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预处理方法和策略

2014-06-24 22:12:43 杭州沃腾膜工程有限公司 已读

预处理的策略可以有非常广泛的目的,有时还可能完全相反.见表25

25 预处理

增加溶解性

PH、温度及综合因素

降低溶解性(使结晶化)

控制结晶化,使产生微小晶体,如加热并保持

延迟结晶化

使用阻垢剂

减少低溶解性的溶质

使用离子交换介质(如钙-钠交换)

减少悬浮固体

使用过滤器、离心分离机、沈淀、沈降、浮选

减少有机溶剂

蒸馏

减少重金属、氧化重金属

Cr+6Cr+3Fe+2Fe+3,以氢氧化物形式沈淀

杀死微生物

巴氏杀菌法、消毒和化学处理,同时去除死去的微生物

微生物变异的高度浓缩

蛋白的发酵

在反渗透前去除不溶性的有机固体

使用纳滤或超滤,例如去除腐殖酸或不溶解的矿物油。

料液中的悬浮固体是非常难处理的问题。到目前为止,一般采用的预处理方法是传统的过滤。在最初的乳制品行业中也会使用离心的方法。

微生物代表了一个特殊的问题。不管它们是死或活,都可能阻塞膜片。活的微生物可能通过自生的新陈代谢产物或与料液中的细菌反应而引起阻塞。死的微生物的细胞残害,主要是细胞膜,可以引起阻塞。从物料中去除细胞残骸和新陈代谢产物是非常困难的,因为由细胞产生的各种物质一般具有抗氧化能力和抗高pH值环境的能力。

28和表29列出了在预处理中使用的常规方法。虽然能列出的预处理方法非常多,但一般使用的方法很少。因此,如果你需要处理一种没有在此列出的产品,可以采用在此表中列出的同类产品相同的预处理方法。虽然这部分信息是通过行业整理的,也可以象以下列出的那样,通过产品的类型归类。

例如:

蛋白质:奶酪、奶类(母牛奶、羊奶、马奶、水牛奶)、黄豆蛋白、豌豆蛋白、酵素蛋白、血浆、鱼刺水和鱼冻。

多糖:角叉()胶、果胶、琼脂、树脂、黄原胶。

果汁:苹果汁、梨汁、菠萝汁。

预过滤的要求变化很大。管式膜对料液中的颗粒有耐受力,其它的所有系统都要求对料液进行过滤。表26提供了一些指导。

26 预过滤要求

 

流道

亦可见表11

管式系统

1英寸

过滤至毫米级

系统

0.5英寸

应在0.5mm左右

纤维系统

<2mm

必须达100微米或更小

板框系统

<1mm

必须达5微米或更小

卷式组件

90mil

必须达100微米或更小

卷式组件

47mil

必须达5微米或更小

卷式组件

30mil

必须达10微米或更小

中空精纤维系统

未定义

非常敏感,建议物料进行超滤或微滤

27列出了在膜表面发现的最常见的物质。

 

 

 

27 与膜相对抗的物质

对抗物质

无机材料

有机材料

生物量

纤维

 

 

海藻

 

 

 

 

氢氧化铝(Al(OH)3)

 

 

 

氧化铝(Al2O3)

 

 

细菌

 

 

 

 

硫酸钡(BaSO4)

 

 

 

碳酸钙(CaCO3)

 

 

 

磷酸氢钙(CaHPO4)

 

 

 

阳离子

 

 

 

动物卵黄系带

 

 

 

氢氧化铬(Cr(OH)3)

 

 

 

染色、聚酰胺、聚酯、棉制品

 

 

脂肪

 

 

 

纤维(纺织品)

 

 

过滤器

 

 

提纯(水果、奶酪、酵素等)

 

 

凝聚剂

 

 

 

 

青草、大麻

 

 

油脂

 

 

 

头发

 

 

腐殖酸

 

 

 

氢氧化铁(Fe(OH)3)

 

 

 

橡胶

 

 

 

碳酸镁(MeCO3)

 

 

 

氢氧化锰(Mn(OH)2)

 

 

 

中密度玻璃纤维排水

 

