氧化鋁陶瓷膜分離高濁度水試驗(yàn)研究

1、 氧化鋁陶瓷膜分離高濁度水試驗(yàn)研究 摘要：本實(shí)驗(yàn)研究了氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水時(shí)膜通量衰減變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行初期膜通量衰減很快，后期衰減趨于平緩，總體成線性下降。對(duì)m、m、50nm三種不同孔徑的氧化鋁陶瓷膜性能進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)50nm氧化鋁陶瓷納濾膜處理高濁度水膜通量明顯大于m和m氧化鋁陶瓷超濾膜，而濁度和污染指數(shù)也較兩者小。 關(guān)鍵詞：氧化鋁陶瓷膜 高濁度水 分離 Abstract: This experiment study the attenuation principles of Al2O3 ceramic membrane flux. We find that the flux att

2、enuates quickly at the beginning of operation, then decreased slowly, which totally attenuates in linear. The experiment compares three kinds of different bore diameter of Al2O3 ceramic membranes, and discovers that the flux of cleaning high turbidity water through 50nms Al2O3 ceramic membrane is th

3、e biggest, and the turbidity and FI of cleaned water through 50nms Al2O3 ceramic membrane is the smallest. Keywords: Al2O3 ceramic membrane；high turbidity water；membrane flux；separation 目前膜分離技術(shù)正逐漸成為給水領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)1，由于軍隊(duì)特殊的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，需要性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、小型機(jī)動(dòng)的給水處理裝備對(duì)部隊(duì)行動(dòng)進(jìn)行機(jī)動(dòng)保障，氧化鋁陶瓷膜分離處理高濁度原水越來越受到重視，但目前有關(guān)資料報(bào)道很少，我們

4、對(duì)氧化鋁陶瓷膜分離處理高濁度水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 1.試驗(yàn)裝置及方法 原水配制 考慮到試驗(yàn)主要是研究氧化鋁陶瓷膜分離水中濁度的性能，因此本試驗(yàn)取未被有機(jī)物污染的粘土，烘干，研末，200目篩過篩，與自來水配制成需要的相應(yīng)濁度的試驗(yàn)用原水。 試驗(yàn)裝置 小試裝置及工藝流程見圖1。 圖1氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水工藝流程 氧化鋁陶瓷膜選用南京化工大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所研制生產(chǎn)的19孔中空管狀膜，管長(zhǎng)為，孔徑為m、m、50nm，過濾面積為，水泵揚(yáng)程30m，流量5m3/h，過濾方式為錯(cuò)流過渡。 原水箱1中的原水由進(jìn)水泵2打入膜組件5內(nèi)，經(jīng)膜分離后凈水流入凈水箱6內(nèi)，濃水循環(huán)回流入原水箱1內(nèi)。膜組件間歇式運(yùn)行，定

5、時(shí)反沖洗，防止膜污染。反沖時(shí)，溶氣罐7從凈水箱中吸入清水，在空壓機(jī)8的高壓氣體作用下，氣水混合液高速?zèng)_刷膜組件，形成的剪切力可以清除附著在膜表面凝膠層及膜孔內(nèi)的顆粒物。進(jìn)水壓力由壓力表P1控制，反沖洗壓力由壓力表P3控制。 分析儀器及方法 濁度采用HACH-2100N測(cè)定，污染指數(shù)FI采用FI測(cè)定儀測(cè)定。 污染指數(shù)FI采用參考文獻(xiàn)2中的方法測(cè)定,數(shù)值用公式 FI/15100% 計(jì)算。 膜通量采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定。 2.結(jié)果與分析 分離處理效果 配制濁度為50、100、150、250、500的原水，分別采用孔徑為m、m、50nm的膜進(jìn)行濁水分離試驗(yàn)，調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力、錯(cuò)流流量43LPM，對(duì)分離處理后的

