線路板廢水回用中反滲透系統(tǒng)要怎么設(shè)計(jì)？
2020-07-30 
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線路板生產(chǎn)工藝主要包括開(kāi)料、磨板、線路、蝕劑、顯影、脫膜、化學(xué)沉銅、鍍金、圓形電鍍等工序。各生產(chǎn)工序排放廢水含有Cu、Ni、Sn等重金屬離子外，還含有EDTA、酒石酸鈉等絡(luò)合劑。同時(shí)還含有顯影液、除油劑、膨脹劑等高濃度有機(jī)廢水及廢液。除此之外，在生產(chǎn)過(guò)程中還使用了大量各種專利商品試劑，使線路板生產(chǎn)廢水所含的有機(jī)物往往多達(dá)上百種。在采用反滲透膜進(jìn)行線路板廢水回用中主要存在的因素是：
1）生產(chǎn)工藝流程較長(zhǎng)，控制節(jié)點(diǎn)眾多，各種廢水性質(zhì)各不相同，廢水突變性極強(qiáng)。
2）COD含量較高（尤其是干膜廢水屬高有機(jī)濃度廢水），容易造成反滲透膜有機(jī)物和微生物污染。
3）生產(chǎn)過(guò)程中除膠渣時(shí)添加KMnO4 等強(qiáng)氧化劑造成反滲透膜被氧化，從而使反滲透膜失去脫鹽效果。
4）清洗槽/鍍槽的倒缸水濃度極高，含鹽量高達(dá)數(shù)萬(wàn)毫克/升，容易造成反滲透膜結(jié)垢。
5）廢水處理過(guò)程中投加的PAC、PAM殘留會(huì)污染反滲透膜，而且不易從反滲透膜表面洗脫。
這些因素都導(dǎo)致了線路板廢水回用系統(tǒng)運(yùn)行成本高、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高、維護(hù)操作復(fù)雜。利用反滲透進(jìn)行廢水回用時(shí)，如何有效的防止反滲透膜被污染是一個(gè)嚴(yán)峻的課題。由于線路板廢水回用的特殊性，反滲透膜技術(shù)因其污染速度很快而被認(rèn)為不能單獨(dú)適應(yīng)處理這類惡劣水質(zhì)。在眾多已經(jīng)實(shí)施的成功的線路板廢水回用案例中，大部分都采用嚴(yán)格的預(yù)處理與反滲透膜技術(shù)進(jìn)行組合。如為防止有機(jī)物污染，在原水投加大量的臭氧，造成投資和運(yùn)行成本大幅上升。通過(guò)數(shù)月小試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)反滲透進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全可以以降低污染速率，保證廢水回用系統(tǒng)反滲透膜的脫鹽率、流量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
一. 設(shè)計(jì)合理的膜通量
反滲透水通量設(shè)計(jì)過(guò)高，反滲透膜負(fù)荷過(guò)重，發(fā)生污染的可能性會(huì)大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗反滲透膜的頻率增多，維護(hù)反滲透膜正常運(yùn)行的費(fèi)用增加。而反滲透水通量設(shè)計(jì)過(guò)低，則導(dǎo)致在進(jìn)水不變的情況下，膜數(shù)量越多，分配到每只膜的進(jìn)水減少，相應(yīng)的濃水量降低，較低的反滲透濃水不足以將水中的污染物帶出反滲透膜，從而在反滲透膜濃水側(cè)結(jié)垢，影響反滲透的使用壽命。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和小試數(shù)據(jù)，在以線路板廢水做為水源時(shí)，潛在污染物越高，水通量設(shè)計(jì)就越要保守，選擇合適的設(shè)計(jì)通量，可降低反滲透膜污染速度，同時(shí)又能保證較經(jīng)濟(jì)的投資成本。
二. 設(shè)計(jì)合理的反滲透膜排列方式
