线路板废水回用中反渗透系统要怎么设计?
2020-07-30
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       线路板生产工艺主要包括开料、磨板、线路、蚀剂、显影、脱膜、化学沉铜、镀金、圆形电镀等工序。各生产工序排放废水含有Cu、Ni、Sn等重金属离子外,还含有EDTA、酒石酸钠等络合剂。同时还含有显影液、除油剂、膨胀剂等高浓度有机废水及废液。除此之外,在生产过程中还使用了大量各种专利商品试剂,使线路板生产废水所含的有机物往往多达上百种。在采用反渗透膜进行线路板废水回用中主要存在的因素是:
       1)生产工艺流程较长,控制节点众多,各种废水性质各不相同,废水突变性极强。
       2)COD含量较高(尤其是干膜废水属高有机浓度废水),容易造成反渗透膜有机物和微生物污染。
       3)生产过程中除胶渣时添加KMnO4 等强氧化剂造成反渗透膜被氧化,从而使反渗透膜失去脱盐效果。
       4)清洗槽/镀槽的倒缸水浓度极高,含盐量高达数万毫克/升,容易造成反渗透膜结垢。
       5)废水处理过程中投加的PAC、PAM残留会污染反渗透膜,而且不易从反渗透膜表面洗脱。

       这些因素都导致了线路板废水回用系统运行成本高、运行风险高、维护操作复杂。利用反渗透进行废水回用时,如何有效的防止反渗透膜被污染是一个严峻的课题。由于线路板废水回用的特殊性,反渗透膜技术因其污染速度很快而被认为不能单独适应处理这类恶劣水质。在众多已经实施的成功的线路板废水回用案例中,大部分都采用严格的预处理与反渗透膜技术进行组合。如为防止有机物污染,在原水投加大量的臭氧,造成投资和运行成本大幅上升。通过数月小试数据发现通过对反渗透进行优化设计,完全可以以降低污染速率,保证废水回用系统反渗透膜的脱盐率、流量在设计范围内。
 
 
 
       一. 设计合理的膜通量
       反渗透水通量设计过高,反渗透膜负荷过重,发生污染的可能性会大大增加,造成产水量下降,清洗反渗透膜的频率增多,维护反渗透膜正常运行的费用增加。而反渗透水通量设计过低,则导致在进水不变的情况下,膜数量越多,分配到每只膜的进水减少,相应的浓水量降低,较低的反渗透浓水不足以将水中的污染物带出反渗透膜,从而在反渗透膜浓水侧结垢,影响反渗透的使用寿命。根据以往工程经验和小试数据,在以线路板废水做为水源时,潜在污染物越高,水通量设计就越要保守,选择合适的设计通量,可降低反渗透膜污染速度,同时又能保证较经济的投资成本。

       二. 设计合理的反渗透膜排列方式
       增加反渗透膜给水侧的切向流速是降低反渗透污染的有效方法之一,在其他条件(产水量、回收率、膜通量)不变的情况下,切向流速的大小取决于排列方式。常规的水处理系统膜排列结构为多段排列,而在废水回用时应采用浓水循环单段排列。采取浓水循环单段排列的方式,其目的是通过增大浓水流量,加大反渗透膜表面的切向流速,减缓污染物富集。采用多段排列设计时,一段反渗透浓水为二段反渗透进水,在含盐量增加的同时,反而进水压力降低、水量减少,污染的速度将大大加快。采用浓水循环单段排列设计,虽然原水与浓水混合后,反渗透进水总含盐量上升,但由于增大了进水流量,每支反渗透膜的污染和负荷均等,降低系统压差,增加物理性的冲刷效率,减少反渗透膜的污染和清洗次数,延长反渗透膜的使用寿命。
 
              
 

       三. 设计合理的回收率
       回收率是指产水量和进水流量的比值,是反渗透设计和运行的重要参数,回收率的确定与原水水质密切相关。一般尽可能的设计高的回收率,这样可以降低供给水的量,减少预处理的成本。但是应该以反渗透内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值,否则会对反渗透有如下影响:
       1)在压力一定时,回收率提高,反渗透膜表面的浓差极化现象也更加严重,有效压力则相对减小,这导致产水量下降,脱盐率降低。
       2)当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时,它们就会在反渗透膜表面上发生结垢。
       为满足相关要求,线路板生产企业总是期望获得更多的回收率,但是高回收率却会导致极高的运行风险。根据工程经验,当回收率在60~70%时,系统更安全。许多线路板废水回用项目回收率>80%时,污染和清洗频率大幅增加,反渗透膜使用寿命大幅减少。如果要提高回收率,建议设计独立的浓水回收系统,并采取离子交换、频繁倒极电渗析等工艺与反渗透工艺相结合。

       四. 选择抗污染能力强的反渗透膜
       1)选择进水流道宽的反渗透膜
       在众多抗污染的机理中,反渗透膜元件给水流道的宽度已经是公认的膜元件抗污染性能的最重要指标,也是用户在选择产品时需要考虑的重点。进水流道越宽,系统对进水水质的要求和预处理设备不正常工况的要求相对来说越宽松。较宽的进水流道,可以更有效的进行膜清洗,即使在高污染条件下,系统仍可维持较低的压降。但是进水隔网厚度增加时,由于进入膜元件给水的流量不变,导致给水在流道内流动的速度降低,加强了膜表面的浓差极化现象,进而使污染物更易在膜表面吸附。因此,进水隔网的厚度存在一个最优范围,且随膜元件不同的应用领域而不同,在线路板废水回用中应选用流道宽度为34mil的反渗透膜元件。

                                     
                          

       2)采用膜表面光滑的反渗透膜
       美国耶鲁大学的最新研究证明:膜表面越粗糙,膜越容易被污染。原子显微镜图像显示污染颗粒会先积累附着于粗糙的膜表面的波谷中,导致波谷被堵塞,进而造成严重的膜通量下降。选用膜表面光滑的反渗透膜,如陶氏公司的BW30FR系列反渗透膜,能显著地减少或延缓颗粒及微生物污染的发生,降低系统运行压力,延长膜元件的使用寿命。