常見問題
線路板廢水回用中反滲透系統(tǒng)要怎么設(shè)計？
發(fā)布時間：
2019-06-12
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線路板生產(chǎn)工藝主要包括開料、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。同時還含有顯影液、除油劑、膨脹劑等高濃度有機廢水及廢液。除此之外，在生產(chǎn)過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，控制節(jié)點眾多，各種廢水性質(zhì)各不相同，廢水突變性極強。
2）COD含量較高（尤其是干膜廢水屬高有機濃度廢水），容易造成反滲透膜有機物和微生物污染。
3）生產(chǎn)過程中除膠渣時添加KMnO4 等強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)萬毫克/升，容易造成反滲透膜結(jié)垢。
5）廢水處理過程中投加的PAC、PAM殘留會污染反滲透膜，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)運行成本高、運行風(fēng)險高、維護(hù)操作復(fù)雜。利用反滲透進(jìn)行廢水回用時，如何有效的防止反滲透膜被污染是一個嚴(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)為不能單獨適應(yīng)處理這類惡劣水質(zhì)。在眾多已經(jīng)實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。如為防止有機物污染，在原水投加大量的臭氧，造成投資和運行成本大幅上升。通過數(shù)月小試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)通過對反滲透進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，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)計范圍內(nèi)。
一. 設(shè)計合理的膜通量
反滲透水通量設(shè)計過高，反滲透膜負(fù)荷過重，發(fā)生污染的可能性會大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗反滲透膜的頻率增多，維護(hù)反滲透膜正常運行的費用增加。而反滲透水通量設(shè)計過低，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)驗和小試數(shù)據(jù)，在以線路板廢水做為水源時，潛在污染物越高，水通量設(shè)計就越要保守，選擇合適的設(shè)計通量，可降低反滲透膜污染速度，同時又能保證較經(jīng)濟(jì)的投資成本。
二. 設(shè)計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)計時，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，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，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)，延長反滲透膜的使用壽命。
三. 設(shè)計合理的回收率
回收率是指產(chǎn)水量和進(jìn)水流量的比值，是反滲透設(shè)計和運行的重要參數(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)不會因鹽類等雜質(zhì)的過飽和發(fā)生沉淀為它的極限值，否則會對反滲透有如下影響：
1）在壓力一定時，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)不斷被濃縮且超過其溶解度極限時，它們就會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，但是高回收率卻會導(dǎo)致極高的運行風(fēng)險。根據(jù)工程經(jīng)驗，當(dāng)回收率在60~70%時，系統(tǒng)更安全。許多線路板廢水回用項目回收率＞80%時，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)計獨立的濃水回收系統(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)品時需要考慮的重點。進(jìn)水流道越寬，系統(tǒng)對進(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來說越寬松。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，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)流動的速度降低，加強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)運行壓力，延長膜元件的使用壽命。
1）生產(chǎn)工藝流程較長，控制節(jié)點眾多，各種廢水性質(zhì)各不相同，廢水突變性極強。
2）COD含量較高（尤其是干膜廢水屬高有機濃度廢水），容易造成反滲透膜有機物和微生物污染。
3）生產(chǎn)過程中除膠渣時添加KMnO4 等強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)萬毫克/升，容易造成反滲透膜結(jié)垢。
5）廢水處理過程中投加的PAC、PAM殘留會污染反滲透膜，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)運行成本高、運行風(fēng)險高、維護(hù)操作復(fù)雜。利用反滲透進(jìn)行廢水回用時，如何有效的防止反滲透膜被污染是一個嚴(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)為不能單獨適應(yīng)處理這類惡劣水質(zhì)。在眾多已經(jīng)實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。如為防止有機物污染，在原水投加大量的臭氧，造成投資和運行成本大幅上升。通過數(shù)月小試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)通過對反滲透進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，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)計范圍內(nèi)。
一. 設(shè)計合理的膜通量
反滲透水通量設(shè)計過高，反滲透膜負(fù)荷過重，發(fā)生污染的可能性會大大增加，造成產(chǎn)水量下降，清洗反滲透膜的頻率增多，維護(hù)反滲透膜正常運行的費用增加。而反滲透水通量設(shè)計過低，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)驗和小試數(shù)據(jù)，在以線路板廢水做為水源時，潛在污染物越高，水通量設(shè)計就越要保守，選擇合適的設(shè)計通量，可降低反滲透膜污染速度，同時又能保證較經(jīng)濟(jì)的投資成本。
二. 設(shè)計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)計時，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，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，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)，延長反滲透膜的使用壽命。
三. 設(shè)計合理的回收率
回收率是指產(chǎn)水量和進(jìn)水流量的比值，是反滲透設(shè)計和運行的重要參數(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)不會因鹽類等雜質(zhì)的過飽和發(fā)生沉淀為它的極限值，否則會對反滲透有如下影響：
1）在壓力一定時，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)不斷被濃縮且超過其溶解度極限時，它們就會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，但是高回收率卻會導(dǎo)致極高的運行風(fēng)險。根據(jù)工程經(jīng)驗，當(dāng)回收率在60~70%時，系統(tǒng)更安全。許多線路板廢水回用項目回收率＞80%時，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)計獨立的濃水回收系統(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)品時需要考慮的重點。進(jìn)水流道越寬，系統(tǒng)對進(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來說越寬松。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，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)流動的速度降低，加強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)運行壓力，延長膜元件的使用壽命。
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