增加反滲透膜給水側(cè)的切向流速是降低反滲透污染的有效方法之一，在其他條件（產(chǎn)水量、回收率、膜通量）不變的情況下，切向流速的大小取決于排列方式。常規(guī)的水處理系統(tǒng)膜排列結(jié)構(gòu)為多段排列，而在廢水回用時(shí)應(yīng)采用濃水循環(huán)單段排列。采取濃水循環(huán)單段排列的方式，其目的是通過(guò)增大濃水流量，加大反滲透膜表面的切向流速，減緩污染物富集。采用多段排列設(shè)計(jì)時(shí)，一段反滲透濃水為二段反滲透進(jìn)水，在含鹽量增加的同時(shí)，反而進(jìn)水壓力降低、水量減少，污染的速度將大大加快。采用濃水循環(huán)單段排列設(shè)計(jì)，雖然原水與濃水混合后，反滲透進(jìn)水總含鹽量上升，但由于增大了進(jìn)水流量，每支反滲透膜的污染和負(fù)荷均等，降低系統(tǒng)壓差，增加物理性的沖刷效率，減少反滲透膜的污染和清洗次數(shù)，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命。
三. 設(shè)計(jì)合理的回收率
回收率是指產(chǎn)水量和進(jìn)水流量的比值，是反滲透設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)，回收率的確定與原水水質(zhì)密切相關(guān)。一般盡可能的設(shè)計(jì)高的回收率，這樣可以降低供給水的量，減少預(yù)處理的成本。但是應(yīng)該以反滲透內(nèi)不會(huì)因鹽類等雜質(zhì)的過(guò)飽和發(fā)生沉淀為它的極限值，否則會(huì)對(duì)反滲透有如下影響：
1）在壓力一定時(shí)，回收率提高，反滲透膜表面的濃差極化現(xiàn)象也更加嚴(yán)重，有效壓力則相對(duì)減小，這導(dǎo)致產(chǎn)水量下降，脫鹽率降低。
2）當(dāng)難溶鹽類在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過(guò)其溶解度極限時(shí)，它們就會(huì)在反滲透膜表面上發(fā)生結(jié)垢。
為滿足相關(guān)要求，線路板生產(chǎn)企業(yè)總是期望獲得更多的回收率，但是高回收率卻會(huì)導(dǎo)致極高的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)回收率在60~70%時(shí)，系統(tǒng)更安全。許多線路板廢水回用項(xiàng)目回收率＞80%時(shí)，污染和清洗頻率大幅增加，反滲透膜使用壽命大幅減少。如果要提高回收率，建議設(shè)計(jì)獨(dú)立的濃水回收系統(tǒng)，并采取離子交換、頻繁倒極電滲析等工藝與反滲透工藝相結(jié)合。
四. 選擇抗污染能力強(qiáng)的反滲透膜
1）選擇進(jìn)水流道寬的反滲透膜
在眾多抗污染的機(jī)理中，反滲透膜元件給水流道的寬度已經(jīng)是公認(rèn)的膜元件抗污染性能的最重要指標(biāo)，也是用戶在選擇產(chǎn)品時(shí)需要考慮的重點(diǎn)。進(jìn)水流道越寬，系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求和預(yù)處理設(shè)備不正常工況的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)越寬松。較寬的進(jìn)水流道，可以更有效的進(jìn)行膜清洗，即使在高污染條件下，系統(tǒng)仍可維持較低的壓降。但是進(jìn)水隔網(wǎng)厚度增加時(shí)，由于進(jìn)入膜元件給水的流量不變，導(dǎo)致給水在流道內(nèi)流動(dòng)的速度降低，加強(qiáng)了膜表面的濃差極化現(xiàn)象，進(jìn)而使污染物更易在膜表面吸附。因此，進(jìn)水隔網(wǎng)的厚度存在一個(gè)最優(yōu)范圍，且隨膜元件不同的應(yīng)用領(lǐng)域而不同，在線路板廢水回用中應(yīng)選用流道寬度為34mil的反滲透膜元件。
2）采用膜表面光滑的反滲透膜