 

金属锉屑

 

 

 

 

 

 

油漆

 

 

 

造纸加工排水

 

蛋白质

 

 

 

纸浆排水

 

砂、二氧化硅(SiO2)

 

 

 

硅油

 

 

 

淤泥

 

 

 

溶剂

 

 

 

硫化锶(SrSO4)

 

 

 

酵母、发酵粉

 

 

 

 

28 预处理方法-1

 

物理法

化学法

加热法

电化学法

离心/分离

 

 

 

联合体

 

 

 

不溶性空气浮选

 

 

 

电子凝聚作用

 

 

过滤器

 

 

絮凝作用

 

 

 

加热并保持

 

 

 

 

 

臭氧

 

 

 

巴氏杀菌法

 

 

 

 

PH

 

 

 

沈淀

 

 

 

蒸馏

 

 

 

热交换

 

 

 

UV

 

 

 

29 预处理方法-2

 

乳制品

食品

废水

应用水

处理水

离心/洗涤机

 

 

复合物

 

 

 

 

不溶性空气浮选

 

 

 

电子凝聚作用

 

 

 

 

过滤器

絮凝作用

 

 

 

 

加热并保持

 

 

 

 

 

 

 

臭氧,氯气

 

 

 

 

巴氏杀菌法

 

 

 

PH

 

 

 

沈淀

 

 

 

 

蒸馏

 

 

 

热交换

 

UV

 

 

 

 

UVH2O2

 

 

 

 

 

名词“过滤器”代表了许多类型的过滤器。一般大都是终端过滤器,但也存在错流过滤过滤器。大多数与膜过滤系统相连接的过滤器有套筒过滤器、袋式过滤器、砂砾过滤器、移动带式过滤器、预涂助滤剂的过滤机。

藻类、细菌、酵母、vira?

一般原则上藻类、细菌、酵母、vira等的计数应少于100/ml然而有时即使少得只有10/ml也会成问题,但108/ml却不一定有问题。因此,必须咨询有经验的工程师,因为经验和试验是选择合适的预处理方法时唯一可靠的方法。

在常规的过滤方法后增加热处理或加氯消毒也有一些成功的案例。

生物堵塞

“生物堵塞”一词一般用于描述微生物、细菌、酵母、细胞尸体或新陈代谢产物的沈淀。生物堵塞远没有很好的界定,但不管怎样,一般经验表明它很难去除。预处理的成功仅限于证明物料中有一些非常小的细胞物质,膜过滤装置可以在细菌安全的温度下进行操作。

只要不间断地处理,有一些预处理方案可以达到抑制或阻止微生物生长的目的,但一旦处理停止,细菌将在留下的一些液体中继续生长。但也有两种情况是例外的:

²  加入强化学剂,如足够浓度的次氯酸盐并过量,确保阻止微生物的继续生长。

²  75℃或更高的温度下加热和操作,这种方法一般除了用在一些系统,如高纯水、处理纸浆排水和处理蒸汽冷凝水外不常被使用。

血浆

血是屠宰场的副产品。有些地方直接把血浆倒入下水道,有些地方则将它们收集以来后和其它废料混合后在非常高的温度下蒸干。高质量的血浆制品有一定的市场需求。

如果极少或没有足够的钙,血就不能凝结。因此阻止血的凝结可以添加钙的结合试剂。大多数情况下添加柠檬酸钠,但有时也用磷酸钠。如果使用模处理血浆,柠檬酸盐和磷酸盐的添加是非常重要的预处理方式。只要确保没有污染,血浆可以以某些方式直接抽取,但在抽取过程中必须马上添加柠檬酸盐或磷酸盐,同时血浆应该马上处理。

用膜处理全血时比较困难的。一般先通过离心作用从全血中去除血红细胞。重要的是为了避免细胞破裂,离心过程必须相当柔和。细胞的破裂将释放血红素进入血浆,使膜的过滤过程以及随后的设备清洗工作复杂化。如果没有来自血红素的红色,这种血浆制品的质量一般被认为是较低等的。

