上海實驗室純水設(shè)備解讀：水中硫酸鹽典型去除方法及特點
【上海水處理設(shè)備網(wǎng)www.ppyswfy.cn】原水中硫酸鹽含量較高是目前國內(nèi)飲用水領(lǐng)域的熱點水質(zhì)問題之一。根據(jù)2012年—2019年的中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》,硫酸鹽是地下原水的主要污染物之一,近年來局部地表原水中也出現(xiàn)了硫酸鹽超標(biāo)的問題。作為水中典型的陰離子,硫酸鹽含量增加會導(dǎo)致水體礦化度(總?cè)芙夤腆w)含量增大,并致使飲用水變苦、發(fā)澀,引起人們對水質(zhì)安全的質(zhì)疑。此外,硫酸鹽還會直接對人體健康發(fā)生負(fù)面影響,硫酸鹽含量較高的飲用水會造成腹瀉等問題。國現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》GB57492022對硫酸鹽的限值為250mg/L
目前,針對水中硫酸鹽控制的方法主要有膜處理法(納濾、反滲透、電滲析)化學(xué)沉淀法、離子交換法等,吸附法、冷凍法、生物法也有相關(guān)的報道,但主要集中在研究階段。需要注意的,上述方法主要應(yīng)用于工業(yè)及廢水處置中,飲用水處置中的應(yīng)用和研究則相對較少。基于處置效果穩(wěn)定等方面的要求,飲用水除硫酸鹽工程主要采用了以納濾、反滲透、電滲析為核心的膜處置組合工藝(以下簡稱“膜處理工藝”,取得了較好的凈化效果,但也存在明顯的建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用高、濃水產(chǎn)率高且難以處置等典型問題,影響了其廣泛應(yīng)用。考慮到硫酸鹽超標(biāo)原水的水質(zhì)特征及處置需求存在較明顯的差異,實際應(yīng)用中適用的處置技術(shù)也有一定的差別。因此,本文在對典型硫酸鹽去除技術(shù)處理效能及基本特點進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同原水硫酸鹽的去除需求及典型的工程應(yīng)用案例,探討飲用水除硫酸鹽技術(shù)的適用性,并針對后續(xù)發(fā)展方向進(jìn)行初步探討。
1水中硫酸鹽典型去除方法及特點
1.1膜處理法
1.1.1膜處理法的典型工藝流程及處理效能
具備硫酸鹽去除功能的膜處置法主要包括電滲析、反滲透和納濾3類處理方法。為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行、緩解膜污染問題,膜單元進(jìn)水的要求一般為渾濁度小于1NTU污泥密度指數(shù)(SDI小于3實際工程應(yīng)用中一般需設(shè)置前處理工藝,根據(jù)原水水質(zhì)情況可選擇多介質(zhì)過濾、活性炭吸附、超濾或微濾等工藝的一種或多種組合,局部高硬度原水還需要考慮增設(shè)軟化設(shè)施作為前處理。典型工藝流程如圖1所示。
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
圖1膜處置去除硫酸鹽的典型工藝流程
反滲透、納濾、電滲析這3類膜處置工藝均可以有效去除水中的硫酸鹽,但去除率存在一定的差異,分別為≥97%80%95%40%70%然而,這3類膜處置工藝建設(shè)本錢均較高,一般在2000元/m3d-1以上。上海實驗室純水設(shè)備運(yùn)行本錢存在一定的差異,一般為0.52.5元/m3,其中電滲析運(yùn)行費(fèi)用最高,為1.22.5元/m3,納濾運(yùn)行本錢最低,可控制在0.5元/m3左右。
1.1.2膜處理法存在典型問題
1膜污染
