超滤膜净水试验研究：原理、方法与结果分析

（1）试验方法

试验原水采用池塘水添加天然黏土配制而成。为便于定量分析，原水浊度可控制在1 000 NTU以内。

（2）试验装置

试验装置如图9.5所示。

图9.5　试验装置简图

1—原水箱；2—化学清洗箱；3—渗透液水箱；4—纤维过滤器加压泵；5—超滤加压泵；6—水力反洗泵；7—纤维过滤器；8—盘片式过滤器；9—超滤膜组件；10—出水流量计；11—进水流量计；12—出水压力表；13—浓缩口压力表；14—进水口压力表；15—阀门

超滤膜组件采用截留分子量为105的国产中空纤维膜，深圳立升科技有限公司生产，超滤膜的基本技术参数见表9.6。

表9.6　超滤膜的基本技术参数

续表

注：初始膜通量为25℃、100 kPa时，纯水的过滤通量。

（3）试验结果与分析

1）除浊

超滤出水的平均浊度仅为0.06 NTU，接近国内外同类研究的超滤出水浊度水平，且优于微滤膜出水浊度水平。

超滤具有良好的除浊功能可用筛分机理进行解释。这种物理筛分作用只与膜的孔径大小、膜表面的化学特性有关，而与原水浊度、操作压力、膜面流速、运行时间等条件无关。

不同原水浊度水平下，出水流量都随浓度增加而降低。当原水浊度从50 NTU增加到1 000 NTU时，平均出水流量和产水量都下降了26%左右，如图9.6和图9.7所示。因此，采用错流过滤时原水浊度的变化对超滤出水流量有比较明显的影响，降低原水浊度有利于提高产水量。

图9.6　出水流量随原水浊度变化

图9.7　产水量随原水浊度变化(www.xing528.com)

不同原水浊度水平下的膜通量都随过滤时间不断降低，且随原水浊度的升高，膜通量降低的幅度更为明显。因为原水浊度升高，加重膜孔和膜表面上的污染程度，膜过滤的阻力增加，从而造成膜通量下降。对试验数据进行拟合分析，得到二次多项式拟合曲线方程：

式中　y——平均膜通量，L·h-1·m-2；

　　　x——浓度，NTU。

确定系数R2＝0.951 36，试验数据与拟合曲线的吻合程度较好。因此，可认为超滤的膜通量随原水浊度增加成二次曲线衰减，最后趋向于一定值，其结果如图9.8所示。

图9.8　平均膜通量随浊度的变化

综上所述，采用错流方式直接过滤浊度较高的原水时，膜通量近似指数关系衰减，最后趋向于一稳定值，膜通量与膜面流速之间为二次曲线关系。同时，膜阻力增大成指数关系增长，因而膜污染并不会无限制增加，浓差极化边界层和沉积层的厚度最后趋向于一稳定值，从而保证了膜的通量。

2）除菌

对以池塘水其细菌总数770 cfu/mL的原水进行超滤试验，每隔1小时取1个水样进行检测，其结果超滤渗透液的细菌总数达到饮用水标准的细菌学指标要求，见表9.7。

表9.7　中空纤维超滤对细菌总数的去除

3）去除有机物

总有机碳（TOC）是代表水中有机物含量的重要指标。以池塘水为试验原水，进行超滤试验，原水中的有机物主要是腐殖类（腐殖酸和富里酸）有机物。对原水和渗透液中的TOC进行检测，其结果如图9.9所示。

试验结果表明，超滤对水中有机物具有一定的去除作用。

对处理天然有机物含量较高的淡水透镜体的水时，应采用综合的水处理工艺，即采用：①强化常规“混凝—沉淀—超滤—消毒处理”工艺；或②“电凝聚—沉淀过滤—消毒处理”工艺。这样才能将淡水透镜体的水处理成合格的饮用水。

图9.9　进出水TOC的变化

（4）冲洗方式的选择

由于原水中的物质绝大部分为悬浮物，又由于膜管中水流流速较低，悬浮物容易在膜管中沉积。因此，超滤膜的冲洗采用正冲洗与反冲洗相结合的方式，即“原水正冲洗30 s＋滤后水反冲洗120 s＋原水正冲洗60 s”。

采用正冲与反冲相结合的冲洗方式，不仅对膜通量的恢复是有效的，并可节约滤后水，定时冲洗是稳定其产水量的必要手段。对浊度较高的原水进行超滤过滤时，增加冲洗强度和历时，提高冲洗次数，对系统保持高渗透通量运行也是非常重要的。