氧化鋁陶瓷膜分離高濁度水試驗(yàn)研究

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(xiàn)性下降。對(duì)μm、μm、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μm和μm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:ThisexperimentstudytheattenuationprinciplesofAl2O3ceramicmembraneflux.Wefindthatthefluxattenuatesquicklyatthebeginningofoperation,thendecreasedslowly,whichtotallyattenuatesinlinear.Theexperimentcomparesthreekindsofdifferentborediameter(μm、μm、50nm)ofAl2O3ceramicmembranes,anddiscoversthatthefluxofcleaninghighturbiditywaterthrough50nm’sAl2O3ceramicmembraneisthebiggest,andtheturbidityandFIofcleanedwaterthrough50nm’sAl2O3ceramicmembraneisthesmallest.

Keywords:Al2O3ceramicmembrane；highturbiditywater；membraneflux；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(lái)越受到重視，但目前有關(guān)資料報(bào)道很少，我們對(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(guò)篩，與自來(lái)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(jiàn)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μm、μm、50nm，過(guò)濾面積為，水泵揚(yáng)程30m，流量5m3/h，過(guò)濾方式為錯(cuò)流過(guò)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)中的方法測(cè)定,數(shù)值用公式

FI＝/15×100%

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μm、μm、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(jiàn)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)μmμm50nm0．052．9

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(guó)家自來(lái)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(guò)程及膜孔徑選擇

配制原水濁度100°，調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力、膜后流量43LPM，控制反沖周期為10min，考察孔徑為μm、μm、50nm的膜膜通量隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律。

μm氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析圖2μm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/(h·m2)，降為L(zhǎng)/(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(yùn)行時(shí)間的增加，反沖的效果越來(lái)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，反沖失去效果，于是開(kāi)始進(jìn)入第二階段。第二階段，膜通量基本穩(wěn)定在L/(h·m2)左右，反沖效果不明顯。

μm氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析圖3μm膜通量—時(shí)間變化

從圖3可以知道，前20min，膜通量從345L/(h·m2)一直衰減到236L/(h·m2)，之后膜通量基本穩(wěn)定在236～155L/(h·m2)范圍。

50nm氧化鋁陶瓷膜通量衰減試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析圖450nm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/(h·m2)降為L(zhǎng)/(h·m2)，之后衰減比較平緩，2h后基本穩(wěn)定在L/(h·m2)。

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，清水透過(guò)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μm和μm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μm和μm膜。

3．結(jié)論及建議

氧化鋁陶瓷膜處理高濁度水過(guò)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(xiàn)性下降趨勢(shì)。無(wú)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μm和μm膜，50nm膜膜通量明顯大于μm和μm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(guò)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μm、μm、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)μm、μm、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]YasumotoMagara.Advancedmembranetechnologyforapplicationtowatertreatment[J].WatSciTech,1998,37(10):91－99.

Neytzell-de-WildeFG,Toensend