膜污染是膜處理工藝在工程應(yīng)用中普遍存在問題之一,且過濾精度越高,膜污染問題越嚴(yán)重。根據(jù)膜污染成分的差別,可分為有機(jī)污染和無機(jī)污染。其中,無機(jī)污染是除硫酸鹽過程中最主要的膜污染成分,主要原因是高回收率條件下,水中的陰、陽離子得到極大的富集,增加了膜表面沉積的可能性。膜的無機(jī)污染涉及的成分比擬復(fù)雜,其中以各類鈣鹽最受關(guān)注。圖2列出了近年來針對導(dǎo)致膜污染的典型無機(jī)鈣鹽的研究情況�？梢钥闯�,CaSO4導(dǎo)致膜污染最典型的物質(zhì)成分,BaSO4SrSO4等其他硫酸鹽也是造成膜堵塞的重要原因。因此,利用膜處置法去除水中硫酸鹽時,硫酸鹽在膜上的堆積及其所導(dǎo)致的膜污染是需要重點關(guān)注的問題。
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
圖2近10年來膜資料無機(jī)污染研究頻次
2膜污染控制措施
目前,規(guī)避膜污染的研究和應(yīng)用主要表示在新型膜資料研發(fā)及表面改性、高效前處理工藝的設(shè)置、新型阻垢劑的應(yīng)用和運(yùn)行操作條件優(yōu)化4個方面。
①新型膜資料研發(fā)及表面改性
膜的性質(zhì)是影響膜污染的重要因素,膜表面的粗糙度與其表面的無機(jī)顆粒堆積、結(jié)垢幾率呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。相關(guān)研究標(biāo)明,針對膜材料的調(diào)整或改性可以有效延緩硫酸鹽造成的膜污染:聚酰胺膜較乙酸纖維素膜更易導(dǎo)致硫酸鹽堆積,且更加難以清洗,因此,為防止硫酸鹽結(jié)垢,應(yīng)盡量防止采用聚酰胺膜;與疏水膜相比,CaSO4更易在親水膜表面結(jié)垢,可通過增強(qiáng)膜表面的疏水性抑制硫酸鹽結(jié)垢。
②高效前處理工藝的設(shè)置
結(jié)合導(dǎo)致膜污染的主要成分以及膜污染過程,膜工藝單元進(jìn)水應(yīng)控制合理的有機(jī)物、顆粒物及易堆積離子含量。因此,一般膜處置工藝前均設(shè)置活性炭吸附和多介質(zhì)過濾來去除有機(jī)物、顆粒物,特殊情況下考慮設(shè)置超濾或微濾強(qiáng)化顆粒物的去除。然而針對高含鹽量、高硬度原水則需增設(shè)軟化除硬設(shè)施,規(guī)避過量離子在膜表面的堆積:針對昆明高碳酸鹽原水的水質(zhì),采用陽離子交換樹脂作為預(yù)處理工藝,防止了反滲透膜臨時運(yùn)行結(jié)垢的可能性,大幅延長反滲透清洗周期;采用磁絮凝作為預(yù)處理工藝,投加280mg/L石灰、40mg/L聚合氯化鋁(PA C75mg/L磁粉情況下,可將原水中418mg/L總硬度降低至166mg/L,有效延緩膜通量衰減。
③新型阻垢劑的使用
添加阻垢劑是目前最常見的控制硫酸鹽結(jié)垢的方法。投加少量的阻垢劑(通常為幾毫克每升)即可以與易堆積離子形成新的絡(luò)合物,減緩沉淀物的形成,且絡(luò)合物可以通過改變晶體結(jié)構(gòu)抑制晶體進(jìn)一步形成。目前常用的阻垢劑主要有聚磷酸鹽、聚丙烯酸和馬來酸酐。由于目前最廣泛應(yīng)用的磷酸鹽類阻垢劑在水中易水解形成正磷酸鹽,發(fā)生Ca3PO42沉淀從而加劇膜結(jié)垢,且磷元素的存在易造成水體富營養(yǎng)化,應(yīng)用受到一定限制。近年研究的聚丙烯酸、馬來酸酐等阻垢劑具備良好的阻垢效能,且綠色、環(huán)保,后續(xù)經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用示范后具有較好的應(yīng)用前景。
④運(yùn)行操作條件優(yōu)化
