為什么催化氧化法及芬頓法作為廢水回用納濾系統(tǒng)的預(yù)處理工藝并不可取？
2020-07-30 
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納濾技術(shù)被廣泛地用于回用水RO濃水、焦化廢水、煤化工廢水、垃圾滲瀝液及化工制藥廢水等高COD難處理廢水的達(dá)標(biāo)排放及回用深度處理。該類型廢水的COD值一般都遠(yuǎn)大于100mg/l，通常為200~500mg/L甚至更高。 為了控制與高COD值相關(guān)的有機(jī)物污染，通常采用降低膜系統(tǒng)進(jìn)水的COD作為基本的預(yù)處理措施。由于上述列舉各類高濃度難處理廢水的COD成分的可降解性一般都比較低，臭氧催化氧化、芬頓法等高級(jí)氧化技術(shù)成為工藝設(shè)計(jì)者樂于采用的高效COD去除工藝。
對(duì)于納濾及反滲透廢水應(yīng)用來說，采用純粹的催化氧化法及芬頓法作為以降低COD為目標(biāo)的預(yù)處理工藝并不可取。其主要有以下原因：
一. 更容易發(fā)生微生物污染
生物污染是各種中水及污水應(yīng)用納濾及反滲透系統(tǒng)所面對(duì)的首要挑戰(zhàn)。芬頓法或臭氧催化氧化雖然能夠有效降低難處理廢水的排放COD值，但在COD降低的那部分有機(jī)物被直接分解為無機(jī)碳的同時(shí)，水中依然殘留的COD反映的可能是原來較大分子量的難降解有機(jī)物被破碎后的小分子有機(jī)物。因此，在水質(zhì)指標(biāo)上反映為COD降低BOD增加，所以會(huì)加劇納濾和反滲透系統(tǒng)中的微生物污染。
二. 納濾的COD截留率會(huì)明顯降低
由于難處理廢水中的難降解COD都是分子量較大的有機(jī)物，如腐植酸、富力酸等，納濾膜對(duì)生化出水的COD脫除率在85~95%，TOC截留率一般都在95%以上，當(dāng)較大分子量的有機(jī)物被破碎之后，納濾的COD截留率自然會(huì)降低。
以華東某焦化廢水工程為例：該項(xiàng)目采用芬頓預(yù)處理工藝作為UF+NF深度處理工藝的預(yù)處理，芬頓工藝將COD從300~400mg/L降到～100mg/L，納濾膜實(shí)測COD只有50%左右的截留率，而在其他未采用氧化預(yù)處理的焦化廢水納濾項(xiàng)目上，COD去除率一般都在85%以上。由于目前項(xiàng)目設(shè)計(jì)是將納濾作為反滲透的預(yù)處理，主要目的在于去除COD，這樣顯然達(dá)不到工藝設(shè)計(jì)的預(yù)期，同時(shí)加重了下游RO系統(tǒng)的生物和有機(jī)物污染負(fù)荷。
三. 芬頓反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的鐵膠體污染
芬頓反應(yīng)采用硫酸亞鐵作為催化劑，過氧化氫作為氧化劑來氧化降解廢水中的COD有機(jī)物。與臭氧工藝相比，芬頓法的成本較低，因此在許多高濃度有機(jī)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。廢水經(jīng)芬頓法處理之后，一般會(huì)殘留>1mg/l的亞鐵離子。由于亞鐵離子為溶解性成分，在UF+NF/RO的雙膜法工藝中，溶解性的亞鐵離子會(huì)一直透過所有的過濾介質(zhì)直到納濾進(jìn)水池。而由于控制微生物的需求，我們需要在進(jìn)水池中保持一定的余氯，于是，亞鐵離子會(huì)被余氯部分氧化，形成難溶的氫氧化鐵。這一點(diǎn)是對(duì)納濾最大的危害。
氫氧化鐵膠體在保安過濾器濾芯以及納濾的進(jìn)口端膜元件上會(huì)快速形成嚴(yán)重的棕紅色鐵氧化物膠體累積，致使系統(tǒng)完全無法運(yùn)行。在華北某焦化廢水工程中，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過超濾產(chǎn)水的濁度～0.1 NTU，而再次從納濾進(jìn)水箱抽出來后，濁度達(dá)到了1~2NTU，其結(jié)果是第一支膜元件嚴(yán)重膠體顆粒物污染，稱重達(dá)40kg。
