微滤膜处理微污染原水研究.docx

微滤膜处理微污染原水研究摘要采用μm的微滤膜处理微污染原水，出水浊度＜1NTU，对高锰酸盐指数(OC)的去除率为20%左右，运行稳定后对UV254去除率＞40%。通过考察膜过滤阻力在膜抽—停周期内的变化来选择充分的曝气时间。在连续运行中发现，膜过滤性能由于膜的污染而先有一快速降低段，之后随时间增加缓慢下降。通过对膜的清洗的长期运行试验发现，曝气清洗不能完全清除膜污染，而用次氯酸钠和盐酸清洗则较为有效。关键词微滤膜微污染原水膜污染清洗1试验装置与方法试验流程试验流程见图1。微滤膜采用日本三菱公司生产的聚乙烯中空纤维膜，孔径为μm，膜丝内径为mm，外径为mm，膜面积为1m2，直接置入过滤水槽中。膜组件下设有曝气管。原水被泵入过滤水槽后，在抽吸泵的作用下经膜过滤后出水。膜组件采用间歇运行(抽吸30min，然后停抽几分钟)方式。曝气系统在膜抽吸期间停止运行，而在膜停抽期间启动以清除抽吸阶段膜表面形成的沉积物。为保持过滤水槽内的水位恒定，采用HP75000工控机根据水槽内的液位控制进水泵的开停。试验装置处理能力约为m3/d。原水水质原水取自清华大学校内河水，用自来水稀释使之在一般微污染原水水质范围内［高锰酸盐指数(OC)为2～7mg/L，浊度＜6NTU］。试验期间原水水质如表1所示。表1原水水质水质指标水温(℃)浊度(NTU)OC(mg/L)UV254(cm-1)pH平均值波动范围～～～～0.～2试验结果与讨论对浊度的去除采用微滤膜直接过滤对浊度的去除效果见图2。从图2可以看到，尽管进水浊度波动较大，但膜出水浊度＜1NTU，对浊度的去除率＞90%。对有机物的去除有研究表明，天然水体中的溶解性有机物主要由腐殖质、蛋白质、多糖等组成，其中以腐殖质为主(约占50%)［1］。典型的腐殖质在化学结构上多含有苯环、羧基、醇羟基、酚羟基，而含有苯环结构或者含共轭双键的不饱和有机化合物在紫外范围有吸收，因此紫外光在254nm波长处的吸光度常用来间接地表示水中以腐殖质为主的溶解性有机物含量。微滤对原水OC和UV254的去除效果见图3、4。从图3、4可以看出，微滤膜对OC的去除率为3%～35%(平均为21%)。待膜过滤操作达到稳定时，微滤对UV254的去除率为40%～53%(平均为46%)。据报道，超滤和微滤对有机物的去除率一般在20%以下，这与笔者的研究结果基本吻合。在装置运行100h期间，发现初期微滤膜对UV254的去除率几乎为零，但随运行时间的增加其去除率逐渐增大并趋于稳定。由上述结果可知，微滤膜直接过滤微污染原水能有效地去除浊度，但对有机物的去除效率不高，因此对于有机污染较为严重的水体仅采用微滤膜直接过滤去除有机污染物是不够的，必须考虑与其他工艺组合使用。膜过滤性能的变化①过滤性能的表征衡量膜过滤阻力的变化，一般可采用恒定膜通量考察膜过滤压力在过滤过程中的变化或采用恒定膜过滤压力考察膜通量的变化。在试验中由于过滤压力和膜通量都在变化，上述两种方法均难以应用。因膜过滤阻力与ΔP/J(ΔP为膜抽吸压力，J为膜通量)成正比，而ΔP/J的变化反映了膜过滤阻力R的变化，且用J/ΔP表示膜过滤性能更直观(该值越大，膜的过滤性能越好；反之亦然)。因此试验中采用J/ΔP作为膜过滤性能的表征指标。②停抽时间对膜过滤性能的影响试验中膜组件以间歇运行方式清除抽吸段逐渐形成的膜表面沉积物。为考察停抽(即曝气时间)对膜过滤性能的影响，曝气时间改变为1、3和5min，膜过滤阻力在一个抽—停周期内的变化结果如图5所示。在试验中选择膜通量为20L/(m2·h)，抽吸段时间为30min。图5的纵坐标为某时刻的膜过滤阻力R与该抽—停周期初始膜过滤阻力R0的比值。由于试验过程中数据是以等间隔时间来测定的，因此在抽吸30min处没有直接的测定数据，图中该处数据是由抽吸段膜阻力的上升趋势外推得到的。从图5可见，在抽吸段随运行时间的延长膜过滤阻力增加，在抽吸段结束时膜过滤阻力约增加了50%；进入停抽曝气段，曝气1min膜过滤阻力就下降了很多(约为初始膜过滤阻力的倍)，膜过滤性能得到很大程度的恢复；延长曝气时间可使膜过滤性能进一步恢复，当曝气达到5min时膜过滤阻力已经与膜初始过滤阻力相差很小。据此可以认为在抽吸段形成的膜表面沉积物可以通过曝气来清除，曝气5min足可以使膜的过滤性能基本恢复。为此在以下试验中，膜的过滤操作采用30min抽吸、5min停抽曝气的模式。③连续运行条件下膜过滤性能的变化以30min抽吸、5min停抽并曝气的方式连续运行，扣除中途由于设备关系暂时停止运行的时间(两周以上)，考察了其间膜过滤性能的变化。在连续运行过程中需要考虑水温波动对试验结果的影响。有研究表明，水温的升高有利于膜的过滤分离，温度升高1℃可引起膜通量增大2%［2］。为消除由于温度变化而非