造成浸沒式超濾膜污染的因素分析.doc

造成浸沒式超濾膜污染的因素分析超濾是以壓力為驅(qū)動將水質(zhì)進行凈化的技術(shù)，是重要的膜分離技術(shù)之一。通過超濾技術(shù)處理過的水質(zhì)較好，可超過現(xiàn)代飲用水標準對濁度、桿菌以及病毒的要求，因此，超濾技術(shù)成為當今水處理領(lǐng)域的研究熱點。低壓膜過濾技術(shù)已得到全世界范圍的廣泛認可，其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用具有巨大的潛力。運行條件對于實際的膜過濾系統(tǒng)非常重要，適合的操作參數(shù)可以很好地控制膜污染。提高整個膜系統(tǒng)的過濾性能和膜的壽命。對于長期運行的膜過程，膜運行條件的選擇十分重要，應(yīng)盡量減少膜污染，從而使膜系統(tǒng)在較長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定運行。通過中試試驗，系統(tǒng)考察運行條件對浸沒式超濾膜過濾過程中膜污染的影響，以優(yōu)化膜系統(tǒng)的運行條件。1 材料與方法1.1 原水水質(zhì)試驗用原水取自蘇州內(nèi)河的一條支流，由于受生活污水影響，該原水受到一定污染。1.2 試驗材料與裝置聚氯乙烯(PVC)超濾膜的主要參數(shù)：類型為中空纖維，過濾方式為外壓，截留相對分子質(zhì)量100，接觸角67，內(nèi)徑0.85m m，外徑1.45mm。該試驗中浸沒式超濾膜的中試裝置主要由進水系統(tǒng)、預吸附池、混凝反應(yīng)池、污泥回流系統(tǒng)、平流沉淀池和浸沒式超濾膜系統(tǒng)構(gòu)成。浸沒式超濾膜系統(tǒng)中設(shè)有曝氣、反洗及自控裝置，可實現(xiàn)氣洗和水洗的自動控制，膜池進水為原水或沉淀池出水，出水方式為泵抽吸，通過設(shè)置在浸沒式超濾膜組件出水管上的真空壓力表檢測跨膜壓力。該裝置的設(shè)計處理水量為5m3/h，混凝反應(yīng)池分為4格，可以調(diào)節(jié)混凝時間，平流沉淀池水力停留時間約1.5h。浸沒式超濾膜池的尺寸為170c m100c m180cm，按照長度方向平均分為5格。浸沒式PVC中空纖維超濾膜的簾式膜組件垂直裝于膜池內(nèi)，膜絲有效長度1.36m，單簾膜面積約8.03m2，一個膜組件中裝有3簾膜，膜面積約為24.1m2。1.3 運行條件運行條件包括曝氣、過濾方式、混凝預處理及反沖洗，分別考察了間歇曝氣、間歇過濾、間歇過濾間歇曝氣和混凝等在短期或長期膜過濾過程中對浸沒超濾膜污染的影響。在用超濾膜直接過濾原水，考察混凝預處理對膜污染影響的試驗中，混凝劑采用聚合氯化鋁，投加量為1015mg/L。膜通量均采用20L/ (m2h)。采取的運行方式中，間歇曝氣為曝氣1min，停止9min;間歇過濾為過濾9min，停止1min，不曝氣;間歇過濾間歇曝氣則為膜過濾9min，停止1min，間歇曝氣采用曝氣1min，停止9min的方式，1min的曝氣正好在膜停止過濾的時段進行。水力反洗為每24h對浸沒式超濾膜反洗1次，每次反洗5min，反沖強度為60L/(hm2)。2 結(jié)果與討論2.1 曝氣對超濾膜運行TMP的影響不同曝氣強度條件下，連續(xù)和間歇曝氣在24h的時間內(nèi)對超濾膜處理蘇州內(nèi)河水運行TMP的影響結(jié)果是：在無曝氣條件下，膜直接過濾原水，TMP由14.5kPa升高到38kPa，增加了23.5k Pa。連續(xù)曝氣可以緩解膜污染，當連續(xù)曝氣的強度分別為10m3/(m2h)、20m3/(m2h)、40m3/(m2h)和60m3/(m2h)時，膜過濾過程中的TMP分別增加18.5kPa、8.8kPa、7.2kPa和6kPa。