角叉胶

这种产品是在非常高的pH值下从海藻中分离出来的,含有高浓度的悬浮固体。

角叉胶的分离一般都必须进行预过滤。大都在超滤前使用预涂助滤剂的过滤器。预过滤从去除一定数量的蛋白质、色度以及悬浮固体开始。使用辅助过滤器、硅藻土并在超滤系统前使用一个保安过滤器是很有效的。如果发生辅助过滤器穿透,那么保安过滤器将阻塞,这样可以减少膜过滤装置的堵塞。

一般过滤器的正常孔径是200μ。事实上,过滤结果会更好些,因为过滤器很快会堆积。即使在水处理中一般要求过滤至0.5μ或10μ。但由于种种原因,要求更好的预过滤是不太实际或没有必要的,因为:

²  在技术上完成更好的过滤几乎是不可能的。

²  在行业中已运用多年。

²  由一个90mil平行物料隔层提供的流道相当于2200μ,是颗粒尺寸的10倍。

如果被预过滤的液体pH接近于14,那一般用醋酸调节至8。若在超滤前没有pH调节,膜的寿命将缩短,因为膜在非常高的pH下会变脆。事实上,在操作温度高于80℃时情况将更加严重。

角叉胶的粘性很高,因此作为预处理方式的一种,必须将产品温度加热至更高。

阳离子

一些物质组分(如阳离子清洁剂)在许多情况下对膜通量是不利的,将导致通量显著下降,有时至零。

这样唯一可行的预处理方式是加入足够的阴离子化学药剂,以中和阳离子物质,一般可加入一些普通的清洁剂如十二醇磺基酸,这是一种普通且不太昂贵的产品。

反冲洗装置(CIP)使用的液体

反冲洗装置使用的液体在膜过滤中引起一些特殊的问题,因为它们的组分还不是非常清楚。CIP表示反冲洗装置,这是在食品和奶制品加工厂中一个普通的过程设备清洗的程序。

唯一可进行的预处理方法是净化液体,这可以由许多类型的过滤器来完成。最常使用的是套筒式过滤器。它们给人印象最深的除了不能重复使用外还相当昂贵。因此另外一个相当有效的方法是在离心分离机中进行净化。这类设备一般用于从牛奶中去除脂肪,但CIP液体必须得到有效净化。由于离心分离机被用于许多食品和奶制品工厂,因此这类设备的可利用性是不容置疑的。

有色物质

在食品中许多天然产生或人造染色材料在膜过滤中会产生问题,尤其是自然发生的有色物质最严重。染色材料水溶性越好,越不容易引起问题。

由于子啊许多场合颜色作为某些产品的重要的特性,因此不太可能去完成一个去除颜色的预处理,例如红酒中的红色。从一些食品加工过程的废水处理案例中,絮凝取得了一些成功,通过絮凝可以在去除颜色的同时不破坏产品的质量,但是棘手的是絮凝剂本身会污染膜。因此最好使用微量絮凝剂,同时在产品中残留一部分颜色。这样在大多数情况下可以确保产品不含无用的絮凝剂,而渗过液具有足够好的质量,但燃料沈淀可能引起很小的问题。

有色物质存在于许多食品与和食品相关的产品中,如生产豌豆和胡萝卜的废水中,糖制品的浓汁、果汁、啤酒中。一些其它的引起麻烦的有色物质天然存在于fulvic和腐殖酸中。所有这些有色物质在水中的溶解度都很低,在膜上容易发生沈淀。它们具有一个普遍的化学特性,在分子结构中具有一个或多个苯环,使聚砜膜非常容易被污染。这是因为聚砜有许多芳香环,容易与有色物质形成化学键,导致严重的、有时甚至是不可反转的污染。在这类项目中,膜材料应选择纤维素、PVDF和其它的非芳香族聚合物。

