超滤膜直接制取饮用水的试验研究谢敏坚

27膜产业现状及发展趋势水工业市场2009年第7期超滤膜直接制取饮用水的试验研究文/谢敏坚（兰州军区工程环境质量监督站）当前世界上缺水现象越来越严重，随着水源污染的日趋严重，人们不断发展各种新型水处理技术，因而饮用水深度处理技术应运而生。膜技术作为饮用水处理的一个独立工艺，现已成为水处理领域中昀有发展潜力的技术之一。随着膜工艺日渐成熟，价格逐年降低，其在饮用水处理中具有广阔的应用前景。以压力为驱动力的膜分离技术有反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)以及微孔过滤(MF)。研究表明，超滤具有良好的除浊功能，出水水质好。并且现今市场上超滤膜的研制、开发和生产已形成一定规模的商品化，尤其是国产超滤膜组件已初步形成系列，价格便宜。这在选用超滤膜的种类和降低制水成本上也有较大的优势。本研究以超滤膜过滤替代常规水处理工艺，采用直接过滤原水方式制取饮用水。为工程实际生产和设计提供理论指导。一、试验方法根据试验对原水水质的要求，试验用水采用自来水添加自然粘土配置而成。为便于定量分析，原水浊度可控制在一定的范围内变化。粘土密度，颜色为棕褐色。二、试验装置实验装置见图1。超滤膜组件采用截留分子量为100000Daltons的国产中空纤维膜，深圳市立升科技有限公司生产，超滤膜的基本技术参数见表1。三、试验工艺流程图本试验采用全循环间歇式错流过滤，如图2所示。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.阀门图1试验装置简图四、试验方案设计针对原水水质的变化对超滤过程的影响，主要通过控制原水浊度变化进行试验，考察超滤出水浊度随原水浊度的变化情况，以及考察超滤过程中膜通量和膜污染的变化规律。1、原水预处理为了提高膜的透过通量，保证UF膜的正常稳定运行，在UF前需对原水进行预处理，虽然UF的预处理过程不像RO和NF过程那样严格，但这种预处理也是保证实现UF过程正常运行的关键。在UF组件前设置纤维过滤器，通过调节纤维过滤器的流量和压力并进行定期反洗，纤维过滤器能将水中的粗大颗粒或泥沙去除，有利于后续超滤过滤。纤维过滤器的出水浊度见图3，由图可见当进水浊度低于1000NTU时，其出水浊度基本上能保证在300NTU以下。图2　超滤过滤工艺流程图28专题水工业市场2009年第7期参数名称参数值参数名称参数值有效膜通量2.8㎡过滤方式内压式初始膜通量800L/h；0.28m3/㎡.h膜的材质聚丙烯腈(PAN)截留分子量100000Daltons操作压力条件水压≤300KPa标准产水量0.25m3/hPH值2~11膜管内径/外径0.8mm/1.32mm水温5~45℃表1超滤膜的基本技术参数2、原水浊度变化对试验结果的影响将进水压力0.100MPa、浓缩口压力0.070MPa保持不变、改变原水浊度进行试验。试验中以60min为一周期，在每一周期中原水浊度保持在一定水平下，而下一周期的原水浊度水平相应增加。然后反复进行水力清洗，包括原水正冲30s+滤后水反冲洗120s+原水正冲60s，使膜的过滤能力得到一定的恢复后投入下一周期的操作。超滤出水浊度的变化情况如图4所示。进水浊度在50NTU~1000NTU的范围内变化，出水浊度均小于0.1NTU，浊度去除率达到99.9%以上，说明超滤膜对浊度物质几乎能够完全截留，其出水浊度完全不受原水浊度的影响。同时从图中可以看出，浓缩水浊度高于原水浊度，说明膜面截留杂质结成滤饼层受回流水冲刷部分剥离，减轻了膜污染。我国目前采用的饮用水水质标准规定浊度小于3NTU，而美国环境保护署对浊度的标准是1NTU，并且昀近制定的地表水处理规则要求，滤后水水样的95%要小于或等于，如果原水浊度小于1NTU，滤后水浊度水平要小于0.2NTU。本试验的超滤过滤水的平均浊度仅为0.06NTU，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。3、超滤的抗污堵性超滤的产水水质是超滤性能的一个重要方面，另一个重要方面则是超滤的抗污堵性能。这是超滤大规模应用更令人关注的特性。试验期间在保持超滤产水量恒定的情况下，记录了超滤进出水的压差变化。超滤投入运行后，在前80小时，膜两侧的压差总体趋势逐步上升，在随后的200多小时时间里，压差则趋于稳定。这一过程是水中的杂质在新的超滤膜表面积累并形成“凝胶层”的过程。一旦凝胶层建立，膜通量的下降就趋于平缓，并逐步达到稳态。图中的曲线恰当地反映了这一过程。表明在试验期间膜的污堵情况十分轻微。由于试验时间较短，对于膜破损造成产水水质下降、不可逆污堵造成通量下降等现象尚没有观察到，因而对膜长期工作的稳定性和可靠性还缺乏足够的数据支持，这一点还有待在工业系统实际运行中考察、验证。五、结束语超滤具有良好的除浊功能，试验通过对浊度1000NTU左右的原水进行生产模拟试验，滤后水浊度不受原水浊度变化影响，滤后水浊度低于0.1NTU，表明采用超滤直接过滤是可行的。不过，膜去除原水中溶解性有机物存在一定的局限性，必须与其他技术组合才能达到预定效果，有待在今后的工作中进一步研究。图3　纤维过滤器进出水浊度随时间的变化图4浊度随时间的变化图5　压差随时间的变化