納濾膜凈化高氟高砷地下水的試驗研究.pdf

1、我國村鎮(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題之一,也是我國“十一五”規(guī)劃在飲用水安全問題方面的工作重點之一。
　　論文采用典型的商用納濾膜對高氟高砷地下水的凈化進行了可行性研究,探討了納濾除氟除砷的機理,系統(tǒng)研究了(一級)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)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,膜污染對除氟除砷效果的影響,以及膜濃水的處理方法。最后對納濾除氟除砷的環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益進行了分析。試驗結(jié)果表明:
　　(1)單組件納濾膜去除氟和五價砷(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,膜對TDS的截留率約68.8%-70.7%,對氟離子截留率為70%左右,對五價砷的截留率大于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,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)對農(nóng)村的限值要求。
　　(2)納濾膜去除三價砷(As(III))需采取預(yù)氧化處理。納濾膜對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,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,納濾除氟中離子競爭能力大小順序為:Na+>Cl->F->Ca2+>SO42-;其中Cl-、Na+和SO42-對除氟有減弱作用,Cl-和SO42-每增加1.0mol/L分別會導(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+對除氟有增強作用,每增加1.0mol/L的Ca2+會導(dǎo)致約8.54mmol/L額外的F-被納濾膜截留。Cl-對納濾除砷影響較小,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,但增強了納濾除As(Ⅴ)的效果。
　　(6)針對不同水質(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TDS、氟離子和As(Ⅴ)的截留率無降低;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)對膜污染成份分析表明:污染成分主要為無

9、機碳酸鈣和硫酸鈣,不僅沉積在膜表面而且堵塞膜的過濾通道。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