影响超滤膜长期、稳定运行的因素分析

超滤作为纳滤、反渗透的预处理手段之一，对胶体以及高分子物质有良好的分离能力。根据原水性状选择高效的运行方式，开发有效的反冲洗和化学洗涤方法等成为膜分离技术能否实用化的关键所在。在某给水厂历时近2年的超滤试验中，考察了原水性状、水温、膜表面流速等因素对处理效果的影响。

1　试验方法及条件?

1?1原水水质? 以日本八户市马渊川河水经过沉砂、过滤(150μm)预处理后作为原水，其水质如表1所示。

1.2　设备? 设备及流程见图1。?

膜的材质为中空管式醋酸纤维素膜(截留分子质量为15×104u)，加压透水方式为内压型十字流式，由循环泵控制流量，反冲洗间隔时间为30min。为防止微生物繁殖，反冲洗时添加5mg/L的次氯酸钠溶液。另外，长期运行将使膜负荷逐渐增大，在物理冲洗不能恢复透水量时使用500mg/L的次氯酸钠和5%的柠檬酸各20L进行20min左右的化学冲洗。?1.3　评价方法? 试验数据由计算机采集，原水流量、透水量、膜入口压力、膜出口压力、透水压力、透水温度等6项指标每10min记录一次；电耗、循环水量、累积流量、反冲洗流量等项目每周记录一次。透水率由下式进行校正：? 校正透水率=(透水量/膜两侧压差)×98.1kPa×μt/μ25? μt=0.0179/(1+0.03702t×0.0001638×t2)×100? 式中?t——水温，℃?? μ25——水温为25℃时水的粘性系数

2　运行结果及讨论?

2.1　透过水质? 处理水质如表2所示。?

由表2可以看出，超滤对浊度、细菌、大肠杆菌的去除率为100%；总铁几乎被完全去除；对总锰的去除率为72%左右；对色度的去除率为60%左右；TOC和E260指标也显示出类似的处理特性。?2.2 透水率对膜压差的

夏季膜原水的TOC/E260值为30～60的数据较多，根据丹保等人［1］的理论可知，该水中以高分子腐殖物质为主，冬季则反之。值得注意的是，透过水的数值高于原水，分析其原因可能是大多数高分子物质被截留，而透过水中主要是含低分子质量的分子。被截留的高分子腐殖物质，一部分附着在膜表面上使负荷逐渐增大，于是进入冬季时造成了膜两侧压差急剧增高。? ②电镜及色谱分析? 试验结束后对膜断面进行电镜观察可清晰地看到膜表面或者表层都有厚实的污染层生成，此污染层是膜两侧压差增大的主要原因，并且是由原水的浊度、有机物和无机污染物构成的混合体引起的。根据原水的有机物分子质量分布及高效液相色谱(HPLC)的分析结果看出，原水中1/3以上是高分子有机物(分子质量为数万以上)，而原水和透过水中低分子有机物的分子质量分布基本没有发生变化。这说明膜污染只能是由来自高分子有机物质及其与无机物质的混合体附着在膜的表面造成的。2.4　无机物的影响? 引起膜两侧压差增大的原因除了有机污染物以外，还有无机污染物的影响，选用能量分散型

3　结论

①试验的2年间透过水质一直良好、稳定。 ②在冬季低温时，将膜表面流速由原来的0.07m/s调至0.14m/s，同时把透水率的设定值下浮到1.35m/s是保持超滤膜长期安全、合理运行的重要因素。 ③膜表面的污染物是由高分子有机物和Mn、Fe、Ca、Si、Cu等无机物组成的复合体。原水中的TOC/E260值很低时会使超滤膜负荷增大。实际运行中，增加对高分子有机物和部分无机污染物的预处理也是增加使用寿命、提高运行效率的方法之一。? 无论膜两侧压差变化是大是小，定期进行化学洗涤对避免低分子物质在膜孔内沉积形成致密的滤饼和保证透过水水质的安全有重要意义。