采用浊压比指标表述超滤膜污染程度

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1、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，

2、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

3、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1.5

4、0mm，膜截留孔径为0.01µm。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7

5、60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：⑴大量颗粒物沉降于池底或膜表面；⑵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

6、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（－3～0min）和（30～33min）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

7、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

8、：其中Ｎ/Ｐ为浊压比，Ｎ曝前为曝气前膜