6、清水的濁度、濁度去除率及污染指數(shù)FI值進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果見表1。 表1氧化鋁陶瓷超濾膜分離出水水質(zhì) 原水濁度 50100150250500膜出水水質(zhì)濁度/NTU污染指數(shù)濁度/NTU污染指數(shù)濁度/NTU污染指數(shù)濁度/NTU污染指數(shù)濁度/NTU污染指數(shù)mm50nm00529 由表1可知，上述三種不同孔徑的膜對(duì)不同濁度的原水進(jìn)行分離，分離處理后的清水濁度都在之下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家自來水規(guī)定濁度，因此三種不同孔徑的膜都適宜作為給水處理設(shè)備，但由比較可知50nm的膜處理效果更好。 試驗(yàn)結(jié)果顯示分離清水的水質(zhì)不作為氧化鋁陶瓷超濾膜分離濁水性能的衡量指標(biāo)。 膜通量衰減過程及膜孔徑選擇 配制原水濁度100，調(diào)節(jié)進(jìn)水壓

7、力、膜后流量43LPM，控制反沖周期為10min，考察孔徑為m、m、50nm的膜膜通量隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律。 m氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 圖2 m膜通量時(shí)間變化 從圖2中可以知道，整個(gè)膜通量的變化可以大致分為兩個(gè)階段,前80分鐘為第一階段，之后為第二階段。 在第一階段，膜通量不斷衰減，從最初的/，降為 L/。在這一階段，膜通量的衰減很快，但是反沖可以有效的恢復(fù)膜通量，但是隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，反沖的效果越來越小。這是因?yàn)?，這一階段主要的膜污染阻力是在膜表面形成的濾餅層引起的，反沖可以有效地破壞濾餅層的形成；但同時(shí)這一階段也是凝膠層的逐漸形成階段，所以反沖效果會(huì)逐漸降低，直到凝膠層形成后

8、，反沖失去效果，于是開始進(jìn)入第二階段。第二階段，膜通量基本穩(wěn)定在 L/左右，反沖效果不明顯。 m氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 圖3 m膜通量時(shí)間變化 從圖3可以知道，前20min，膜通量從345 L/一直衰減到236 L/，之后膜通量基本穩(wěn)定在236155 L/范圍。 50nm氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 圖4 50nm膜通量時(shí)間變化 從圖4可以知道，膜通量隨時(shí)間一直在降低，在最初的10min內(nèi)衰減比較顯著，從最初的 L/降為 L/，之后衰減比較平緩，2h后基本穩(wěn)定在 L/。 試驗(yàn)結(jié)果還顯示，選用較大膜孔徑，膜通量反而較低。這是因?yàn)楫?dāng)待分離的粒子的尺寸與膜孔相近時(shí)，由于壓力作用，清

9、水透過膜時(shí)把粒子帶向膜面，極易產(chǎn)生堵塞作用，而當(dāng)膜孔徑小于粒子尺寸，由于橫切流作用，它們?cè)谀け砻婧茈y停留聚集，因而不易堵塞。因而較大的膜孔徑因有更高的污染速率，反而使膜通量下降。 由試驗(yàn)可知，50nm膜膜通量明顯大于m和m膜，而濁度和污染指數(shù)也較兩者小，本試驗(yàn)中50nm膜分離高濁度原水優(yōu)于m和m膜。 3結(jié)論及建議 氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水過程中，運(yùn)行初期膜通量隨時(shí)間衰減很快，之后衰減趨于平緩，整體成線性下降趨勢(shì)。無機(jī)污染對(duì)膜通量影響很大。 50nm膜分離高濁度原水優(yōu)于m和m膜，50nm膜膜通量明顯大于m和m膜，而濁度和污染指數(shù)也較兩者小。 周期性反沖洗是減緩膜污染的有效方式，但這種方法不能完全

10、清除膜污染，膜通量衰減到一定程度，需要進(jìn)行化學(xué)清洗。 合理選擇工作壓力、膜面流速和反沖時(shí)間很重要。具體應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮成本與效用，根據(jù)膜及原水性質(zhì)的區(qū)別，通過實(shí)驗(yàn)選擇。 目前，對(duì)氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水的分離機(jī)理及膜污染機(jī)理還只是初步的認(rèn)識(shí)，仍需進(jìn)一步研究。本文粗略探討了m、m、50nm三種不同孔徑的氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水時(shí)通量隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律，并對(duì)m、m、50nm三種不同孔徑的氧化鋁陶瓷膜性能進(jìn)行了比較，希望能為相關(guān)研究提供有益的參考。 參考文獻(xiàn)： 1 Yasumoto Magara. Advanced membrane technology for application to water treatmentJ .Wat Sci Tech, 1998, 37:9199. 2 Neytzell-de-Wilde F G, Toensend R B, Buckley