或者次氯酸鈉預(yù)處理法以NaClO:As(III)的摩爾比為(4-10):1,攪拌30分鐘,可將原水中As(III)轉(zhuǎn)化為As(Ⅴ),從而有效提高對(duì)總砷的去除率。

4、r>　　(3)電荷排斥是納濾除氟除砷的主要作用機(jī)理,可用Donnan排斥表征。氟離子與砷酸根的離子半徑比納濾膜孔徑小,而在Donnan作用下,納濾膜可有效去除這些離子,且表現(xiàn)出較好的選擇性分離,從而使膜產(chǎn)水中保留了部分有益離子。
　　(4)操作條件對(duì)納濾除氟除砷性能影響較大。操作壓力增大,氟和砷的截留率增加,產(chǎn)水通量增大;膜回收率增大,產(chǎn)水通量增大,氟的截留率無(wú)顯著性降低,但As(Ⅴ)的截留率降低明顯。
　　(5)原水水質(zhì)條

5、件對(duì)納濾除氟除砷性能有不同程度的影響。原水水溫增加,納濾除氟效果減弱,得出水溫與產(chǎn)水通量關(guān)系模型:JT=J25·1.026(T-25)。原水pH值升高,納濾膜除氟除砷的效率增加,建議在弱堿性條件下除氟,在中性條件下除砷。離子選擇性系數(shù)(S)表明,納濾除氟中離子競(jìng)爭(zhēng)能力大小順序?yàn)?Na+>Cl->F->Ca2+>SO42-;其中Cl-、Na+和SO42-對(duì)除氟有減弱作用,Cl-和SO42-每增加1.0mol/L分別會(huì)導(dǎo)致約(3.15-11

6、.76)mmol/L和7.22mmol/L額外的F-穿透納濾膜;而Ca2+對(duì)除氟有增強(qiáng)作用,每增加1.0mol/L的Ca2+會(huì)導(dǎo)致約8.54mmol/L額外的F-被納濾膜截留。Cl-對(duì)納濾除砷影響較小,但硬度(或Ca2+)和SO42-顯著降低納濾除砷效率。原水共存腐殖酸消弱了納濾除氟性能,但增強(qiáng)了納濾除As(Ⅴ)的效果。
　　(6)針對(duì)不同水質(zhì)原水采取預(yù)處理措施:硬度較高的原水,可采用陽(yáng)離子樹脂預(yù)處理,效率大于87%;腐殖酸濃度較

7、高的原水,可采取活性炭預(yù)處理,但吸附效率較低。
　　(7)與單組件膜系統(tǒng)相比,三組件膜的排布中,一段并聯(lián)式膜組件系統(tǒng)(膜組件以1:1排布)提高產(chǎn)水通量約0.8倍,但對(duì)TDS、氟離子和As(Ⅴ)的截留率有所下降;兩段串聯(lián)式(1:1)提高回收率至56.6%,提高產(chǎn)水通量約1.5倍,但對(duì)TDS的截留率有所下降;兩段并聯(lián)式(2:1)提高回收率至64.9%,提高產(chǎn)水通量約2.3倍,且對(duì)TDS、氟離子和As(Ⅴ)的截留率無(wú)降低;三段串聯(lián)式(1

8、:1:1)提高回收率為66.4%,提高產(chǎn)水通量約2.3倍,但對(duì)TDS、氟離子和As(Ⅴ)的截留率有明顯降低,且段間流量有失平衡。得出兩段并聯(lián)式(2:1)為除氟除砷的最優(yōu)工藝。
　　(8)采用物理清洗方法:(36-40)L/h的清洗流速、0.3MPa的清洗壓力和每天一次每次10-15分鐘的清洗頻率,可延緩膜污染。納濾系統(tǒng)使用6個(gè)月后發(fā)生膜污染。環(huán)境掃描電子顯微鏡、能譜分析和X-射線衍射(XRD)對(duì)膜污染成份分析表明:污染成分主要為無(wú)

9、機(jī)碳酸鈣和硫酸鈣,不僅沉積在膜表面而且堵塞膜的過(guò)濾通道。采用檸檬酸(2%W)+Na2EDTA(2%W)+氨水(pH為3~4)化學(xué)清洗法,清洗30分鐘納濾膜通量可基本恢復(fù)到初始水平,對(duì)氟和砷的截留率恢復(fù)至初始的98%以上。
　　(9)納濾膜除氟除砷的濃水均可采用投加氧化鈣或氫氧化鈣法處理,高氟濃水中投加鈣/氟的摩爾比為20:1和高砷濃水中投加鈣/砷的摩爾比為120:1,可得到有效處理。
　　(10)納濾除氟除砷技術(shù)可改善村鎮(zhèn)飲