至今还没一个好的,可以令人接受的去除有色物质的预处理方法,这是一个需要我们去解决的问题。

纺织品、染色废水

电抗染色、聚酰胺和聚酯染色。

棉制品的染色时世界上最大的染色工作。近50%的染色工作都是用于棉制品的电抗染色,加上棉织品染色中的聚酰胺和聚酯染色,几乎覆盖了大多数的染色工作。

其预处理方法非常简单:过滤、去除纤维。通常使用常规的1020μ的布袋过滤器就足够了。而酵素的处理,如所谓的酵素的石洗,将导致纤维和纤维碎片更小,甚至可通过1μ的过滤器。这时需对常规过滤器作出改进或使用价廉的管式超滤膜。

将排水从不同的染料卤水和纺织染料生产排水中分离是一个比较好地想法。着这可以避免综合出水的处理问题。

在常规使用的纳滤和反渗透膜前的预处理方式一般使用过滤即可。

洗涤废水

相同部分同上。主要的区别在于,采用的膜过程是超滤。因为废水中含有油,需要用过剩的清洁剂来乳化油。

蛋制品

卵黄系带是从蛋黄延伸至蛋内膜相反端的两条白色的线。模过程被用于蛋白脱水,在进入膜系统前必须先去除卵黄系带。这可以用常规的过滤方法完成,但并不容易。卵黄系带由一个具有特色的回弹,它可以通过过滤器后又立即卷曲。因此为了不强迫卵黄系带通过,过滤必须在一个较低的压力下完成。

阻止所有的卵黄系带进入膜系统是不可能的,用日常的清洗很难去除,除了日常的碱洗外,一般在每周末采用含有大量可以消化卵黄系带的蛋白酶的清洁剂进行系统浸泡,这样可以较彻底的清洗系统。

蛋壳一般较容易通过过滤去除。

在处理蛋白时,通过加热或剪切力引起蛋白质改性才是真正危险的。泵或阀门的剪切力回很快地使溶解性蛋白质变性并变成非溶解性的蛋白而污染所有膜系统。因此使用低速均质类型的泵和正位移泵来解决剪切力的问题。在预处理中并不强求但也是有很大好处的。

众所周知,在膜过滤中蛋白的粘性也是一个麻烦。可以通过发酵减少蛋白的粘性(同时去除葡萄糖)。葡萄糖的去除有助于避免随后喷射烘干过程中的Mailaid反应(布朗运动)。一般发酵需要1020小时,而事实上在一个批式反渗透系统运行时就已完成。

发酵的蛋白含有许多微生物,因此用反渗透来脱水看起来问题比较多。然而实验显示反渗透过程工作很好。由于在膜系统中必须避免微生物生长,因此看来唯一解决方法是同时进行发酵和反渗透。在这种情况下发酵并不会影响膜的功能。相反有助于减少产品的粘性,而且在室温下,一种微生物种类的高速生长有助于减少其它种类的生长。

纤维材料

在大多的膜过滤系统中所有的纤维原料必须在进料中脱除。这通常可以 用这一种常规的过滤方法来完成。

短纤维是很讨厌的而且很难脱除。极短的纤维在纺织、纸浆及造纸工业经常出现。唯一完整有效地脱除纤维的方法是采用超滤。这通常是作为最后的选择来做研究-因为价格的关系。然而也不是所有的都是这样。超滤的使用在没有任何其它过滤的帮助下消除存在通道中的纤维,这使得整个系统的造价降低。

果汁

色素是一个通常的问题,而且在果汁分离中是一个新的挑战。因为色素是产品的一个很重要的部分。所有我们只能设计很低通量的膜系统,而且膜材料是可用而且易清洗的。

微粒并不是很复杂的问题。可以采用常规的过滤及离心的方法来脱除。怎样提高预过滤的可靠性及效率是唯一的问题。

果胶质及纤维素经常在果汁中存在,而且数量是变化的。通常的经验是加果胶酶来净化果汁,同时可以有效地防止膜系统的沈积物发生。加酶预处理并不是使膜系统运行的必要条件,但它实际上可以使膜通量加倍,从而使膜过程更加经济。人们尝试用膜过滤来取代酶处理,但不成功。

