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车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究

金沙易记域名4166am:2017-06-26 08:52:25 2年前 金沙娱乐备用网址:2082 ℃

采用外压管式的聚酰胺(PA)型微滤烧结膜管净化处理扫路机械回收的污水,具有较好的可行性和经济性,其中滤膜的清洗是车载式微滤烧结膜过滤器正常工作的关键技术。试验研究了大流量清水反洗、气水联合反冲洗、化学清洗对过滤初始压力的影响。结果表明:在膜通量为200L/hm2时,采用气水联合反冲洗具有较好的效果,反冲压力越大,膜柱过滤初始压力越小,最佳反冲压力为0.7MPa;最佳化学清洗方式为酸洗,在过滤作业每运行2h采用在线气水联合反冲洗1次的工况下,适宜的离线化学清洗周期为320h。

随着城市的发展,城市环境卫生的要求越来越高,城市的保洁工作也越来越多的采用机械化作业,其用水量也越来越大,如湿式扫路车、高压清洗车、下水道疏通车等设备。上述城市环卫专用车辆为了提高清洁效果、降低作业扬尘或为了减少二次污染,最简单便捷和高效的方法是采用加大喷水量。但由于用水量过大,造成作业时间缩短,作业过程中回收污水量过多,客户运行成本大幅增加、作业效率降低,部分城市环卫部门抵制使用,特别是北方缺水城市推广使用受到极大的限制叱解决回收污水再生利用的关键技术,减小返场加水次数,是缺水城市环卫机械的发展趋势。

赖富才121针对湿式扫路车回收污水量大的特点,在不改变车辆结构的前提下,在垃圾箱底部增加格栅装置,通过沉降、自流的方式对污水进行粗滤,过滤后用于隔膜泵再次利用。凌凯等人131设计了一套路面清扫车的污水循环系统,专门设计了一套污水沉降系统,净化后用于扫路车扫刷喷雾降尘使用。但这些文献所采用的重力沉降法存在过滤速度慢、设备体积庞大、过滤精度低等缺陷。黄耀武等[4]在道路清扫车上采用离心式的方法对污水进行净化,但由于离心式方法处理后的净水仍具有较高的浑浊度,二次污染无法避免。而尹鹏、欧阳联格等人151利用PE高分子微滤膜应用于道路清洗扫路车污水回收再生,取得了较好的效果。

微滤膜在浑浊污水澄清净化中得到了广泛的*应用,但易出现膜污染现象。膜污染后如果得不到及时清洗,会出现膜孔堵塞、出水流量大幅降低、压差增大、能耗增加,严重情况下,出现清洗后无法恢复膜通量的现象,导致膜柱报废>71。滤膜的清洗是保证车载式微滤膜过滤器正常工作的关键技术。本研究针对湿式扫路车、道路清洗扫路车、多功能下水道疏通车等车载式高分子微滤过滤器污水处理作业工况,对膜的清洗工艺进行优化。

1试验装置及方法

1.1试验装置

试验装置主要由污水箱、污水泵、管式微滤膜组件、清水箱、反洗清水泵、气罐等组成。

污水箱容积500L,污水泵流量4mVh,扬程30m,反洗清洗泵为流量30mVh,扬程7m,气罐压力0.5~0.9MPa可调。

车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第1张

管式微滤膜组件:采用外压管式膜组件,其规格为:直径小219mm,高1230mm。膜柱材质:聚酰胺(PA),过滤精度为0.45jun,滤膜有效过滤面积为0.97m2。试验装置流程如图1所示。

1.2试验工艺流程

工艺流程(见图2):采用原水泵将试验污水从污水箱输送至管式微滤膜过滤器,控制其操作压差和膜通量,污水通过PA膜组,透过液流人由清水箱,浓缩液返回至污水箱。当操作压差和膜通量变化到设定值时,即认定为出现膜污染,此时,停止滤清作业,系统进人反冲洗程序。

车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第2张


图2试验卫艺流程图

1.3污水模拟配制

污水固体成分:马路灰尘或粉末,共9kg,分别取自厦门市集美区同集南路、理工路、孙坂北路,各3kg混合而成;

配制工艺:污水箱设置搅拌区和短暂沉降区,马路灰尘或粉末投人搅拌区后,加人自来水,并不间断搅拌,浑浊液流人沉降区,原水泵从沉降区取水。

1.4试验方法

根据前期的试验研究结果表明,用于道路扫路车的车载式高分子微滤膜过滤器在膜通量为200L/hm2时,作业100~120min时,过滤压力达到0.2MPa15],因此反洗程序设定为每2h进行1次膜清洗,过滤器膜通量恒定为200L/h*m2。

1)大流量清水反洗方案:过滤作业停止后反清洗,反清洗泵扬程30m,流量为400L/min、600L/min;

2)气水联合反冲洗方案:过滤作业停止后,先采用水反洗50s、然后气反冲13做1次气水联合反冲洗循环,一个完整的气水联合反冲洗程序包括连续3次反冲洗循环,每个循环间隔1min,反冲气压力0.7MPa,反洗水泵扬程7m,反洗水流量为400L/min;

3)化学清洗方案:过滤作业停止后,先做一个完整的气水联合反冲洗程序(包括连续3次反冲洗循环水反洗50s、然后气反冲1s),然后采用化学药剂清洗循环10min,再做一个完整的气水联合反冲洗程序,去除残余药剂。