優(yōu)化運(yùn)行操作條件主要通過改善過濾過程的流體動力學(xué)來緩解硫酸鹽結(jié)垢。Lee等通過旋轉(zhuǎn)反滲透膜,增加離子碰撞的概率,促進(jìn)結(jié)晶的同時,抑制沉淀顆粒堆積在膜表面,且加快反滲透膜的旋轉(zhuǎn)速度會進(jìn)一步增加液體剪切力,有效緩解硫酸鹽在膜表面的結(jié)垢。然而,實際工程應(yīng)用中的效能尚需進(jìn)行綜合評價。實際應(yīng)用中通過控制膜進(jìn)水水質(zhì)、優(yōu)化膜進(jìn)水流速、優(yōu)化膜通量數(shù)值、改進(jìn)膜過濾周期等操作條件的改變也可在一定水平上減輕膜污染,延長運(yùn)行周期和濃水排放周期、增加運(yùn)行壓力和提高產(chǎn)水率均會加劇膜污染,而增大錯流速度則可有效緩解膜污染問題。
1.2藥劑沉淀法
藥劑沉淀法的基本原理是通過投加藥劑使SO42-轉(zhuǎn)化為難溶性物質(zhì),并從水中析出、去除的過程。根據(jù)使用藥劑種類的差別可分為保守藥劑沉淀法和新興藥劑沉淀法。
1.2.1保守藥劑沉淀法
保守藥劑沉淀法中常用的藥劑為BaCl2和CaCl2等,其涉及的反應(yīng)過程如式(1和式(2該方法目前常用在燒堿工業(yè)、礦井廢水等工業(yè)廢水的硫酸鹽去除過程。
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
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飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
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研究結(jié)果標(biāo)明,通過投加BaCl2和CaCl2均可將原水中的硫酸鹽質(zhì)量濃度由512mg/L降低至250mg/L以內(nèi)。BaCl2作為沉淀藥劑時,處置流程簡潔、效能較好,但藥劑本錢較高且有毒,不適用于飲用水處置;使用CaCl2整體運(yùn)行本錢較低,且可得到副產(chǎn)物石膏�？紤]到CaSO4溶解度大[25℃時的溶度積為7.110-5mol/L2],去除效率低,僅適用于小型且原水中硬度低的飲用水處置。
1.2.2新型藥劑沉淀法
為解決保守藥劑去除效率低、處置本錢高、適用范圍窄等缺點,近些年新型藥劑沉淀法被研發(fā)和應(yīng)用。新型藥劑沉淀法一般以添加鋁離子為特征,并同時投加鈣鹽來實現(xiàn)硫酸鹽的強(qiáng)化去除:利用鋁離子水解產(chǎn)生的膠體對水中雜質(zhì)進(jìn)行吸附,并與水中硫酸鹽生成難溶性的鈣礬石(3CaOAlO3CaSO431H2O晶體,降低硫酸鹽在水中的溶解度,提高去除效率。上海實驗室純水設(shè)備利用PA CCaCl2和CaO[或CaOH2]對寧夏某高硫酸鹽、高硬度原水進(jìn)行處理,結(jié)果標(biāo)明:PA CAlCl36H2OCaOH2以CaO計)投加量分別為3030100mg/L時,出水符合《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》GB57492022要求。鋁酸鈣是近年來廣受關(guān)注的另外一類新型除硫酸鹽藥劑,且具有來源廣泛、價格廉價的優(yōu)點。研究結(jié)果標(biāo)明,投加量為7.5g/L時,可將原水的硫酸鹽質(zhì)量濃度由1000mg/L降低至低于250mg/L
1.2.3藥劑沉淀法所形成污泥的平安處置
根據(jù)投加藥劑不同種類,藥劑沉淀法會形成以CaSO4鈣礬石為主體成分的沉淀污泥,其后續(xù)的平安處置是影響其使用的關(guān)鍵因素之一。一般情況下,石膏常被用來作為污泥脫水處理中的骨架構(gòu)建劑,提高污泥的過濾性、降低污泥含水率,實現(xiàn)污泥的資源化。CaSO4廢渣也可作為水泥調(diào)凝劑,但需嚴(yán)格控制用量;鈣礬石可被用作硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)的原材料或砷酸鹽吸附劑,1g/L鈣礬石可以去除86%96%砷酸鹽。
