采用浊压比指标表述超滤膜污染程度.doc

采用浊压比指标表述超滤膜污染程度李 星1，孙文鹏1，杨艳玲1，孙丽华1，李圭白2（1北京工业大学 建筑工程学院，北京100124,2哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，哈尔滨150090 ）摘要：采用浸没式PVC中空纤维超滤膜对地表水进行直接膜滤处理。试验过程发现,膜反应池中原水浊度在一个过滤周期内浊度降低最大时可达到160NTU；初步分析表明，这种现象是水中颗粒物被吸附于膜表面及附近造成的。在过滤周期内，膜反应池中原水浊度与跨膜压差有很好的相关性。采用浊压比这个指标可以很好地表述超滤膜的污染程度。关键字：浊度降；浊压比；滤饼层；水源水的污染和饮用水水质标准的提高，使得采用混凝、沉淀、过滤和消毒流程的常规水处理工艺很难满足新的饮用水水质标准，采用预处理和深度处理技术是今后饮用水的主要发展方向。超滤膜技术是一类非常有特点和高效的饮用水处理方法，对水中的颗粒物质及病原微生物等的去除效果极佳1,2，通过良好的预处理措施，也可以使得对水中的有机物得到很好地去除。但是，膜技术应用中要面临膜污染问题，它会缩短膜的使用寿命，降低膜的处理能力，使膜处理费用增加。而在膜污染的控制上，预处理在一定程度上可以很好的缓解膜污染，但仍然需要膜运行参数的配合。一般认为，膜污染主要是由污泥沉积、胶体物质浓差极化、小分子堵塞膜孔造成的。但对于浸没式膜，大量的研究表明膜污染主要来源于污泥颗粒在膜表面的沉积，而不是小分子引起的膜孔堵塞3,4。利用曝气技术在膜表面形成剪切流，是目前减缓絮体颗粒在膜表面沉积的主要方法5-7。近些年所研究的超滤膜污染过程多基于小试和配制水样,对实际过滤过程中的超滤膜的污染研究不多。本文应用浸没式PVC中空纤维超滤膜中试装置直接过滤地表水，对间歇曝气运行方式的超滤膜污染过程进行研究,以期能对膜污染过程进一步的了解，有利于浸没式外压膜运行参数的确定，进而缓解膜污染。1试验装置与方法1.1工艺流程及参数采用浸没式聚氯乙烯（PVC）中空纤维膜，超滤膜内径为0.85mm，外经1.50mm，膜截留孔径为0.01m。试验工艺示意图如图1所示。整个处理流程为自动控制，根据反应池内的液位控制进水泵，对原水进行直接过滤，产水量为0.5m3/h。浸没式超滤膜利用抽吸过滤，底部设有曝气管，利用鼓风机提供反洗时曝气。曝气系统在膜运行期间停止，在膜停止运行期间启动。装置的运行方式为先经过多个含有过滤和间歇曝气过程的过滤周期，再进行一个含有排污和反冲洗过程的反洗周期。1.2 原水水质及分析方法试验原水为天然地表水，水温为10.5-12.8 ，pH值为7.76-8.64，浊度为10.23-14.11NTU，CODMn为3.82-6.26mg/L，细菌总数为760个/mL。浊度测定用WGZ-200型浊度仪，CODMn用酸性高锰酸钾法测定，pH值用PHs-3cPH计测定，细菌总数采用平板计数法，图1 超滤膜中试工艺流程图2浊压比2.1 原水浊度降低原因在浸没式外压超滤膜运行参数的调试过程中，发现膜反应池的原水浊度在一个过滤周期内的前期与末期原水浊度出现大幅度降低。这只有两种可能原因：大量颗粒物沉降于池底或膜表面；由于跨膜压差，大量颗粒物被吸附于膜表面，造成原水浊度的大幅下降。图2 静沉试验 图3 浊度与跨膜压差的关系由于膜反应池中膜的填充率较高，在过滤周期内，只有接近池底的水中颗粒物沉于池底的可能性较大，而池中上部的水中颗粒物大部分会落于膜表面。图2是在池中水曝气后浊度152.4NTU的条件下的静沉试验。可以看出，前30min内池水中浊度降为原来的92，90min后，降为原来的90%。可见，原水中颗粒物的自然沉降不是过滤周期内池水浊度降低的主要原因。2.2 浊度与跨膜压差关系图3为一个过滤周期的浊度与跨膜压差变化情况，其中3min表示上一个过滤周期的末期的浊度及压力，33min表示下一个周期的起始浊度及压力。在（30min）和（3033min）两段时间内进行曝气。随着过滤的进行，颗粒物不断向膜表面运动，并吸附于膜表面及其周围，引起原水浊度的降低和跨膜压差的升高。这两个过滤周期的浊度变化有下降趋势，对应的压力变化呈上升趋势，说明颗粒物累积形成了新的滤饼层，导致膜反应池中原水浊度下降。从图2可看出，过滤周期内池水浊度降低与跨膜压差的升高存在明显的相关性。2.3 膜污染分析指标的建立由于过滤周期内原水浊度降低与跨膜压差升高存在很好的相关性，通过浊度变化可以间接地反映原水中颗粒物等向膜表面的富集程度，因此采用浊压比这个指标可以比较有效地反应出膜污染情况。