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超滤膜在饮用水处理中临界通量的影响因素研究
作者:管理员    发布于:2016-03-17 11:31:12    文字:【】【】【

  超滤膜在饮用水处理中临界通量的影响因素研究齐鲁王洪臣郑祥程荣陈清2,陈杰2,梁恒3,李圭白3(1.中国人民大学环境学院,北京100872;2.苏州立升膜分离科技有限公司,江苏苏州215012;3.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点。

  表1试验期间的原水水质Tab. pH值浊度/水温/总碱度/总硬度/注:总硬度以CaC3计1.2试验装置浸没式超滤膜的试验装置如所示,试验过程中超滤膜组件浸没在超滤膜池内,通过蠕动泵抽吸出水,在膜组件与蠕动泵之间安装压力传感器,通过电脑软件自动采集跨膜压差,膜池内装有曝气装置,通过小型气泵对膜组件进行曝气,以缓解膜污染。反洗时通过改变蠕动泵转向,抽吸超滤产水或超纯水进行反冲洗。整套装置可通过电脑和PLC实现对蠕动泵和气泵的自动控制和对抽吸压力的自动采集,试验中超滤膜过滤采用恒通量方式,通过跨膜压差的变化来表征不同超滤膜污染的程度。采用2套相同的膜装置进行平行试验,试验所用的小试验装置型浸没式超滤膜组件膜面积一般为0.01m2,膜过滤的通量设置为30L/(m2,h),通过抽吸压力的变化来表征不同超滤膜污染的程度。

  试验采用聚氯乙烯(PVC)超滤膜,其主要参数如表2所示。

  表2材质类型过滤方式截留相对分子质量/kDa接触内径/外径/中空纤维外压1.3试验方法试验考察了超滤膜直接过滤原水的临界通量,以及运行方式和预处理等对临界通量的影响。运行条件包拮连续运行和间歇运行,并同时结合考察曝气量和曝气频率的作用。运行方式主要有:连续过滤、连续过滤-连续曝气、连续过滤-间歇曝气、间歇过滤-间歇曝气等;连续过滤-间歇曝气时的曝气时间取30s,间歇30s;间歇过滤-间歇曝气时的运行情况为每过滤4.5min停止过滤然后曝气30s再开始下一周期的过滤。预处理是在-4型六联搅拌器上进行烧杯搅拌试验,混凝剂采用聚合氯化钼,投加量为10mg/L,主要考察混凝沉淀对临界通量的影响,并结合曝气考察预处理和曝气对临界通量的提高作用,每次试验之前,首先将膜组件在去离子水中浸泡5d,每天换1次水,然后将膜组件过滤去离子水30min,再进行各种试验。

  2结果与讨论2.1曝气对临界通量的影响曝气通过气泡在膜丝表面的振动和摩擦等作用,使膜过滤过程中形成的污泥层松动、脱落,因此曝气可作为一种控制膜污染的方式。试验分别考察曝气方式及曝气强度对超滤膜过滤原水时的临界通量的影响,采用短期的通量阶梯增加法进行试验,将通量梯段上跨膜压差(TMP)开始出现增长时的通量值和该梯段的前一个通量值的平均值作为该运行条件下的临界通量,并考察曝气在长期膜过滤过程中对膜污染的作用。曝气方式分为连续曝气和间歇曝气,膜过滤都是连续运行,间歇曝气方式为曝气1min/停止4min.连续曝气的曝气强度分别取2.5、10和40m3/(m2.h)(按膜池底面积计算),间歇曝气的强度分别取10、20、40、80m3/(m2-h)。在连续曝气条件下不同的曝气强度对PVC超滤膜过滤原水时临界通量的影响如所示。

  在无曝气的条件下,用通量阶梯增加法所得到的用PVC膜过滤原水时的临界通量为22.5L/(m.时间/min(a)曝气量:0m3/(m2.h)连续曝气条件不同曝气强度对PVC超滤膜临界通量的影响h)。连续曝气的强度分别为2.5、10和40m3/(m2-h)时,用PVC膜过滤原水时的临界通量分别为22.5、27.5和27.5L/(m2.h)。可见,曝气强度达到10m3/(m2,h)的连续曝气可以提高2种超滤膜过滤原水时的临界通量,但是曝气强度再增大也不会继续提高临界通量。

  间歇曝气条件下不同的曝气强度对PVC超滤膜过滤原水时临界通量的影响如所示。间歇曝采用通量阶梯增加法所得到的用PVC膜过滤原水时的临界通量分别为22.5、22.5、27.5和27.5L/时间/min(a)间歌过滤无曝气时间/min间歇曝气条件不同曝气强度对PVC超滤膜临界通量的影响2.2过滤方式对临界通量的影响试验在研究曝气对临界通量影响的基础上,进一步考察了过滤方式对临界通量的影响,并考察了不同过滤方式对膜过滤长期运行TMP的影响。通过短期试验来研究间歇过滤及间歇过滤和间歇曝气相结合对临界通量的影响,间歇过滤为过滤4min/停止1min,不曝气,间歇过滤间歇曝气则为膜过滤4min/停止1min,间歇曝气采用曝气1min/停止4min的方式,曝气强度为40m3/(m2.h),1min的曝气正好在UF膜停止过滤的时段进行。

  2种过滤方式对超滤膜过滤原水时临界通量的影响如所示。在间歇过滤与间歇过滤间歇曝气2种过滤条件下,用通量阶梯增加法所得到的用PVC膜过滤原水时的临界通量分别为22.5和27.5L/(m2,h),可见,间歇过滤并不能提高超滤膜过滤原水时的临界通量,而间歇过滤间歇曝气可以提高其临界通量。这是因为间歇过滤时虽然膜过滤的时间相对于连续过滤缩短了,但随着过滤时间的延长污染物还是继续累积在膜孔内和膜表面,而无法得到去除。间歇过滤间歇曝气时,曝气可以在膜停止过滤时使膜表面的污泥层及时得到消除而不致于时间/min(b)间歌过滤间歌曝气不同过滤方式对PVC超滤膜临界通量的影响非常密实,从而有效缓解了膜污染。

  2.3混凝沉淀预处理对临界通量的影响混凝预处理与曝气结合对2种超滤膜过滤原水时临界通量的影响如所示。连续曝气强度为(a)混凝无曝气时间/min(b)混凝-连续曝气时间/min(c)混凝-间歌过滤间歌曝气混凝预处理对PVC超滤膜临界通量的影响10m3/(m2.h),间歇曝气强度为40m3/(m2.h),混凝无曝气、混凝-连续曝气和混凝-间歇过滤间歇曝气3种条件下,用通量阶梯增加法所得到的用PVC膜过滤原水时的临界通量分别被提高至32.5、3结论曝气强度达到一定值时(连续曝气为10 m3/(m2.h),间歇曝气为40m3/(m2.h)),连续曝气和间歇曝气都可以提高超滤膜的临界通量,而且曝气达到一定强度之后,再增加曝气强度对临界通量没有提高作用。

  间歇过滤并不能提高超滤膜过滤原水时的临界通量,而间歇过滤间歇曝气可以提高其临界通量。

  混凝预处理可明显提高超滤膜的临界通量,而且混凝与连续曝气以及与间歇过滤间歇曝气过滤方式相结合能达到更高的临界通量。

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