藥劑沉淀法在處置高硫酸鹽飲用水過程中,根據(jù)藥劑不同可得到不同的副產(chǎn)物,但存在資料本錢過高等問題,且在硫酸鹽去除過程中,因藥劑沉淀所需加藥量較大,可能引起飲用水水質(zhì)指標(biāo)發(fā)生進(jìn)一步變化。目前針對藥劑沉淀法的研究仍停留于實驗室階段,實際工程中,藥劑去除效率不明確,且投加和動力費(fèi)用會導(dǎo)致制水本錢進(jìn)一步提高;僅鋁酸鈣粉用于苦咸水預(yù)處理工藝,尚無法作為有效處置單元進(jìn)行大規(guī)模推廣應(yīng)用。
1.3離子交換法
1.3.1離子交換法去除水中硫酸鹽的效能
離子交換法利用離子交換樹脂上的可交換基團(tuán),與水中硫酸鹽進(jìn)行離子交換,實現(xiàn)水中硫酸鹽的去除。
離子交換樹脂目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水中硫酸鹽的去除,如酸性礦山廢水和石油煉化廢水等工業(yè)領(lǐng)域,并取得較好的去除效果。相關(guān)研究結(jié)果標(biāo)明,離子交換樹脂可以用于飲用水中硫酸鹽的去除:利用A400和D301樹脂對原水中硫酸鹽進(jìn)行去除,初始質(zhì)量濃度為500mg/L原水最終出水質(zhì)量濃度低于250mg/L磁性離子交換樹脂(MIEX?可實現(xiàn)40%80%硫酸鹽去除,硫酸鹽質(zhì)量濃度由350420mg/L降低為220240mg/L目前尚未發(fā)現(xiàn)利用樹脂去除飲用水中硫酸鹽的典型工程案例,但根據(jù)已有研究成果,樹脂已具備實際應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。
離子交換法去除地下水中硫酸鹽具有簡單、高效、可再生的優(yōu)點,且一般離子交換樹脂對水中SO42-選擇性較強(qiáng),并可根據(jù)原水水質(zhì)調(diào)整運(yùn)行工況來滿足處置需求。然而需要注意在硫酸鹽去除的同時,會有等當(dāng)量的陰離子(Cl-HCO3-OH-進(jìn)入水中,可能導(dǎo)致其他離子濃度超標(biāo)。
1.3.2離子交換廢液的平安處置
樹脂處置的再生廢液一般可達(dá)到總體處置水量的1%7%,具有高含鹽量的特征,需要進(jìn)行平安處置。樹脂再生廢液成分主要包括高濃度NaCl硫酸鹽及局部天然有機(jī)物(NOM,其中Cl-硫酸鹽和有機(jī)物質(zhì)量濃度分別達(dá)到2.619.10.324.30.041.60g/L[以可溶性有機(jī)碳(DOC計]
針對再生廢液中硫酸鹽的去除方法主要有沉淀法、生物法和膜處理。利用沉淀法處置實際再生廢液過程中,由于NOM覆蓋在成核和晶體生長的位點,對硫酸鹽沉淀過程抑制效果明顯,需要消耗大量偏鋁酸鈉和CaOH2,處置效果僅可達(dá)到8%Silva等利用生物厭氧反應(yīng)器對初始質(zhì)量濃度為1200035000mg/L工業(yè)廢水進(jìn)行處置,硫酸鹽去除率可達(dá)97%以上。但利用微生物處置則需堅持廢水中COD/SO42-控制在>2,而目前廢液中的比例遠(yuǎn)低于此限值。因此,尚需進(jìn)一步研究廢液中硫酸鹽的合理處置方法。
樹脂再生廢液中的NOM主要為較小的帶電有機(jī)物,如腐植酸和富里酸,目前主要通過膜處置對有機(jī)物進(jìn)行處置。Elisabeth等利用二級電滲析技術(shù)對再生廢液中的有機(jī)物進(jìn)行回收利用,處置后的再生液與新鮮氯化鈉溶液混合后,水質(zhì)滿足重復(fù)利用的條件,但有機(jī)物中摻雜有大量HCO3-SO42-Na+限制了有機(jī)物的資源化利用。利用納濾+膜蒸餾工藝處置再生廢液,去除其中有機(jī)物并回收氯化鈉,但其生成的鹽純度缺乏以在化學(xué)工業(yè)中使用,僅可作為道路除冰鹽,且在過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。上海實驗室純水設(shè)備