含乳胶的料液

原则上预处理很简单,在膜过滤前脱除所有乳胶。但实际上是很困难的。通常用离心的方法。但必须几个小时就打开清洗。

乳胶会堵塞卷式膜组件。因此含乳胶料液不能使用卷式组件。在某种程度上1.5英寸或1英寸的管式膜过滤系统可以耐受乳胶。

洗涤废水

当用膜过滤洗涤废水时纤维是主要的问题,因为纤维、脏东西和清洁剂形成大而松散的絮体。一般使用各种常规的过滤器。经验表明2040微米的过滤器可提供足够好的预过滤效果,但更细密的过滤器可以延长膜的使用寿命。

在膜系统中清洁剂很少引起麻烦,因为清洁用的清洁剂一般都是阴离子型的,而唯一的麻烦由软化剂引起,因为它们是阳离子型的。唯一可行的预处理方法是确保这些含颗粒的水和洗涤操作中使用的其它物质充分混合。这样阳离子被有效中和后水中含有大量剩余的阴离子。

在工业洗涤废水中含有大量的油、脂肪和溶剂。最好的预处理方法是在洗涤前挤干溶剂。而唯一可行的预处理是确保有些剩余的清洁剂,这样可使脂肪和油脂被乳化。加入过量的洗涤剂并不是浪费。因为这样可以提高超滤系统的运行效率,同时洗涤剂进入透过液后可以重复使用。

金属加工业

在机械加工,如切削和磨床中乳化油被大量使用。由于金属颗粒比较重,能很快沈淀。因此沈降作用之后加常规过滤是唯一适合的预处理方法。

在矿山和许多金属的表面处理中广泛使用矿物酸。例子如下:

磷酸(H3PO4)用于铝的表面处理。

硫酸(H2SO4)用于铜锉的蚀刻。

硫酸(H2SO4)用于大量的溶解过程。

盐酸(HCl)/氢氟酸(HF)/硝酸(HNO3)用于不锈钢的表面处理。

盐酸用于铁的清洗。

常规的过滤是唯一可行和必要的预处理方法。

乳制品行业

毛发、青草和苍蝇。在这里提起毛发、青草和苍蝇似乎有些可笑,但在乳制品行业却是一个非常现实的问题。苍蝇很容易去除,而毛发很难发现和去除。在处理稀释原汁牛奶时,可以发现数量惊人的奶牛的毛发和刷子的毛,同时还经常有些青草。解决这些问题通常使用可以清洗和消毒的袋式过滤器,而且效果相当好。

酪蛋白。在乳清中含有大量酪蛋白细小颗粒。通常使用可以自清洗的筛子去除较大的颗粒,而剩余的酪蛋白颗粒通常使用离心作用去除。如果离心机的运行效率很低,则通过膜系统处理乳清时,颗粒物也会有效减少。经验表明具有47mil流道的RO系统可以处理一定数量的通过酪蛋白过滤器的悬浮固体,这样就不需要离心机了。

牛奶、脂肪和phospholipids牛奶含的天然脂肪比例范围在3.0%4.5% 膜系统可以处理牛奶中的脂肪,但脂肪含量低于0.05%时可以运行得更好。在乳制品加工厂中,最常用的设备是使用离心机撇去牛奶中的脂肪。Phospholipids形成于脂肪球的表皮,因此非常讨厌,它们需要用高pH和高温来进行清洗。目前还没有办法将Phospholipids从牛奶和乳清中去除。

巴氏杀菌法。毫不夸张地讲在膜过滤前进行巴氏消毒已成为一个行业标准。巴氏消毒需要加热至72℃并保持1520秒,以后再冷却至操作温度。针对这个原则很少有例外。巴氏消毒的目的是减少细菌的活动能力,同时形成磷酸钙结晶体(见有关磷酸钙章节)。如果没有进行巴氏消毒,系统的性能会降低,同时由于乳酸的形成,在操作几个小时后产品的pH会下降。PH的降低导致产品成为废品。虽然巴氏消毒法已应用了25年,为了减少投资和运行费用,目前已开始逐渐避免使用本方法了。如果要使不使用巴氏消毒的膜过滤取得成功,必须对运行设备进行非常深入细致的研究。

