碟管式纳滤膜在生活用水处理中的膜污染特性

化工进展ChemicalIndustryandEngineeringProgressISSN1000-6613,CN11-1954/TQ《化工进展》网络首发论文题目：碟管式纳滤膜在生活用水处理中的膜污染特性作者：许家晟，谢建国，鹿燕，任杰，陈爽DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1441收稿日期：2019-09-10网络首发日期：2020-01-21引用格式：许家晟，谢建国，鹿燕，任杰，陈爽．碟管式纳滤膜在生活用水处理中的膜污染特性．化工进展.网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN2096-4188，CN11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。文章类型：研究开发DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1441碟管式纳滤膜在生活用水处理中的膜污染特性1许家晟1，谢建国2，鹿燕2，任杰2，陈爽1(1中国石油大学重质油国家重点实验室，山东青岛266580；2中国石化集团胜利石油管理局有限公司供水分公司，山东东营257061）摘要：采用碟管式纳滤膜对生活用水进行深度处理，研究了不同操作条件对元件分离性能及产水水质的影响，得到最佳运行条件为1MPa运行压力、进水温度为25℃以上、最小浓水流量300L/h。对原水水质进行分析，有效预测了污染物成分及膜污染情况，提出了预处理系统的设计及清洗方案。运用扫描电镜、EDS能谱、红外光谱及三维荧光光谱分析出,从进水端至出水端膜污染逐渐加剧，污染物成分主要以有机污染为主，并且含有难溶盐析出结晶的无机污垢及一定程度的生物污染。对碟管式纳滤膜在生活用水处理中膜污染特性研究，分析出污染成因为难溶盐随浓度增加在膜表面析出形成无机结垢，大量有机物在膜表面吸附形成有机污泥层，而水中微生物或细菌等在膜表面滋生造成生物污染，污染形成顺序为有机污染会率先在膜表面形成，随后形成无机污垢，并且会发生相互作用，其结果导致膜通量下降、产水水质变差。本研究借助中试试验探究了碟管式纳滤膜元件的污染特性，为这种新型膜元件在实际生产中如何高效使用及有效控制纳滤膜污染提供依据。关键词：纳滤；膜；碟管式膜；生活用水；膜污染；沉积物中图分类号：TQ028.8文献标志码：AMembranefoulingcharacteristicsofdisk-tubenanofiltrationmembranetodomesticwatertreatmentXUJiasheng1,XIEJianguo2,LUYan2,RENJie2,CHENShuang1(1StateKeyLaboratoryofHeavyOilProcessing,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,Shandong,China;2SinopecGroupShengLiPetroleumAdministrationCo.,Ltd.,WaterSupplyBranch,Dongying257061,Shandong,China)Abstract:Thedisk-tubenanofiltrationmembranewasusedforadvancedtreatmentofthedomesticwater,whiletheeffectsofvariousoperatingconditionsonthecomponentseparationperformanceandoutflowwaterqualitywereevaluatedandtheoptimaloperatingconditionswerefound1MPaoperatingpressure,inletwatertemperatureabove25℃,andminimumconcentratedwaterflowof300L/h.Theanalysisoftherawwaterqualitycaneffectivelypredictthepollutantcompositionandmembranefoulingandthedesignofthepretreatmentsystemandtheselectionofasuitablecleaningschemewereproposed.Theexperimentdatawereanalyzedbyscanningelectronmicroscopy,EDS,infraredandthree-dimensionalfluorescencespectroscopy.Asshownintheresults,themembranepollutionfromtheinlettotheoutletendwasgraduallyaggravated,inwhichthepollutantcomponentsaremainlyorganicpollutionandcontaininorganicimpuritiesprecipitatedandcrystallizedbyinsolublesaltsandacertaindegreeofbiologicalpollution.Therefore,studyonthemembranefoulingcharacteristicsofthedisk-tubenanofiltrationmembraneindomesticwatertreatment,byanalyzingthecausesofpollutionis收稿日期：2019-09-10；修改稿日期：2020-01-06。基金项目：山东省自然科学基金（ZR2017MB015）；中国石油科技创新基金项目（2017D-5007-0601）；重质油国家重点实验室课题（SLKZZ-2017002）。第一作者：许家晟（1994—），男，硕士研究生，研究方向为水处理及膜分离相关。E-mail：[e-mail]。通信作者：陈爽，副教授，硕士生导师，研究方向为新能源开发、材料化学等。E-mail：[e-mail]。2020-01-2108:47:02:nanofiltration;membranes;disk-tubemembrane;domesticwater;membranefouling;deposition随着工业发展自然水体的不断污染，不仅加重了自来水厂的生产压力，同时也对居民日常饮水健康带来严重隐患，因此对新型水处理工艺技术的需求也越来越迫切。纳滤技术是介于反渗透技术和超滤技术之间的一种高效分离技术，可有效去除饮用水中脱除Ca、Mg离子等硬度成分、三卤甲烷中间体、异味、色度、可溶性有机物及蒸发残留物质等，并且具有盐选择性，既能确保水中重金属离子、硬度等的有效去除，同时还能保留一定的矿物质元素，是一种理想的饮用水处理技术[1-3]。本研究与传统水处理领域所使用的纳滤工艺不同，将纳滤膜材料与新型碟管式组件相结合，所形成的碟管式纳滤膜元件相较于卷式或其他运行方式具有流道宽、流程短及湍流运行的特点，进而使其拥有回收率高、预处理简单、耐污染、易清洗和使用寿命长等优点，而与目前已形成的DTRO工艺相比又可以降低运行压力、减少运行成本、并且其选择性分离还可生产出安全可靠的高品质生活饮用用水。虽然碟管式纳滤膜具有耐污染的特点，但长时间运行同样会使膜造成一定程度的污染，并且会导致通量下降、能耗升高、甚至造成不可逆的污堵，因此膜污染问题也是这种新型膜元件所面对的主要问题之一，并且目前大部分纳滤膜污染研究中大多都是采取卷式膜组件进行探究，而针对碟管式纳滤膜元件其污染特性的研究较少，中试规模以上的实际应用探究更是寥寥无几，仍然有待研究[4-5]。本研究以碟管式纳滤技术为核心，组建一套水处理集成装置对东营市某自来水厂出厂水进行深度处理。在系统长期运行中，考察不同运行条件对元件通量及脱盐率的影响，对已污染膜片进行剖析，探究膜表面污染物的组成及膜污染成因，并进一步分析与总结碟管式纳滤膜元件的污染特性，为今后这种新型膜元件的使用及清洗提出有一定价值的参考依据。1实验部分1.1实验材料实验所用膜材料为实验室自制双聚酰胺功能层纳滤膜复合材料，并组装成碟管式纳滤膜元件，产品参数如下表1及表2所示。原水为东营市某自来水水厂以黄河水经“絮凝—沉淀—V型滤池—消毒”一系列处理工艺后的出厂水，由于该地区为盐碱地导致原水存在盐含量较高、水质较差等问题，其电导率达1200~1400μS/cm，无机盐含量较高。表1碟管式纳滤膜产品参数产品膜面积/m2MgSO4CaCl2NaCl产水量/L·h-1透过率/%产水量/L·h-1透过率/%产水量/L·h-1透过率/%碟管式纳滤膜元件9