超滤净化及其出水不结硬垢分析.doc

超滤UF的净化效果及其出水不结硬垢分析摘要：利用超滤对自来水进行了深度处理试验，对其去除效果进行了比较和分析，同时重点探讨了超滤出水不结硬垢的现象及其原因。关键词：超滤；饮用水；硬垢超滤技术自20世纪60年代以来，从一种实验规模的分离手段很快发展成为重要的工业单元操作技术，已应用于食品、医药、水处理以及新兴的生物技术等领域。超滤是在压差推动下进行的筛孔分离过程，一般能够截留500104 u分子量100104 u的物质。超滤膜多数为非对称膜，由一层极薄(通常仅0.11 m)而具一定孔径(大致在0.0051 m)的表皮和一层较厚(通常为125 m)而具海绵状或指状结构的多孔层组成。前者起筛分作用，后者主要起支撑作用。1 超滤机的深度处理效果在不同的公寓里安装同一种超滤机进行了试验，其结果见表1。表1不同公寓使用超滤机的净化效果水质项目A公寓B公寓进水出水进水出水浊度(NTU)0.400.320.600.24CODMn(mg/L)2.162.081.901.68TOC(mg/L)0.660.63细菌总数(个/mL)30600对同一超滤机的进、出水进行离子和电导率检测，结果见表2。表2超滤机进、出水的电导率与离子变化项目阳离子(mg/L)阴离子(mg/L)电导率(S/cm)Ca2+Mg2+Na+K+SO42-NO3-Cl-F-进水13.843.388.493.328.703.9211.742.82149出水13.773.258.473.278.763.9711.772.89154同时，还对同一品牌的超滤机在不同城市中(以A市和B市为例)的使用效果进行了比较(见表3)。表3超滤机对不同城市自来水的净化效果测试项目A市B市原水出水去除率(%)原水出水去除率(%)CODMn(mg/L)0.770.6811.72.141.997.0浊度(NTU)0.400.3512.52.962.882.7细菌总数(个/100mL)120100TOC(mg/L)3.601.59DOC(mg/L)1.591.59TOC-DOC(mg/L)2.010100注：TOC是总有机碳，DOC是溶解性有机碳，二者的差值表示胶体的含量。综合上述试验结果分析如下：超滤机对原水中的胶体和细菌去除效果较好，对胶体的去除率为100%。超滤机对浊度、CODMn的去除效果不太显著，对离子去除几乎无效果。2超滤机出水的结垢状况试验原水采用北京清华大学校内自来水，采用工艺1和2进行比较(见图1)，经过两个月的连续运行，对平板膜(TS40膜)(一种超低压反渗透膜)表面材料进行了X射线能谱分析(EDX)和扫描电镜(SEM)观察。2.1EDX分析用EDX分析方法对平板膜上结垢元素进行了定量分析，其结果见表4。表4平板膜结垢的EDX分析结果元素组成工艺1工艺2Al11.860Si27.660Ca5.020Fe46.891.40Cu8.579.727Ni1.32注表中的数据为膜垢的元素重量百分比(%)。结果表明，清华大学内自来水经过超滤机处理后，去除了绝大多数胶体，同时能使膜垢中的Al、Si、Ca、Fe元素含量显著降低，使出水结垢现象大为改善。分析认为，这是因为有胶体存在时，Al、Si、Ca、Fe元素很容易形成胶团；当经过超滤处理后，胶团被去除，这些元素即使存在也是以离子形式透过平板膜，不会在膜表面形成垢体。长期使用后，即使形成结垢，也是产生洁白而松散的碳酸盐(软垢)。2.2SEM分析 扫描电镜(SEM)能够直接观察样品表面的立体结构，并且具有明显的真实感(见图2、3)。由图2、3可以看出，工艺2比工艺1的膜表面明显减少了许多沉积物，表明超滤机可以有效地去除大部分胶体和一些凝聚物。另据在居住小区对使用超滤机的效果进行了观察和分析，尽管煮开水所产生壶垢的主要成分是一些碳酸盐，但碳酸盐一般都是一些松散白色粉末，本身并不带其他任何颜色。在实验室里也用去离子水配成氢氧化钙溶液装在烧杯里进行煮沸，结果形成的也是白色的碳酸盐软垢。一般情况下，造成水壶或锅炉结硬垢(hard scale)的关键原因是水中含有能使碳酸盐相互粘结成块，并能和容器紧紧地结合在一起的胶体、细菌和有机物等粘性物质。自来水经超滤机过滤后，尽管不能去掉大部分的离子，但可以有效地去除细菌、胶体和凝聚物以及一部分有机物。因此，超滤出水煮开时，只产生洁白而松散的碳酸盐，而不结硬垢。这一发现，改变了我们以往对结垢产生原因的认识，即在日常生产和生活中产生硬垢的原因不再只是水中所含钙、镁离子和碳酸根的浓度(在传统的教科书中，这一方法称为极限碳酸盐法)。水中碳酸盐等溶解盐类在管道表面形成沉积物一般称为软垢(soft scale)，另外还有一种是污垢(fouling products)是由水中的各种微生物、有机物和无机杂质在管道表面沉积形成。通常，硬垢形成的原因比较复杂，不是碳酸盐的简单沉积，而是由水中一些胶体、细菌和有机物等粘性物质(这一部分称为污垢)共同作用，在高温煮沸条件下形成的。一旦污垢物质被去除(如通过超滤)，即使水中钙、镁离子和碳酸根离子浓度很高，也仅形成洁白而松散的碳酸盐软垢，而不会产生硬垢。3结论超滤技术能去除水中的