磷酸钙。磷酸钙或者磷酸氢钙存在于所有的乳制品中。温度越高,磷酸钙的溶解度越低。而麻烦的是许多乳制品的加工必须提高温度,同时很难在膜过滤前从牛奶和乳清中去除磷酸钙。预处理可以使沈淀的数量在可被接受的范围内,但也不能完全避免这种现象。

一般的经验做法是在膜过滤前对乳制品进行巴氏消毒,即加热至72℃并保持1520,然后冷却至操作温度。如果不马上冷却,并且根据所谓的“热保持”的方法,产品(大多数是甜奶酪)的温度在5560℃下保持一小时,那么将形成数量惊人的磷酸钙微晶体,并沈淀。一部分晶体可以作为污泥排出,它们不会影响膜过程。相反有助于防止进一步沈淀在膜上。当膜系统产生浓缩,磷酸钙的浓度超过其溶解度,那么已经形成的晶体将继续增长,这样可以从大量的液体中脱除过量的磷酸钙。

这种方法可以和被许多其它行业熟知的晶体植种技术相比较。虽然并不完全有效,但也可以在清洁循环中操作20小时。

变形蛋白。也是膜系统料液中的麻烦。微小的变形通常会降低溶解度,而彻底的变形会产生一种类似于煮硬的蛋白的物质。还能溶解的轻微变性的蛋白不能通过预处理去除,因此会导致通量的降低,增加膜污染。沈淀的蛋白可以用常规的过滤方法很容易地去除。

氧化环境。膜对氧化剂的耐受力变化很大。薄膜不能耐受除次氯酸外的任何氧化环境。所有的聚砜膜(Desal E-FP系列)PVDF(Desal J系列)PTFE(Desal K系列)、和聚丙烯腈膜(Desal Q系列)对各种氧化剂都有很好的耐受力。

因此原则上料液进入膜系统前所有氧化物质必须去除。以后讨论的仅仅是和卷式膜有关的氧化剂。

²  氯气、次氯酸钠

如果料液中有氯气或次氯酸钠,则必须进行脱氯预处理。可以使用以下的方法:

n  一般使用的方法是加入减氯剂,如亚硫酸钠。结果系统中将形成硫酸盐。

n  也常用活性炭过滤器。但应注意的是它可能是一个微生物生长并造成生物阻塞的潜在可怕来源。另外存在炭的回用处理问题。

n  使用UV光可能最好些,但比较昂贵。

²  次氯酸

据报道次氯酸对薄膜无害,但缺乏真正有说服力的证据。次氯酸很难处理,并且难形成游离氯,因此很少在膜过滤工厂中使用。

²  过氧化氢/(H2O2)、醋酸(Peracetic acid)

两者都是相当弱的氧化剂,被用于每周一次的薄膜的消毒维护。但如果它们在料液中,则必须通过加入药剂将它们去除。

²  溴、碘

类似于氯,可以用相同的方法进行预处理。

²  硝酸

在室温下,普通浓度(<<0.5%)的硝酸可用于每日一次的清洗。但不可以再更高温度下使用或使用更高浓度。我们极力主张不使用硝酸,而用其它的非氧化性的酸代替。较好的替代品有磷酸、盐酸和柠檬酸。

²  铬酸盐

料液中的六价铬是一个麻烦,因为它是一种相当强的氧化剂。铬酸盐的危害性和pH有关。在中性pH下危害最大。在Ph 7和含高浓度铬酸盐的系统中薄膜的使用寿命是以星期而不是以月来计的。大多数的膜在pH低于2时可以运行良好。其它的预处理方法有:减少对薄膜有害的六价铬,使之成为三价铬。这种方法使铬酸盐的回收使用成为可能。

²   涂料

涂料中含有无机的颜料,而涂料本身却常是有机的。一般涂料都含有粘性的高分子量组分。一般认为颜料并不至于引起麻烦,因为严格地讲它们看起来像小圆石子,可以滚过膜而不产生阻塞。