利用膜處置實現(xiàn)再生廢液中有機(jī)物和硫酸鹽的同步去除,需考慮膜堵塞問題,尤其是高濃度有機(jī)物造成的膜污染,需要進(jìn)一步研究確定。
1.4吸附法
吸附法利用多孔吸附資料與原水充沛接觸反應(yīng),將水中的SO42-吸附于吸附劑表面,從而實現(xiàn)與水的分離。目前吸附法主要應(yīng)用于礦山廢水、污水處置廠等處置單元中。
硫酸鹽吸附劑可分為無機(jī)吸附劑和有機(jī)吸附劑兩大類,其中無機(jī)吸附劑應(yīng)用較多。無機(jī)吸附劑主要有焙燒水滑石、柱撐蒙脫石、針鐵礦等。不同吸附劑吸附容量(25℃)及處置本錢如表1所示。
表1吸附劑吸附容量及處理成本
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
吸附法操作簡單,吸附劑種類繁多,但整體應(yīng)用本錢較高(表1,且吸附劑受水質(zhì)條件影響較大。目前仍處于實驗室研究階段,無實際應(yīng)用工程案例。
對前期飲用水中硫酸鹽去除工藝整理分析其優(yōu)缺點及適用條件,結(jié)果如表2所示。
表2處置高硫酸鹽飲用水工藝優(yōu)缺點及適用條件
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
2飲用水中硫酸鹽去除技術(shù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀
由表2可知,現(xiàn)有的硫酸鹽去除技術(shù)中,膜處理法是相對幼稚且效果穩(wěn)定的處置技術(shù)。實際工程應(yīng)用中也主要采用了以反滲透、納濾和電滲析為主的膜處理工藝(表3
表3飲用水中硫酸鹽去除現(xiàn)狀工程項目
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
1電滲析工藝
電滲析工藝通過使用活性炭電極的電導(dǎo)率和吸附性能,電場力的作用下,將溶液中的陰陽離子移至電極的兩端,形成一個中間去離子區(qū),從而實現(xiàn)了溶液的脫鹽。其脫鹽能耗與原水含鹽量呈正相關(guān),處置過程中存在無法去除不帶電荷的細(xì)菌和有機(jī)物,運(yùn)行過程易結(jié)垢等問題,這阻礙了電滲析法在大規(guī)模飲用水除硫酸鹽工程中的推廣應(yīng)用。目前主要適用于低中鹽度苦咸水的小型飲用水處置工程,如長島縣試驗站中通過電滲析法淡化苦咸水,其脫鹽率在80%左右。
電滲析法在處置含懸浮物和高濃度COD工業(yè)廢水中,常與其他方法聯(lián)合使用。目前已有混凝-電滲析法聯(lián)合處置高礦化度礦井水的研究標(biāo)明,離子交換膜易受某些高價離子和有機(jī)物的污染,裝置運(yùn)行過程中發(fā)生濃差極化引起結(jié)垢等。
2反滲透工藝
反滲透工藝可以有效降低出水中含鹽量(總?cè)芙夤腆w),上海純水設(shè)備且具有凈化效果好且穩(wěn)定的優(yōu)點,水資源匱乏地區(qū)有明顯優(yōu)勢。然而反滲透技術(shù)在處置過程中需較高壓力驅(qū)動,導(dǎo)致處置能耗大、處置本錢高以及膜壽命的減少。因此,實際工程實踐中,反滲透處置出水與原水依照一定比例混合可降低制水成本。山東德州瑞源水廠以反滲透膜作為主體工藝對臭氧活性炭池的出水進(jìn)行了深度處置,處置后水中的硫酸鹽質(zhì)量濃度為1.54.5mg/L,去除率達(dá)到95%,膜過濾后的出水和活性炭池出水以1∶2摻混后經(jīng)消毒加壓后提供給用戶,其硫酸鹽質(zhì)量濃度在216.5mg/L,水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上節(jié)省了制水成本。
