清洗工艺对中空纤维超滤膜污染的影响研究

作者:王超;戴海平;宫凯乐;席雪洁;柯永文;胡长鑫;潘为森 刊名:《中国给水排水》 上传者:张媛

【摘要】采用连续式膜过滤(CMF)工艺流程评测清洗工艺对中空纤维超滤膜污染的影响,重点考察物理清洗和化学清洗对膜污染的去除效果。物理清洗采用反洗、曝气工艺,并确定了最佳物理清洗参数,即反洗流速为4.3~4.8m^3/h、总反洗水量为0.04~O.05m^3、曝气流速为15~18m^3/h、总曝气量为0.20~0.25m^3,在日常维护清洗中,使用次氯酸钠清洗40min即可满足清洗要求,在经过几次化学清洗周期后建议使用次氯酸钠+柠檬酸进行化学清洗。试验证明,最优工况下,膜产水水质优良并具有极高稳定性,吨水能耗明显低于其他工况。

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天津300457)膜污染分为可逆污染和不可逆污染,可逆污染可以通过物理清洗去除,不可逆污染则必须通过化学清洗去除[1]。中空纤维膜的物理清洗是通过物理作用去除膜污染物,一般采用反洗、曝气工艺;化学清洗是利用化学药剂与膜污染物进行化学反应去除污染物的方法。有效的清洗可恢复膜通量、增加膜寿命、降低能耗,因此清洗效果对膜应用尤为重要。目前,在中空纤维膜的实际应用中,一直按经验参数进行膜清洗工作,不仅浪费时间、增加能耗,而且未能有效解决膜污染问题。鉴于此,笔者系统科学地研究了物理及化学清洗对膜污染的影响,并进一步提出了中空纤维超滤膜清洗工艺的最佳参数。1试验部分1.1原水水质试验地点为天津市武清某自来水厂,采用调节池/前加氯/混凝沉淀/砂滤过滤/后加氯的制水工艺,絮凝剂为铝盐。试验原水为斜管沉淀池产水,具体水质如下:余氯为0.15mg/L、CODMn为3.25mg/L、TN为2.245mg/L、TP为0.038mg/L、pH值为8、电导率为663mS/cm、TOC为3.38mg/L、浊度为0.3~1.5NTU。1.2试验流程采用UOT880膜组件,制作材料为聚偏氟乙烯(PVDF),膜面积为80m2,平均孔径为0.03m,采用外压式全过滤工艺。超滤系统采用连续膜过滤(CMF)技术[2],可实现产水、物理清洗、化学清洗自动控制。以周期为单位,一个完整周期包括注水、产水、气擦洗、气水反洗、气擦洗排放、排水,通过PLC实现自动控制。试验流程见图1。空气压缩机储气罐进水泵曝气阀进水阀下排阀加药泵加药罐膜组件上排阀浓回阀产回阀外加药回流阀反洗阀产水阀反洗罐加反洗泵药泵PLC控制图1试验流程Fig.1Flowchartofexperiment1.3试验方案在膜通量为80L/(m2h)的情况下产水40min,运行一个产水周期后进行一次物理清洗。通过调整物理清洗参数,即曝气、反洗水的流速以及总使用量,探究各因素对膜污染的影响。使用次氯酸钠、柠檬酸对膜组件进行化学清洗,考察两种药剂对膜组件的清洗效果,确定最佳清洗药剂及清洗时间。1.4数据分析方法跨膜压差(TMP)可以反映膜的污染程度[3]。在恒定温度下,TMP随污染程度的增加而增大。但是水温的变化会导致水的粘度发生变化,影响TMP的准确性,所以将TMP换算成膜比通量(SF)来比较污染程度以排除温度对水粘度的影响[4]。膜比通量表示单位TMP下膜的通量,它反映了膜的过滤能力,其值越小说明膜阻力越大,膜污染越严重。绘制SF随时间的变化图,并利用软件拟合趋势线,拟合趋势线的斜率即代表膜的污染速率。Q=Q0e-0.0239(T-20)(1)式中,Q为经温度修正后的膜组件出水量,L/h;Q0为膜组件出水量实测值,L/h;T为水温,。SF=QATMP(2)式中,SF为膜比通量,L/(m2hMPa);A为膜组件的过滤面积,m2;TMP为跨膜压差,MPa。2结果与讨论2.1超滤出水水质超滤膜产水水质如下:余氯为0.15mg/L、CODMn为2.96mg/L、TN为2.215mg/L、TP为0.030mg/L、pH值为8.14、电导率为648mS/cm、TOC为2.78mg/L、浊度<0.1NTU。可以看出,超滤对COD、总氮、总磷、TOC的去除率较低,对降低浊度效果明显,并且产水浊度不受原水浊度变化的影响,具有极高的稳定性。产水水质均优于《生活饮用水卫生标准》(GB57492006)的要求。大肠杆菌测试方法采用国标中的滤膜法[5]。超滤膜产水未检测出微生物,而水厂尽管有前加氯工艺,但仍不能完全灭菌,超滤对微生物的截留率达到100%,确保了

参考文献

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