传统涂料生产过程中产生的废水主要来自储罐和管道的冲洗废水。唯一可行的预处理方法是常规过滤法,但软的、粘性的沈淀物较难去除。

作者认为,管式系统可能最适合于涂料废水的膜过滤,因为它几乎不需要预过滤。一个细孔筛子就足够了,泡沫球很容易清洗。其它的系统都需要有效的预过滤。这样比较昂贵。

通过电学原理(电泳漆、电渗析)使油漆废水沈淀被用于汽车工业的第一遍喷涂。膜过滤系统中,唯一可行的预处理方法是采用可自清洗的细孔筛子去除大量小块的油漆。过滤主要是为了确保有个光滑的表面。油漆和颜料几乎可以通过所有的膜组件。

阴离子漆较容易处理。阳离子漆相当难处理。

pH5左右,温度低于30℃时,醋酸纤维膜用于阳离子漆的处理,工作良好。

²  造纸废水

造纸工业产生许多不同种类的废水,包括:

CTMP  化学热机造纸

KBE   牛皮纸漂洗污水

KBL   牛皮纸黑液

MDF   中密度纤维板

NSSC  半化学中性亚硫酸盐

SSL    剩余的亚硫酸盐液体

VBL   香兰醛黑液

纤维素。来自纸浆和造纸工业的所有排水都含有许多纤维。常规的自清洗过滤器一般足以去除纤维。一般使用带不锈钢网眼的鼓式过滤器。越来越多纤维素的循环利用导致了短纤维的大量增加,这样需要更加精致的预过滤器,如:廉价的超滤系统。

钙盐。是采用亚硫酸盐造纸中的一个麻烦。亚硫酸钙和硫酸钙可能在液体中形成沈淀,更糟糕的是在膜组件中也会形成沈淀。目前还没有有效的方法解决这个问题。在一个大型的超滤系统中,一段时间后必须安装一个钙-钠离子交换器来解决钙盐的沈淀问题。

沥青(树脂)是亚硫酸盐排水中一个极严重的问题。它们非常粘稠,并且数量庞大。作者本人也没有发现任何有效的预处理方法,但可能可以使用浮选。

有人已使用超滤去除树脂,但并没有普通应用。

²  硅油

硅油对膜是有毒的。唯一有效的预处理方法是完全不使用硅油。大多数情况下可以使用对膜没有危害的替代品,如硅氧烷。

²   溶剂和碳氢化合物

 

30 水溶性有机溶剂

酒精

无害

酮类

浓度最好低于1000ppm

四氢化呋喃

二甲基-硫氧化物

二甲基-乙酰胺

N甲基-吡硌烷

浓度最好低于10000ppm

31 不溶性有机溶剂/碳氢化合物

芳香族碳氢化合物

对聚砜膜有害

对聚砜膜部分有害

用于RO系统外

在纳滤系统中<50ppm

脂肪族碳氢化合物

用于RO系统外

在纳滤系统中<50ppm

大多数的超滤系统有较好的耐受力

有机溶剂是有机化学品中一个非常广泛的种类,有的对膜有危害,有的没有,因此很难提供好的指导。有一种防护措施是尽可能去除溶剂,在液体中只留下百万数量级的量来处理,必须区分水溶性溶剂和非水溶性溶剂。非水溶性溶剂可以作为碳水化合物处理。

注意:只有有些膜,严格地讲只有一些Desal膜对有机溶剂有耐受力。同时与之配套的必须选用一些同样耐有机溶剂的特殊的组件。

²  淀粉

膜被用于一些大型的淀粉加工业的废水处理系统。预处理采用常规过滤法去除悬浮固体。来自土豆加工废水中的皂草  是个麻烦,而且很难甚至可能通过预处理解决问题。只有频繁地清洗膜才能稍加改善。

 土豆加工废水很快就会发酵。唯一的预处理方法,如果可以称为预处理的话,就是“立即”处理排水。如果产品的等级较高的话,可以设计特殊的设备,要使不遵循这个原则,将产生酸化作用,并导致随后的蛋白质沈淀。

²  悬浮固体、污泥

一般原则上,在膜过滤前应将悬浮固体数量减少至百万分之数量级。可以通过常规过滤沈淀、浮选或这些方法的组合来达到目的。

如果悬浮物质是小而硬的颗粒,则通常问题不大。

如果悬浮物质是纤维状的、较脏或较大,则通常会对膜过滤设备带来麻烦,必须去除。然而这些东西通过预处理都很难去除。

 