可見，連續(xù)曝氣時曝氣達到一定強度(試驗中是20m3/(m2h)后，再提高曝氣強度對膜運行TMP的影響顯著減小。曝氣通過氣泡在膜絲表面的振動和摩擦等作用，使在膜過濾過程中形成的污泥層松動、脫落，因此曝氣可作為一種控制膜污染的方式。間歇曝氣也可緩解膜污染，當間歇曝氣的強度分別為20m3/(m2h)、40m3/(m2h)、60m3/(m2h)和80m3/(m2h)時，膜過濾過程中的TMP分別增加19.5kPa、12.3kPa、8.8kPa和7.8kPa。可見，隨著曝氣強度的增加，膜運行的TMP會降低，但曝氣達到一定強度(試驗中是40m3/(m2h)后，再提高曝氣強度對膜運行TMP的影響顯著減小。這表明，在浸沒式超濾膜的實際應(yīng)用過程中應(yīng)選擇合理的曝氣強度，否則既耗能又不能對膜污染起到更好的緩解作用。2.2 過濾方式對超濾膜運行TMP的影響試驗中對比了連續(xù)過濾、間歇過濾和間歇過濾間歇曝氣三種過濾方式在24h內(nèi)對超濾膜運行TMP的影響。間歇過濾過程中，膜運行TMP比連續(xù)運行時略有降低，TMP由15kPa升高至35.5kPa，增加了20.5kPa，連續(xù)運行時TMP增加了23.5kPa，表明間歇過濾對膜污染的緩解作用只是由于膜過濾時間的減少。間歇過濾間歇曝氣條件下，膜運行T MP比連續(xù)運行時有較大程度降低，該試驗條件下膜過濾的TMP由14 k Pa 升高至23 .6kPa，增加了9.6kPa，這表明在過濾間隙進行曝氣可使膜表面的污泥層得到及時消除，間歇過濾間歇曝氣方式對膜污染有較好的緩解作用。2.3 混凝預處理對超濾膜運行TMP的影響試驗考察了混凝預處理以及混凝+間歇過濾間歇曝氣方式在24h內(nèi)對超濾膜運行TMP的影響。膜過濾混凝沉淀后的出水，在24h內(nèi)TMP從13.5kPa升高到22.4kPa，增加了8.9kPa，混凝+間歇過濾間歇曝氣條件下，在24h內(nèi)TMP從14kPa升高到18.6kPa，增加了4.6kPa。可見，混凝對懸浮顆粒物和大分子有機物有較好的去除作用，混凝預處理可以降低膜過濾過程中的TMP，而且采用間歇過濾間歇曝氣的方式，膜運行TMP可以進一步降低，這表明預處理與間歇過濾間歇曝氣方式相結(jié)合可以較好地緩解浸沒式超濾膜在實際運行當中的膜污染。2.4 反沖洗對超濾膜運行TMP的影響隨著過濾時間的延長，膜池內(nèi)的污染物濃度會增加，造成膜的透水性下降。雖然曝氣通過擦洗作用可以在一定程度上去除膜表面的污染層，但對去除膜孔內(nèi)部的污染卻作用不大。因此，當過濾達到一定程度后，需要對膜進行反沖洗并及時排放膜池內(nèi)的混合液。試驗中每24h對浸沒式超濾膜反洗一次，每次反洗5min，反沖強度為60L/(hm2)。試驗期間，不同運行條件下超濾膜反沖洗前后TMP的變化情況是：在連續(xù)過濾無曝氣的運行條件下，膜過濾原水的過程中，反洗可將TMP降低1318kPa，膜過濾混凝沉淀出水的過程中，反洗可將TMP降低2.56kPa。在間歇過濾間歇曝氣的運行條件下，膜過濾原水過程中，反洗可將TMP降低4.514.5kPa，膜過濾混凝沉淀出水的過程中反洗可將TMP降低0.51.2kPa?？梢?，反沖洗對膜污染有較好的控制效果。雖然反沖洗不但能去除孔內(nèi)和孔口的污染，還能通過水力沖洗去除膜表面的污染物質(zhì)，但水力反洗一般會消耗超濾產(chǎn)水，降低產(chǎn)水率，因此，在實際膜過濾過程中宜將曝氣和水力反洗等運行條件進行優(yōu)化。3 結(jié)論在超濾膜組件試驗中，間歇曝氣和連續(xù)曝氣均能有效緩解膜污染，但在實際應(yīng)用過程中應(yīng)選擇合理的曝氣強度，因為曝氣強度過大會導致能耗升高，并且