3納濾工藝
通過對實際工程案例的分析發(fā)現(xiàn),納濾工藝可以實現(xiàn)對硫酸鹽的高效去除(>90%,且可局部去除總?cè)芙夤腆w(50%90%而結(jié)合其運(yùn)行情況可知,其動力能耗較反滲透技術(shù)降低30%左右,可以顯著降低納濾膜過濾技術(shù)的運(yùn)行本錢。相較于反滲透工藝,納濾工藝因其運(yùn)行過程中能耗較低、廢水產(chǎn)率較低、可保存局部有益礦物質(zhì)等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注,并成為目前水廠優(yōu)質(zhì)水生產(chǎn)中重點考慮的工藝。
但如果直接使用納濾膜過濾原水,由于空間位阻作用,水中的大分子有機(jī)物會在膜上沉積,從而發(fā)生較厚的污垢,這些污垢會阻止水通過納濾膜,增大濾液的阻力,從而導(dǎo)致納濾過程的通量降低,造成較為嚴(yán)重的膜污染,極大縮短納濾膜的運(yùn)行周期。因此,利用納濾工藝進(jìn)行硫酸鹽去除前,需要設(shè)置配套的預(yù)處置工藝去除有機(jī)物,例如超濾或微濾工藝。同時,納濾膜運(yùn)行過程中也添加一定量的阻垢劑可以有效防止膜的結(jié)垢。
4雙膜法
雙膜法是為保證反滲透工藝和納濾工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)而將超濾或微濾工藝作為前置處置工藝的一種方法。由于超濾/微濾工藝可以有效截留大部分懸浮物、膠體和細(xì)菌等污染物,從而有效降低反滲透或納濾膜的污染,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該工藝具有占地少、工藝先進(jìn)、自動化水平較高、處置效率高等特點,能夠?qū)λw中的硫酸鹽進(jìn)行有效的去除,從而進(jìn)一步提高飲用水的質(zhì)量,目前飲用水處置工程中涉及納濾膜、反滲透膜過濾的常用的應(yīng)用方式。鄭斌等對兩種雙膜法工藝對地下水中硫酸鹽的去除效能進(jìn)行了研究,反滲透膜對硫酸鹽的去除率約為99%,納濾膜則為98%,反滲透膜去除效能略微高于納濾膜,但反滲透膜運(yùn)行時所需的壓力約為納濾膜的兩倍,造成的電耗相比納濾也高出許多。綜合經(jīng)濟(jì)分析,納濾更適合作為雙膜法的處置工藝。
3飲用水中硫酸鹽去除技術(shù)研發(fā)需關(guān)注問題
3.1飲用水除硫酸鹽典型需求分析
硫酸鹽含量較高的水源主要苦咸水、高硫酸鹽地下原水和高硫酸鹽地表原水,其在原水水質(zhì)特征及處置需求上存在一定的差異。
苦咸水:當(dāng)海水入侵或蒸發(fā)作用較強(qiáng)、補(bǔ)給缺乏時,水中離子濃度會增大,形成總?cè)芙夤腆w質(zhì)量濃度大于1000mg/L苦咸水,且以10005000mg/L低鹽度苦咸水為主,其水化學(xué)類型多為SO4Cl-Na和SO4Cl-NaMg型�？嘞趟辛蛩猁}(以SO42-計)氯化物(以Cl-計)總硬度、總?cè)芙夤腆w普遍超標(biāo)(表4,直接處置難度較大,需要考慮多種離子的同步去除,膜處置技術(shù)可以較好地滿足處置需求。劉娟等認(rèn)為,處置礦化度小于1g/L苦咸水時,可通過納濾進(jìn)行處理;13g/L苦咸水可利用反滲透技術(shù)進(jìn)行處置;36g/L苦咸水可采用納濾+反滲透的工藝流程;大于6g/L苦咸水,可采用膜蒸餾法進(jìn)行處理。需要注意的,針對局部硫酸鹽、總硬度含量均較高的苦咸水,進(jìn)行膜處置前尚需考慮軟化作為前置處置。
表4典型高硫酸鹽原水質(zhì)參數(shù)
