动态膜及超滤反渗透在工业水处理中的应用

摘要

本文对动态膜分离技术回收半导体厂中晶片切割废水以及采用超滤-反渗透工艺处理空调循环冷却排污水进行了研究。在动态膜分离技术处理半导体废水实验中，使用平板微滤膜做为基膜，使用高浓含硅废水做为成膜液，研究了动态膜形成的影响因素，形成条件及其水处理效果。结果表明：
　　 ⑴使用膜孔径为0.25μm的平板微滤膜形成动态膜时，采用平均粒径为0.15μm的成膜液形成的动态膜过滤阻力较小，并可有效保护基膜不被污染。针对成膜液粒径分布较广，且膜孔径相对较大的情况下，成膜液的浓度较高时形成的动态膜对基膜的保护作用更好，且成膜时间短。曝气可有效降低动态膜过滤阻力，但曝气量太大，会导致动态膜难以形成，而造成基膜污染。在曝气量相同条件下，形成动态膜时采取的滤速大，成膜时间短，但膜阻会增加。不同的基膜对动态膜的形成有很大影响，本实验中，采用TC系列平板微滤膜形成动态膜较好。
　　 ⑵恒压过滤形成的动态膜与恒速过滤相比更有优势。采取恒压-恒速过滤模式时，恒压形成动态膜时的稳定滤速与恒速过滤低浓废水时采用的滤速差值越大，在较低的跨膜压差下运行的时间越长；通过曝气可阻止废水中的硅颗粒进一步沉积在动态膜上，降低过滤阻力。在20L/min曝气量下，5KPa恒压形成动态膜，然后采用0.6m/d的滤速恒速过滤TS(总固形物含量)为40mg/L废水，过滤周期可长达1111h，同时废水可被浓缩至1300～1400mg/L。动态膜过滤低浓(TS=40mg/L)含硅废水过程中，临界跨膜压差为14KPa。当压力上升至14KPa时，应停止过滤，进行排浓洗膜。无论采取恒压过滤还是恒速过滤形成的动态膜都具有非常良好的水处理性能。动态膜对原水浊度、TS的去除效果极佳，产水水质稳定，浊度为0.14NTU，TS几乎为0，SDI15为0.5，电导率为12μS·cm-1。满足反渗透深度处理的进水要求。
　　 ⑶同时采用超滤-反渗透工艺处理空调循环冷却排污水，进行循环冷却水水质控制。循环冷却排污水先经超滤进行预处理，再进入反渗透系统进行深度处理，经反渗透处理后返回至循环冷却水系统，进而减小补水量。本文对冷却水系统中主要工艺参数进行研究和优化。实验结果表明，当浓缩倍数为1.3时，相应的补水量为循环水量的1.1％时，循环冷却水水质能够满足JRA标准，并且补水量最小；通过朗格利尔指数计算得出，按浓缩倍数为1.3计算出的工艺参数进行操作时，循环冷却水有轻微结垢的倾向，但不会影响换热；同时通过电化学方法考察水质对铜试样的腐蚀情况，结果表明，铜试样在这样的水质条件下不会腐蚀；最后针对超滤-反渗透工艺应用于循环冷却水系统进行工艺放大设计并对此进行经济分析，可以看出，与加药法相比，使用超滤-反渗透工艺进行冷却水水质控制具有一定的经济优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 膜分离技术的发展历程

1.2 膜的分类

1.3 膜分离过程的特点

1.4 膜的分离机理

1.4.1 反渗透

1.4.2 纳滤

1.4.3 超滤

1.4.4 微滤

1.5 膜技术的应用

1.6 膜污染

1.7 动态膜分离技术

1.7.1 动态膜分离技术的研究进展

1.7.2 动态膜分离技术的特点

1.8 循环冷却水系统

1.8.1 膜技术在循环冷却水处理中的应用

1.9 课题研究内容

2 动态膜实验

2.1 动态膜回收含硅废水流程

2.2 实验装置

2.3 实验水质

2.4 项目分析方法

2.5 实验方法

2.5.1 动态膜各部分阻力测定

2.5.2 实验过程设计

3 动态膜实验结果与讨论

3.1 动态膜形成的判断

3.2 探讨动态膜形成的影响因素

3.2.1 不同粒径的含硅废水形成动态膜

3.2.2 使用不同浓度的含硅废水形成动态膜

3.2.3 曝气强度对DM形成的影响

3.2.4 不同滤速下形成动态膜

3.2.5 使用不同基膜形成动态膜

3.3 动态膜扫描电镜表征

3.4 动态膜厚度

3.5动态膜的形成及其水处理性能

3.5.1 恒速—恒速过滤

3.5.2 恒压—恒速过滤

3.5.3 两种过滤方式的对比

3.5.4 动态膜分离技术的水处理性能

3.5.5 滤饼层硅粉的回收与膜的清洗

3.6 小结

4 循环冷却水水质控制实验

4.1 实验流程

4.2 实验装置

4.3 实验分析方法

4.4 理论计算

5 循环冷却水实验结果与讨论

5.1 不同浓缩倍数下循环冷却水水质变化情况

5.2 UF—RO系统水质分析

5.3 结垢与腐蚀趋势的判断

5.4 经济性分析

5.5 小结

6 结论与建议

6.1 实验结论

6.2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