氧化鋁陶瓷膜分離高濁度水試驗研究

1、氧化鋁陶瓷膜分離高濁度水試驗研究摘要：本實驗研究了氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水時膜通量衰減變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)運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0.8m、0.2m、50nm三種不同孔徑的氧化鋁陶瓷膜性能進行了比較，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0.8m和0.2m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 th

2、e flux attenuates quickly at the beginning of operation, then decreased slowly, which totally attenuates in linear. The experiment compares three kinds of different bore diameter (0.8m、0.2m、50nm) of Al2O3 ceramic membranes, and discovers that the flux of cleaning high turbidity water through 50nms A

3、l2O3 ceramic membrane is the 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1，由于軍隊特殊的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，需要性能穩(wěn)定、操作簡單、維護方便、小型機動的給水處理裝備對部隊行動進行機動保障，氧化鋁陶瓷膜分離處理高濁

4、度原水越來越受到重視，但目前有關(guān)資料報道很少，我們對氧化鋁陶瓷膜分離處理高濁度水進行了試驗研究。1.試驗裝置及方法 1.1原水配制考慮到試驗主要是研究氧化鋁陶瓷膜分離水中濁度的性能，因此本試驗取未被有機物污染的粘土，烘干，研末，200目篩過篩，與自來水配制成需要的相應(yīng)濁度的試驗用原水。1.2試驗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，管長為0.5m，孔徑為0.8m、0.2m、50nm，過濾面積為0.11m2，水泵揚程30m，流量5m3/h，過濾方式為錯流過渡。原水箱1中的原水由進水泵2打入膜組件5

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)。膜組件間歇式運行，定時反沖洗，防止膜污染。反沖時，溶氣罐7從凈水箱中吸入清水，在空壓機8的高壓氣體作用下，氣水混合液高速沖刷膜組件，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。進水壓力由壓力表P1控制，反沖洗壓力由壓力表P3控制。1.3分析儀器及方法濁度采用HACH-2100N測定，污染指數(shù)FI采用FI測定儀測定。污染指數(shù)FI采用參考文獻2中的方法測定,數(shù)值用公式FI（1t1/t2）/15×100%計算。膜通量采用轉(zhuǎn)子流量計測定。2.結(jié)果與分析2.1分離處理效果配制濁度為50°、100°、15

6、0°、250°、500°的原水，分別采用孔徑為0.8m、0.2m、50nm的膜進行濁水分離試驗，調(diào)節(jié)進水壓力0.17MPa、錯流流量43LPM（膜面流速3m/L），對分離處理后的清水的濁度、濁度去除率及污染指數(shù)FI值進行測定。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50°100°150°250°500°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)0.8m0.184.50.184.50.194.60.204.60.234.80.2m0.10

7、3.40.123.60.123.60.123.70.133.650nm005290.052.80.062.90.052.90.083.0由表1可知，上述三種不同孔徑的膜對不同濁度的原水進行分離，分離處理后的清水濁度都在0.23之下，遠遠小于國家自來水規(guī)定濁度（濁度不大于5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)。.2膜通量衰減過程及膜孔徑選擇配制原水濁度100°，調(diào)節(jié)進水壓力0.17MPa、膜后流量43LPM（膜面流速3m/L），控制反沖周期為10min，考察孔徑為0

8、.8m、0.2m、50nm的膜膜通量隨時間的衰減變化規(guī)律。m氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗及數(shù)據(jù)分析圖2 0.2m膜通量時間變化從圖2中可以知道，整個膜通量的變化可以大致分為兩個階段,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363.6L/(h·m2)，降為236.4 L/(h·m2)。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，但是隨著運行時間的增加，反沖的效果越來越小。這是因為，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；但同時這一階段也是凝膠層的逐漸形成階段，所以反沖效果會逐漸降低，直

9、到凝膠層形成后，反沖失去效果，于是開始進入第二階段。第二階段，膜通量基本穩(wěn)定在236.4 L/(h·m2)左右，反沖效果不明顯。m氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗及數(shù)據(jù)分析圖3 0.8m膜通量時間變化從圖3可以知道，前20min，膜通量從345 L/(h·m2)一直衰減到236 L/(h·m2)，之后膜通量基本穩(wěn)定在236155 L/(h·m2)范圍。圖4 50nm膜通量時間變化從圖4可以知道，膜通量隨時間一直在降低，在最初的10min內(nèi)衰減比較顯著，從最初的590.9 L/(h·m2)降為372.7 L/(h·m2)，之后衰減比較平緩，2h

10、后基本穩(wěn)定在254.5 L/(h·m2)。試驗結(jié)果還顯示，選用較大膜孔徑，膜通量反而較低。這是因為當(dāng)待分離的粒子的尺寸與膜孔相近時，由于壓力作用，清水透過膜時把粒子帶向膜面，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，它們在膜表面很難停留聚集，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。由試驗可知，50nm膜膜通量明顯大于0.8m和0.2m膜，而濁度和污染指數(shù)也較兩者小，本試驗中50nm膜分離高濁度原水優(yōu)于0.8m和0.2m膜。3結(jié)論及建議（1）氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水過程中，運行初期膜通量隨時間衰減很快，之后衰減趨于平緩，整體成線性下降趨勢。無機污染對膜通量影響很大。（2）50nm膜分離高濁度原水優(yōu)于0.8m和0.2m膜，50nm膜膜通量明顯大于0.8m和0.2m膜，而濁度和污染指數(shù)也較兩者小。（3）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清除膜污染，膜通量衰減到一定程度，需要進行化學(xué)清洗。（4）合理選擇工作壓力、膜面流速和反沖時間很重要。具體應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮成本與效用，根據(jù)膜及原水