飲用水除硫酸鹽技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及后續(xù)發(fā)展趨勢
高硫酸鹽地下原水:國超過400座鄉(xiāng)村和農(nóng)村以地下水為飲用水水源。上海純水設(shè)備局部存在硫酸鹽超標(biāo)的問題,主要來源為硫酸鹽巖石溶解和含硫礦物風(fēng)化,一般多分布于煤礦豐富區(qū)域。由于巖石的溶濾作用,典型高硫酸鹽地下原水普遍存在總硬度含量高的現(xiàn)象,需要考慮水中硫酸鹽和硬度的同步去除。針對高硫酸鹽地下原水的處置,可以選用膜處置工藝或者離子交換與硬度去除組合工藝。由于有機(jī)物發(fā)生的膜堵塞現(xiàn)象顯著降低,降低了膜處理成本,可利用膜工藝進(jìn)行處置,也可采取離子交換樹脂等工藝與硬度去除工藝聯(lián)合處置。特殊情況下,需要考慮除硬度軟化工藝與膜處理的組合使用,減輕膜污染問題。
高硫酸鹽地表原水:此類水源相對較少,主要是地表水源受到不同水平的污染地下水或煤礦尾水的影響,表示為硫酸鹽、總硬度以及有機(jī)物含量均較高的水質(zhì)特征。針對此類水源,應(yīng)在強(qiáng)化地表水慣例處置工藝基礎(chǔ)上,增設(shè)針對性除硫酸鹽、除總硬度工藝,并適當(dāng)強(qiáng)化有機(jī)物的去除。納濾、離子交換+軟化除硬度可作為典型的選擇,并應(yīng)注意膜系統(tǒng)濃水或離子交換再生廢液的平安處置問題。
3.2飲用水除硫酸鹽適用技術(shù)及后續(xù)發(fā)展趨勢探討
可以看出,針對硫酸鹽含量較高的原水,比擬可行的處置工藝為以反滲透、納濾、電滲析為主的膜處置工藝和離子交換工藝,而這兩類處理工藝在實際應(yīng)用中均存在一定的問題,后續(xù)該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與這些存在問題的解決有一定的關(guān)聯(lián),具體表示在以下幾個方面。
1反滲透、納濾、電滲析等膜處理工藝的優(yōu)化和改進(jìn),具體包括新型膜材料的研發(fā)、綠色高效阻垢劑的開發(fā)、膜處理工藝的組成及運(yùn)行條件優(yōu)化。
2離子交換工藝的改進(jìn)和提升,具體包括針對硫酸鹽去除的大容量交換樹脂研發(fā)、離子交換工藝的應(yīng)用模式及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、飽和離子交換樹脂的再生方法改進(jìn)。
3含鹽生產(chǎn)廢水的平安處置,具體包括典型膜處置工藝濃水的水質(zhì)特征分析及平安處置關(guān)鍵技術(shù)、樹脂再生廢液的平安處置及資源化利用等。 上海純水設(shè)備
4結(jié)論
1本文匯總了水中硫酸鹽典型去除技術(shù)的優(yōu)缺點及適用條件�，F(xiàn)有的硫酸鹽去除技術(shù)中,膜處理法是相對幼稚且效果穩(wěn)定的處置技術(shù)。
2對實際工程應(yīng)用中采用的反滲透、納濾和電滲析膜處理工藝的水質(zhì)條件、處置效能、本錢等參數(shù)以及實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了匯總。
3明確了硫酸鹽含量較高的3種水源:苦咸水、高硫酸鹽地下原水和高硫酸鹽地表原水的原水水質(zhì)特征及處理需求,并提出了相應(yīng)的處置工藝。
4針對硫酸鹽含量較高的原水,比擬可行的處置工藝為以反滲透、納濾、電滲析為主的膜處置工藝和離子交換工藝,后續(xù)該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢為相應(yīng)工藝的改造提升以及含鹽生產(chǎn)廢水的平安處置。
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