美國(guó)耶魯大學(xué)的最新研究證明：膜表面越粗糙，膜越容易被污染。原子顯微鏡圖像顯示污染顆粒會(huì)先積累附著于粗糙的膜表面的波谷中，導(dǎo)致波谷被堵塞，進(jìn)而造成嚴(yán)重的膜通量下降。選用膜表面光滑的反滲透膜，如陶氏公司的BW30FR系列反滲透膜，能顯著地減少或延緩顆粒及微生物污染的發(fā)生，降低系統(tǒng)運(yùn)行壓力，延長(zhǎng)膜元件的使用壽命。
1）生產(chǎn)工藝流程較長(zhǎng)，控制節(jié)點(diǎn)眾多，各種廢水性質(zhì)各不相同，廢水突變性極強(qiáng)。
2）COD含量較高（尤其是干膜廢水屬高有機(jī)濃度廢水），容易造成反滲透膜有機(jī)物和微生物污染。
3）生產(chǎn)過(guò)程中除膠渣時(shí)添加KMnO4 等強(qiáng)氧化劑造成反滲透膜被氧化，從而使反滲透膜失去脫鹽效果。
4）清洗槽/鍍槽的倒缸水濃度極高，含鹽量高達(dá)數(shù)萬(wàn)毫克/升，容易造成反滲透膜結(jié)垢。
5）廢水處理過(guò)程中投加的PAC、PAM殘留會(huì)污染反滲透膜，而且不易從反滲透膜表面洗脫。
這些因素都導(dǎo)致了線路板廢水回用系統(tǒng)運(yùn)行成本高、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高、維護(hù)操作復(fù)雜。利用反滲透進(jìn)行廢水回用時(shí)，如何有效的防止反滲透膜被污染是一個(gè)嚴(yán)峻的課題。由于線路板廢水回用的特殊性，反滲透膜技術(shù)因其污染速度很快而被認(rèn)為不能單獨(dú)適應(yīng)處理這類惡劣水質(zhì)。在眾多已經(jīng)實(shí)施的成功的線路板廢水回用案例中，大部分都采用嚴(yán)格的預(yù)處理與反滲透膜技術(shù)進(jìn)行組合。如為防止有機(jī)物污染，在原水投加大量的臭氧，造成投資和運(yùn)行成本大幅上升。通過(guò)數(shù)月小試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)反滲透進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全可以以降低污染速率，保證廢水回用系統(tǒng)反滲透膜的脫鹽率、流量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
反滲透水通量設(shè)計(jì)過(guò)高，反滲透膜負(fù)荷過(guò)重，發(fā)生污染的可能性會(huì)大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗反滲透膜的頻率增多，維護(hù)反滲透膜正常運(yùn)行的費(fèi)用增加。而反滲透水通量設(shè)計(jì)過(guò)低，則導(dǎo)致在進(jìn)水不變的情況下，膜數(shù)量越多，分配到每只膜的進(jìn)水減少，相應(yīng)的濃水量降低，較低的反滲透濃水不足以將水中的污染物帶出反滲透膜，從而在反滲透膜濃水側(cè)結(jié)垢，影響反滲透的使用壽命。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和小試數(shù)據(jù)，在以線路板廢水做為水源時(shí)，潛在污染物越高，水通量設(shè)計(jì)就越要保守，選擇合適的設(shè)計(jì)通量，可降低反滲透膜污染速度，同時(shí)又能保證較經(jīng)濟(jì)的投資成本。
二. 設(shè)計(jì)合理的反滲透膜排列方式