²  水处理

硬度可以由碳酸钙(CaCO3)、硫酸钙(CaSO4)和硫酸镁(MgSO4)的沈淀作用来表示。它不只引起膜的问题,同时也是水处理中的最普通的问题。一般通过计算Langelier指数或StiffDavis指数来测量沈淀的危险性。然后测算采用预处理的可能性,如果Langelier指数是正值,则可认为水正在结垢。

一般可采用三种方法防止沈淀。

n  酸化作用

n  软化作用

n  加入阻垢剂

Ø  酸化作用

是一种比较老,且已被证实的方法。

硫酸价廉且有效,是大型系统中最常选用的酸。但如果钙含量高的话,也会引起硫酸钙沈淀。处理硫酸必须非常小心,使用硫酸比阻垢剂便宜许多。

盐酸相对来说贵一些。它具有腐蚀性,很少用于和水处理有关的抗沈淀剂。

有机酸如柠檬酸比较有效,但很少使用。

奇怪的是注射二氧化碳也可能有效。但由于较难处理所以很少使用。

额外加酸可以导致二氧化碳(CO2)释放,导致渗透加强。因此在反渗透系统前必须去除二氧化碳,而在反渗透之后必须用碱来调节pH值,以防止配管网络的腐蚀。

Ø  软化作用

是一种更新的工艺。

有一种离子交换介质用于钙和钠的交换。软化水中钠含量的增加将导致渗透液中钠含量的增加。此工艺需要大量高质量的氯化钠,而在离子交换中产生的含盐水的处理也是一个麻烦。

阻垢剂被用于控制水中的沈淀。

阻垢剂加入的量非常小,一般只有百万数量级。其工作原理是:阻止结晶化过程,而促使高度过饱和。有一个惊人的事实,例如:即使硫酸钡的浓度达到饱和度的30倍还不会沈淀。阻垢剂相当贵,因此配药必须非常正确。太少会导致沈淀,太多则浪费且有导致通量跌落的潜在危险。

氢氧化铁、铝和镁必须从进水去除。因为这些金属的氢氧化物的溶解度很低,一般在0.05mg/l。在氧饱和的水中,其pH值接近中性,则大多数的过滤方法都能有效去除铁、镁和铝。砂滤较常使用,因为砂滤器可以进行反洗。在小型系统中通常使用终端过滤(Dead end filtration)(袋式过滤器、过滤棒)

铁锈很容易去除,几乎可以使用任何类型的过滤器去除。如果铁锈发生在预过滤中,那最好找到起源,因为这表明有不溶解的离子,这会一起非常严重的问题。

腐殖酸污染会对所有类型的膜造成麻烦,但如果工作条件合适的话,膜也可以用于去除腐殖酸。一般方法很难去除或破坏腐殖酸,除了通过加入大剂量的次氯酸或者通过能量密集的光化学工艺。后者使用UV光和过氧化氢产生氢氧根,可以完全地击破所有的有机物质,将它们氧化成水和二氧化碳。一般防止腐殖酸污染膜的方法是保持低通量(<20Lmh),且经常清洗。这样可以避免使用或减少预处理设备。

二氧化硅通常存在于原水中,其溶解度随着温度而变化。如果二氧化硅沈淀引起麻烦,那一般有效的方法是使温度略微升高。也可以加入阻垢剂,这类产品的供货商承诺的二氧化硅浓度可达到300mg/l以上。

硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶的溶解度都很低。硫酸钙(石膏)是一个很普遍的麻烦,特别在中东地区。而在地表水中针对硫酸钡和硫酸锶的实践较多。一般使用少量的阻垢剂就可以相当容易地防止沈淀,这种阻垢剂可以延缓或阻止结晶化,甚至可以在高于饱和浓度时确保膜系统中不发生沈淀。

砂砾可以通过沈淀或过滤很容易地去除。由于砂砾具有很强的研磨作用,因此必须在料液进入任何膜过滤系统前被有效去除。

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