浊压比可用以下方式描述，即单位过滤周期内浊度降与压力升高的比值，单位为NTU/MPa；表示膜的产水压力表升高1MPa时，在膜表面截留的颗粒物数量（用浊度降低值表示）；浊压比可用下式表达：其中/为浊压比，曝前为曝气前膜反应池中水的浊度，曝后为曝气后膜反应池中水的浊度，曝前为曝气前跨膜压差修正值，曝后为曝气后跨膜压差修正值。3 膜污染过程的表述图4 膜污染过程表述 图5超滤膜污染过程分析由图4可以看出，在8min和15min时浊压比有突降，说明在该时刻有密实的滤饼层形成，使较少的浊度降产生较大的过滤阻力变化。恒定通量时的浊压比对应的跨膜压差在0.0365-0.0395MPa之间，即在该压差条件下，可能把膜附近一部分松散的滤饼压成了密实的滤饼。在过滤周期前期，浓差极化作用不明显；而到了后期，才越来越明显，滤饼阻力和浓差极化阻力共同造成了浊度降，导致了浊压比下降。4 反洗周期膜污染过程研究4.1膜污染过程研究试验由5图可知，曝气后膜过滤压力由最初的0.013MPa增加至0.024MPa。在连续运行的前5天为参数试验期间，在每个反洗周期内，膜过滤压力会快速增加，但经反冲洗后，过滤压力会降低，但恢复效果较差；在试验参数确定后，每次气水反洗后，压力恢复效果好。除6-8天反洗周期曝气后压力值上升极为缓慢外，其他反洗周期内曝气后跨膜压差呈现起伏变化。4.2 浊压比分析6-8天内TMP变化缓慢原因 图6 浊压比（11-12d） 图7 浊压比（7-8d）图6和图7分别为图5中11-12d和7-8d期间的过滤周期浊压比，压力升高点对应的浊压比点明显低于相邻过滤周期的浊压比点，且没有压力下降点的存在。由图5可以看出压力不变点呈现先上升后缓慢下降的趋势，在最高点前，浊压比上升是由于密实滤饼的形成，膜阻力增加，要增加相同压力需要更多颗粒物吸附于膜表面。压力上升是由滤饼阻力和浓差极化引起的。对于一定曝气周期，在该点滤饼阻力的增加与浓差极化引起阻力的增加相等。在最高点以后，浓差极化的阻力增加趋势大于滤饼阻力的增长趋势，浓差极化在很大程度上取代了一部分滤饼的增加阻力造成压力上升的作用。压力上升由滤饼和浓差极化共同引起的,这就使浊压比的分母增大,造成浊压比的下降趋势缓慢。由图7可以看到压力不变点的最大浊压比值在0.6左右，比稳定情况低了将近0.2。这说明膜孔阻塞或膜的有机物黏附都导致浊压比普遍下降，主要是由于在上一反洗周期膜污染为严重(初始值上涨了0.0035Mpa)，而这些污染并没有完全被巩固，反洗时造成部分已塞入膜孔的颗粒松动，将会在下一反洗周期中，随压力上升将膜孔重新阻塞，这一过程贯穿于整个周期。压力下降在前期主要是由于松动的颗粒未曾被重新塞进膜孔就被曝气去除，而在后期是由于靠近膜的松动颗粒物还没有完全巩固就在膜外层形成了密实的滤饼，经过几次曝气密实滤饼层的一部分就可能脱离膜表面，造成曝气后压力下降。5 结论在超滤膜运行期间，原水浊度降低的主要原因是颗粒物质吸附于膜表面。在一个过滤周期内原水浊度与跨膜压差存在很好的相关性，原水浊度的变化可以反映出膜污染物质在膜表面的富集情况。通过对过滤周期和反冲洗周期的膜污染情况的初步观察结果看，采用浊压比来表述膜污染是可行的，并且能解释一些难以理解的现象。浊压比与膜通量以及过滤周期有一定关系，有利于膜运行参数的调整及优化。参考文献:1Jefferson B, Diaper C, Judd S. Urban water recycling boosts local resourceJ. Water & Waste International, 2000, 15(3): 7-10.2 Rogella F. Cost reduction will make MBR re- alistic even for large plantsJ. International Desalination& Reuse, 2002, 11(4): 9-11. 