綜上所述，純粹的催化氧化預(yù)處理工藝，雖然能夠有效降低COD指標(biāo)，但對(duì)于下游的納濾膜系統(tǒng)不僅不能降低有機(jī)物污染傾向，反而會(huì)加劇微生物污染、明顯降低納濾膜的COD 去除率。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，芬頓反應(yīng)殘留的鐵會(huì)導(dǎo)致下游膜系統(tǒng)的嚴(yán)重污染。
對(duì)于納濾及反滲透廢水應(yīng)用來說，采用純粹的催化氧化法及芬頓法作為以降低COD為目標(biāo)的預(yù)處理工藝并不可取。其主要有以下原因：
一. 更容易發(fā)生微生物污染
生物污染是各種中水及污水應(yīng)用納濾及反滲透系統(tǒng)所面對(duì)的首要挑戰(zhàn)。芬頓法或臭氧催化氧化雖然能夠有效降低難處理廢水的排放COD值，但在COD降低的那部分有機(jī)物被直接分解為無機(jī)碳的同時(shí)，水中依然殘留的COD反映的可能是原來較大分子量的難降解有機(jī)物被破碎后的小分子有機(jī)物。因此，在水質(zhì)指標(biāo)上反映為COD降低BOD增加，所以會(huì)加劇納濾和反滲透系統(tǒng)中的微生物污染。
二. 納濾的COD截留率會(huì)明顯降低
由于難處理廢水中的難降解COD都是分子量較大的有機(jī)物，如腐植酸、富力酸等，納濾膜對(duì)生化出水的COD脫除率在85~95%，TOC截留率一般都在95%以上，當(dāng)較大分子量的有機(jī)物被破碎之后，納濾的COD截留率自然會(huì)降低。
以華東某焦化廢水工程為例：該項(xiàng)目采用芬頓預(yù)處理工藝作為UF+NF深度處理工藝的預(yù)處理，芬頓工藝將COD從300~400mg/L降到～100mg/L，納濾膜實(shí)測COD只有50%左右的截留率，而在其他未采用氧化預(yù)處理的焦化廢水納濾項(xiàng)目上，COD去除率一般都在85%以上。由于目前項(xiàng)目設(shè)計(jì)是將納濾作為反滲透的預(yù)處理，主要目的在于去除COD，這樣顯然達(dá)不到工藝設(shè)計(jì)的預(yù)期，同時(shí)加重了下游RO系統(tǒng)的生物和有機(jī)物污染負(fù)荷。
三. 芬頓反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的鐵膠體污染
芬頓反應(yīng)采用硫酸亞鐵作為催化劑，過氧化氫作為氧化劑來氧化降解廢水中的COD有機(jī)物。與臭氧工藝相比，芬頓法的成本較低，因此在許多高濃度有機(jī)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。廢水經(jīng)芬頓法處理之后，一般會(huì)殘留>1mg/l的亞鐵離子。由于亞鐵離子為溶解性成分，在UF+NF/RO的雙膜法工藝中，溶解性的亞鐵離子會(huì)一直透過所有的過濾介質(zhì)直到納濾進(jìn)水池。而由于控制微生物的需求，我們需要在進(jìn)水池中保持一定的余氯，于是，亞鐵離子會(huì)被余氯部分氧化，形成難溶的氫氧化鐵。這一點(diǎn)是對(duì)納濾最大的危害。
綜上所述，純粹的催化氧化預(yù)處理工藝，雖然能夠有效降低COD指標(biāo)，但對(duì)于下游的納濾膜系統(tǒng)不僅不能降低有機(jī)物污染傾向，反而會(huì)加劇微生物污染、明顯降低納濾膜的COD 去除率。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，芬頓反應(yīng)殘留的鐵會(huì)導(dǎo)致下游膜系統(tǒng)的嚴(yán)重污染。
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