操作条件及运行通量对超滤膜污染的影响

第３５卷第３期Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．３　

２０１４青岛理工大学学报

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ

ｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ操作条件及运行通量对超滤膜污染的影响

何　青１，

李圭白２，＊，吕　谋１，孟　聪１，陈　超１（１．青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛２６６０３３；２．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨１５０００１

）摘　要：从优化操作工艺和摸索长期运行零污染通量２个角度对浸没式超滤膜污染进行了研究．结果表明：曝

气强度为４０ｍ３／（ｍ

２

·ｈ）时，对膜污染的去除可取得良好的效果；运行周期越短，膜污染越轻；存在一个通量范围，在此范围内，ＴＭＰ和膜阻力随时间增长缓慢，一旦超出了这个范围，ＴＭＰ和膜阻力便会随时间增长迅速增加．

关键词：超滤膜；运行条件；长期运行；通量；膜污染

中图分类号：ＴＵ９９１．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４６０２（２０１４）０３－００９４－

０６Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄｆｌｕｘｅｓ　ｔｏ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｏｕｌｉｎｇ

ＨＥ　Ｑｉｎｇ１，ＬＩ　Ｇｕｉ－ｂａｉ　２，

＊，Ｌ Ｍｏｕ１，ＭＥＮＧ　Ｃｏｎｇ１，

ＣＨＥＮ　Ｃｈａｏ１

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０３３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

，Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　

ｃｏｎ－ｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｌｕｘｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ａｉｍｓ　ａｔ　ｈａｖｉｎｇ　ａ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　

ｏｎ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｆｏｕｌｉｎｇ．Ｉｔｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　４０ｍ３／（ｍ２

·ｈ）ｇａｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｐｌａｙｓ　ａ　ｖｅｒｙ　

ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｏｕｌｉｎｇｒｅｍｏｖａｌ．Ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔｅｒ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｙｃｌｅ　ｉｓ，ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔｅｒ　ｔｈｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｏｕｌｉｎｇ　

ｗｉｌｌｂｅ．Ａｎｄ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｒａｎｇ

ｅ　ｏｆ　ｆｌｕｘ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｆｌｕｘ，ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗｉｌｌ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｖｅｒｙｓｌｏｗｌｙ．Ｂｕｔ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｆｌｕｘ　ｅｘｃｅｅｄｓ　ｉｔ，ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗｉｌｌ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｒａｐｉｄｌｙ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：ａｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；ｌｏｎｇ－ｔｉｍｅｒｕｎｎｉｎｇ

；ｆｌｕｘ；ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｆｏｕｌｉｎｇ收稿日期：２０１３－１０－

２０基金项目：国家水污染控制与治理重大专项资助项目（２００８ＺＸ０７４２２－

００５）作者简介：何　青（１９８８－　）

，男，江苏南京人．硕士，研究方向为给水处理．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｈｅｍｏｏｎ１９８８＠１６３．ｃｏｍ．＊通讯作者（Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　

ａｕｔｈｏｒ）：李圭白，男，教授，博士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｍｅｉｌｉａｎ＠１６３．ｃｏｍ． 与传统处理工艺相比，

以超滤为核心的第三代饮用水处理技术更能适应新的水质标准要求［１］

．浸没式超滤膜由于其出水水质佳及安装操作方便，在老水厂改造中有更广泛的应用潜力，但超滤运行中产生的膜污染问题是制约超滤工艺推广应用的瓶颈［２］．

近年来，关于超滤膜污染机理及其控制方法已成为国内外学者研究的热点．如Ｈｉｒｏｓｈｉ建立了一种区分膜污染的方式，即把可通过物理清洗或者某种特定预处理方式消除的污染称作可逆污染，把不能通过物

理清洗或者某种特定预处理方式消除的膜污染称作不可逆污染［３］．Ｚｏｎｄｅｒｖａｎ和其研究团队评估了不同化学药剂清除地表水引起的超滤膜污染的效果，并提出了消耗最少化学药剂的清洗方案［４］．Ｐｓｏｃｈ等人发