3 Defrance L, Jaffrin M Y, Gupta B, et al. Co-ntribution of various constituents of activated sludge to membrane bioreactor foulingJ. Bio-res Technol, 2000, 73: 105-112.4 Lee W, Kang S, Shin H.Sludge characteristics and their contribution to microfiltration insub- merged membrane bioreactorsJ. Journal of Membrane Science, 2003, 216: 217-227.5Ueda T, Hata K, Kikuoka Y, et al. Effects of aeration on suction pressure in a submerged membrane bioreactorJ. Water Research, 1997, 31(3): 489-494.6 Bouhabila EH, Aim RB, Buisson H. Microfilt-ration of activated sludge using submerged membrane with air bubbling (application to wastewater treatment)J. Desalination, 1998, 118: 315-322.7 Hong SP, Bae TH, Tak TM, et al. Fouling c-ontrol in activated sludge submerged hollow f-iber membrane bioreactorsJ. Desalination, 2002, 143: 219-228. 资助项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07421-002，2008ZX07422-005）；国家十一五科技支撑计划资助项目（2006BAJ08B06）作者简介：孙文鹏，硕士研究生， E-mail： 电话：本论文已发表自来水产生“黄水”现象的原因及防治措施论文来源：东东论文网 发布人:东东论文 更新时间:2010-1-19 11:19:15摘要 供水管网中时常出现黄水，给工业生产和群众生活带来一定的危害和影响，也使供水企业的信誉受到不良影响。本文分析了产生黄水的原因阐明了金属管网(钢管、铸铁管)出现黄水的不可避免性，探讨了黄水现象出现的规律，提出了治理黄水的措施和方法。关键词 自来水，黄水原因，治理，对策中图分类号：TV679.14 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2009)08(c)-0000-01 发生黄水现象的规律1.1 管网中启闭阀门或调整阀门开度。进行管道维修或调整供水范围内水压、水量等情况下，局部范围内会出现黄水。1.2 水厂意外事故(突然停电等)造成大面积停水，恢复供水后，黄水现象较严重，持续时间较长1.3 使用年限长，管径偏小的管段，停水后再恢复供水时，会出现严重的黄水1.4 流速缓慢的管网末稍管段常有黄水现象1.5 供水高峰期间，用户用水量增加，管道中水流速度增高，可导致黄水，管网各处黄水程度的轻重与各管段的使用年限、管径、流量的大小有关。l.6 集中用水大户，用水量突然增加时局部易发生黄水。2 发生黄水现象的原因 2.1 水对金属管道的腐蚀金属管道(主要指给水常用的灰口铸铁管，球墨铸块管、焊接钢管、镀锌钢管)本身会有不少的杂质，金属与杂质之间存在电极电位，在水的作用下，形成无数微腐蚀原电池，其阳极的铁，被氧化成铁离子。FeFe+22e在阴极，当pH7时2H20H+2OH-2H+2eH2Fe+2OHFe(OH)2当水中无溶解氧时，H2和Fe(OH)2覆盖在金属表面形成钝化膜，而抑制反应的进行，若水中有溶解氧时，则发生如下反应：2H2+022H204Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(0H)3Fe(OH)3俗称铁锈，质地疏松，一方面对金属表面有一定保护作用，另一方面上述反应继续进行，Fe(OH)3不断沉积在管道内壁形成结垢。2.2 生物性结垢铁细菌是一种特殊的自养菌，自来水消毒无法将其杀死。在水中有溶解氧时，铁细菌能吸收亚铁盐而排出Fe(OH)3，形成凸起物，铁细菌大量繁殖，可使管道过水断面严重减少，硫酸盐还原菌与铁细菌共生，也加剧了管道的腐蚀，在管道内壁形成生物性结垢。此外，水中的碳酸钙(镁)以及自来水中的悬浮铁都可形成沉积结垢。2.3 结垢物质的溶解管道结垢因形成的条件和时间不同，可分为坚硬结垢和松软结垢两类 坚硬结垢为金属管道所独有，而松软结垢在水泥管、塑料管、玻璃钢管等所有非金属管道中均存在。金属管道内也存在松软结垢，且较非金属管道严重