4)化学清洗方案对比试验。酸洗工艺药剂:化学药剂为质量浓度为2%~3%的HC1溶液;碱洗工艺药剂:化学药剂为质量浓度为3%~4%的NaOH溶液。

2结果与分析

2.1大流置清水反洗

由于车载式过滤器要求结构简单、轻量化的特点,因此,其反冲洗的设计需要以简单、可靠、质量轻为原则。本次试验首先研究了系统相对简单的清水反洗试验。

过滤作业停止后反清洗,反清洗泵扬程30m,流量为400I7min、600I7min,反洗试验结果见图3

车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第3张


所示。结果表明:反洗流量越大,过滤初始压差越小。但清水反洗效果不彻底,随着反洗次数的增加,初始压差越来越大,当反洗次数达到15次时,初始压差已达到0.08~0.1MPa,膜柱反洗效果较差,反洗间隔时间短,说明单纯只用水洗并不适合高分子微滤膜的清洗再生。

2.2气水联合反冲洗

在恒定膜通量200L/hm2下做反冲洗试验,当操作压差达到〇.2~0.22MPa时启动反冲洗程序,采用先水反洗50s、然后气反冲1s做为1次气水联合反冲洗循环,一个完整的反冲洗程序包括连续3次反冲洗循环,反洗水泵扬程7m,反洗水流量为400L/min,每个循环间隔1min,反冲气压分别为0.6、0.7、0.8、0.91^3,反冲时间18。

车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第4张

图4为当反冲压力分别为0.6、0.7、0.8、0.9MPa时的过滤器操作压差变化曲线,可知:反冲压力为0.9MPa时,平均反冲间隔周期约为160min;反冲压力为0.6MPa时,平均反冲间隔周期为120min〇这表明反冲气压压力高低对反冲洗效果影响明显。根据试验结果并兼顾考虑气罐的安全性,车载式高分子微滤烧结膜过滤器处理马路灰尘污7JC,反冲洗气压采用0.7MPa左右比较合适。


车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第5张

图5为当反冲压力分别为0.6、0.7、0.8、0.9MPa时的过滤初始压差变化曲线,结果表明:气水联合反冲洗虽然有较好的反冲洗效果,但连续工作在线气水联合冲洗15次,过滤初始压差分别为0.01、0.008、0.007、0.006MPa,随着反冲洗次数的增加,初始压差也有不断增加的趋势。

2.3化学清洗

由于高分子烧结微滤膜的微孔体有微弹性,在反吹的气水流作用下,完全堵塞的孔道由于微弹性而部分扩大,孔道产生微量的间隙,气水流从间隙向外喷流,就易将完全堵塞的颗粒被带出毛细孔口,因此高分子滤材相对于陶瓷、不镑钢烧结微滤膜具有易再生的特性'但随着过滤时间的增加,膜面污染积累时间长,气水反冲洗效果变差,膜通量无法恢复到新管的85%以上,这时需要通过化学清洗来恢复膜通量[91°]。

2.3.1化学清洗周期确定

本试验分别采用碱洗、酸洗两种工艺方案。在恒定膜通量在200L/hm2试验,每过滤2h进行1次气水联合反冲洗,当连续3次反冲洗后的初始过滤压差大于0.02MPa启动化学清洗。试验结果如图6、图7所示。

车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第6张

车载式高分子微滤烧结膜过滤器反冲洗试验研究 反冲洗过滤器新闻 第7张


在每过滤2h进行1次气水联合反冲洗的条件下,系统可以维持长时间稳定的运行,膜通量基本上稳定200L/h*m2上下。在过滤运行316h后,通过气水联合反冲洗后初始过滤压差明显增加,达到0.021MPa,相应的膜通量降低到193L/h.m2,在连续3次检测初始过滤压差超过0.02MPa后,进行了化学清洗,系统的初始压差从0.021MPa降低到0.002MPa,初始膜通量增加到239L/hm2,过滤性能得到了恢复。经过960h左右的运行,每320h进行一次化学清洗,初始压差可控制在0.002~0.022MPa之间,初始滤清膜通量可控制在190~240L/h*m2之间。可见,车载式微滤过滤系统较适宜的化学清洗周期为320h,如果再延长清洗周期就会使膜表面的凝胶层被压密,形成不可逆转污染,导致化学清洗也无法恢复膜通量[111。2.3.2清洗效果比较

碱洗工艺方案的清洗效果:第一次碱洗后初始压差R0.021MPa减小到0.006MPa,第二次碱洗后系统初始压差从0.024MPa减小到0.009MPa。

酸洗工艺方案清洗效果:第一次酸洗后初始压差从0.021MPa减小到0.002MPa,第二次酸洗后系统初始压差从0.022MPa减小到0.003MPa。

可见,酸洗工艺方案明显优于碱洗工艺方案,说明车载式高分子微滤烧结膜过器处理的污水主要是无机物污染物。

由于各地马路灰尘水的固体杂质有差异,有的可能含有机物成分较高,则化学清洗的工艺需要有相应试验,变更化学清洗药剂。

3结论

1)车载式PA微滤烧结膜过滤器,净化处理道路清洗扫路车回收污水,在膜通量为20017hm2时,最佳的膜柱清洗方式为在线气水联合反冲洗+化学清洗,过滤初始压差可控制在0.002~0.022MPa之间;

2)在线清洗的气水联合反冲洗,反冲气压越高,效果越好,考虑到设备的安全性,最佳反冲压力可设定为0.7MPa,反冲洗周期2h合适;

3)化学清洗周期320h,离线化学清洗的工艺采用酸洗方案较为合适。



参考文献:

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[3]凌凯,张文,辛珍阳.路面清扫车的污水循环系统设计[J].专用汽车,2011(4):58-60.

[4]黄耀武,黄秋芳.污水循环利用式道路清扫车:中国,201020196850.0[P].2010-05-14.

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[6]许振良.膜法水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2001.

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