第３期 何　青，

等：操作条件及运行通量对超滤膜污染的影响明了一种联合气洗和海绵球擦拭的清洗方式，用以控制膜表面的污染物形成［５］

．白朗明利用超滤小试实验，发现浸没式超滤膜膜池适当排泥可缓解不可逆污染和可逆污染［６］

．

李圭白提出了零污染通量的概念，认为零污染通量与临界通量相似，即在此通量下超滤膜不可逆污染极轻，甚至不会产生，可以基本上不进

行或很少进行化学清洗［２］

．

这些研究的本质目的都是探索缓解膜污染的方式，从而保证出水的稳定性，但由于方式太过新颖，成本过高，而且技术不够成熟，大多缺乏实践意义．因此有必要探索一些基于传统方式缓解膜污染的方法．

为寻求有效控制膜污染的方法，笔者从优化操作工艺和摸索长期运行零污染通量２个角度对浸没式超滤膜污染进行了研究．首先进行了浸没式超滤膜在不同运行条件下的小试实验，研究发现曝气对于膜污染的去除效果很明显，随曝气强度增加超滤膜的ＴＭＰ（跨膜压差）增长变缓；在运行周期对膜污染的影响实验中，选择的运行周期越短，膜污染越小．同时进行了浸没式超滤膜中试系统在不同通量下长期运行的实验，发现超滤膜系统中总存在一个通量范围．如果低于一定通量，其ＴＭＰ和膜阻力的增加缓慢；若超出了此范围，随着运行通量的增加，ＴＭＰ和膜阻力就会迅速增加．这为浸没式ＰＶＣ超滤膜在水厂的实际应用提供了重要技术支撑．

１　

材料与方法

图１　小试实验装置

１—高位水箱；

２—恒水位槽；３—蠕动泵；４—压力传感器；５—膜组件；６—曝气头；７—膜池；８—溢流管；９—转子流量计；１０—空气泵；１１—加药泵；１

２—电脑和ＰＬＣ自控装置１．１　实验装置

１．

１．１　小试装置小试实验装置微型超滤实验台（ＷＳ－

ＣＬ１００）由北京沃斯特公司提供，其中膜池为圆柱体，直径３．５ｃｍ，池高５

０ｃｍ，总盛水体积约４８０ｍＬ（图１）．１．１．２　中试装置

中试装置由海南立升公司提供，主要由膜池、ＰＶＣ超滤膜组件、抽吸系统、反冲洗系统、曝气系统以及排水系统构成，其构成图与小试装置类似，故此处省略．１．２　膜组件

超滤膜膜丝由海南立升公司提供，

为ＰＶＣ合金中空纤维膜，膜丝内径１．０ｍｍ、外径１．４ｍｍ，膜丝截留分子量１００　０００Ｄａ．１．３　实验用水

实验用水采用的是引黄水库原水以及东营南郊水厂沉淀池出水，实验选择在藻类污染频发的夏季进行，实验期间的水质情况见表１．

表１　实验用水及水质情况

实验用水ｐＨ浊度／ＮＴＵ　ＵＶ２５４／ｃｍ－１

　ＣＯＤＭｎ／（ｍｇ·Ｌ－１）ＴＯＣ／（ｍｇ

·Ｌ－１）藻类／（万个·Ｌ－１）原水５．００～８．５６　２２．８～３０．２　０．０６４～０．０６８　３．２６～３．８７　２．０１～２．２６　１　８００～３　０６６沉淀池出水

７．９０～８．５６　

１．５６～２．２８　

０．０４８～０．０５１　

２．０６～２．２３　

１．８７～１．９４　

６２７～７６０

２　实验结果与分析

２．１　不同运行条件对超滤膜运行特性的影响

实验从操作条件的角度，对浸没式ＰＶＣ超滤膜处理沉淀池出水过程中膜污染进行研究，主要考察曝气强度、运行周期对膜运行ＴＭＰ的影响，探索超滤膜在实际应用中的优化运行条件，实验选择的通量为

３

０Ｌ／（ｍ２

·ｈ）．５

９