增加反滲透膜給水側(cè)的切向流速是降低反滲透污染的有效方法之一，在其他條件（產(chǎn)水量、回收率、膜通量）不變的情況下，切向流速的大小取決于排列方式。常規(guī)的水處理系統(tǒng)膜排列結(jié)構(gòu)為多段排列，而在廢水回用時(shí)應(yīng)采用濃水循環(huán)單段排列。采取濃水循環(huán)單段排列的方式，其目的是通過(guò)增大濃水流量，加大反滲透膜表面的切向流速，減緩污染物富集。采用多段排列設(shè)計(jì)時(shí)，一段反滲透濃水為二段反滲透進(jìn)水，在含鹽量增加的同時(shí)，反而進(jìn)水壓力降低、水量減少，污染的速度將大大加快。采用濃水循環(huán)單段排列設(shè)計(jì)，雖然原水與濃水混合后，反滲透進(jìn)水總含鹽量上升，但由于增大了進(jìn)水流量，每支反滲透膜的污染和負(fù)荷均等，降低系統(tǒng)壓差，增加物理性的沖刷效率，減少反滲透膜的污染和清洗次數(shù)，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命。
三. 設(shè)計(jì)合理的回收率
回收率是指產(chǎn)水量和進(jìn)水流量的比值，是反滲透設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)，回收率的確定與原水水質(zhì)密切相關(guān)。一般盡可能的設(shè)計(jì)高的回收率，這樣可以降低供給水的量，減少預(yù)處理的成本。但是應(yīng)該以反滲透內(nèi)不會(huì)因鹽類等雜質(zhì)的過(guò)飽和發(fā)生沉淀為它的極限值，否則會(huì)對(duì)反滲透有如下影響：
1）在壓力一定時(shí)，回收率提高，反滲透膜表面的濃差極化現(xiàn)象也更加嚴(yán)重，有效壓力則相對(duì)減小，這導(dǎo)致產(chǎn)水量下降，脫鹽率降低。
2）當(dāng)難溶鹽類在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過(guò)其溶解度極限時(shí)，它們就會(huì)在反滲透膜表面上發(fā)生結(jié)垢。
為滿足相關(guān)要求，線路板生產(chǎn)企業(yè)總是期望獲得更多的回收率，但是高回收率卻會(huì)導(dǎo)致極高的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)回收率在60~70%時(shí)，系統(tǒng)更安全。許多線路板廢水回用項(xiàng)目回收率＞80%時(shí)，污染和清洗頻率大幅增加，反滲透膜使用壽命大幅減少。如果要提高回收率，建議設(shè)計(jì)獨(dú)立的濃水回收系統(tǒng)，并采取離子交換、頻繁倒極電滲析等工藝與反滲透工藝相結(jié)合。
四. 選擇抗污染能力強(qiáng)的反滲透膜
1）選擇進(jìn)水流道寬的反滲透膜
在眾多抗污染的機(jī)理中，反滲透膜元件給水流道的寬度已經(jīng)是公認(rèn)的膜元件抗污染性能的最重要指標(biāo)，也是用戶在選擇產(chǎn)品時(shí)需要考慮的重點(diǎn)。進(jìn)水流道越寬，系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求和預(yù)處理設(shè)備不正常工況的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)越寬松。較寬的進(jìn)水流道，可以更有效的進(jìn)行膜清洗，即使在高污染條件下，系統(tǒng)仍可維持較低的壓降。但是進(jìn)水隔網(wǎng)厚度增加時(shí)，由于進(jìn)入膜元件給水的流量不變，導(dǎo)致給水在流道內(nèi)流動(dòng)的速度降低，加強(qiáng)了膜表面的濃差極化現(xiàn)象，進(jìn)而使污染物更易在膜表面吸附。因此，進(jìn)水隔網(wǎng)的厚度存在一個(gè)最優(yōu)范圍，且隨膜元件不同的應(yīng)用領(lǐng)域而不同，在線路板廢水回用中應(yīng)選用流道寬度為34mil的反滲透膜元件。
2）采用膜表面光滑的反滲透膜
美國(guó)耶魯大學(xué)的最新研究證明：膜表面越粗糙，膜越容易被污染。原子顯微鏡圖像顯示污染顆粒會(huì)先積累附著于粗糙的膜表面的波谷中，導(dǎo)致波谷被堵塞，進(jìn)而造成嚴(yán)重的膜通量下降。選用膜表面光滑的反滲透膜，如陶氏公司的BW30FR系列反滲透膜，能顯著地減少或延緩顆粒及微生物污染的發(fā)生，降低系統(tǒng)運(yùn)行壓力，延長(zhǎng)膜元件的使用壽命。
