陶瓷膜在高浊度给水处理中的试验研究

Posted 2023-01-12 给水处理

篇首语：人有恒心万事成，人无恒心万事崩。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了陶瓷膜在高浊度给水处理中的试验研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

为了应对给水厂可能存在的高浊度水源风险，研究了陶瓷膜通量的变化规律，以及陶瓷膜过滤对原水浊度、颗粒数的去除效果。结果表明，膜通量基本随膜孔径增大呈上升趋势，过滤初期膜通量下降很快，运行10min后逐渐稳定。当水源浊度为12NTU时，4种孔径的膜通量较大，约为500～600L.m-2.h-1；当水源浊度升高为50～500NTU时，4种孔径的膜通量会变小，约为300～400L.m-.2h-1。陶瓷膜的出水浊度随膜孔径的增大变化不明显，当水源浊度为12～500NTU时，4种孔径陶瓷膜的出水浊度相近，约为0.1NTU。>2μm的膜出水颗粒以2～5μm为主，约占总颗粒数的80%。当水源浊度为500NTU时，5、10nm孔径膜出水颗粒数变化不大，>2μm颗粒数约为30～80CNT.mL-1，50、100nm孔径膜出水>2μm颗粒数分别为215、346CNT.mL-1。
随着水环境污染的日益加剧，国内很多水系如黄河水系、长江水系、珠江水系等，目前都在一定程度上面临着高浊度水源污染的威胁，尤其是夏季汛期。对于受到高浊度污染的水源，仅采用常规的混凝-沉淀-砂滤工艺进行水质处理，已经越来越不能满足当前日益提高的城市供水水质标准要求[1-3]。
陶瓷膜过滤是近些年来发展起来的一种高效水处理技术，可以有效地分离去除水中的微生物、无机颗粒和有机物质等，具有处理效果稳定高效、占地面积小、节省消毒剂投加量、耐高温、耐酸碱、耐氧化、强度高、易于实现自动化操作等优点，近年来在给水处理领域的应用越来越广[4-6]。
本研究采用陶瓷膜对高浊度原水进行试验，考察了不同孔径陶瓷膜对高浊度原水的去除效果及过滤特性。
1.试验概况
1.1目的
试验在南方某水厂进行。该厂地处南方、雨季较长，汛期大量泥砂常常冲进该厂的取水水源，使原水浊度的大幅度升高，不仅给水厂的常规处理设施带来压力，而且也使得该厂出水浊度难以达到GB5749-2006生活饮用水卫生标准。
考虑到该厂水源受汛期高浊度的影响严重，其他指标均可通过常规处理工艺轻松解决，故重点针对高浊度水源进行试验研究，分析陶瓷膜过滤工艺在常规水厂改造中的可行性。
试验用水采用该厂水源和其沉积底泥配制而成，依试验需要分别将水源配制为12、50、100、500NTU4种浊度，以便于对比分析研究。水质分析项目为浊度、颗粒数，浊度采用哈希2100P便携式浊度计测定，颗粒数采用IBM型便携式颗粒计数仪测定。
1.2装置
试验装置如图1所示。

主要由进水系统、陶瓷膜过滤系统和反冲洗系统组成，其中所用储水灌(池)及管路均由不锈钢加工而成。膜组建过滤时，由进水罐经离心泵加压进水，膜过滤后出水进入清水池，进膜水流速度通过调节压力表控制，出水流量由流量计测量。膜组建反冲洗时，由反冲洗水罐供水，经离心泵加压后对陶瓷膜进行反冲洗，反冲洗出水排入反冲洗排水池。2结果与讨论2.1陶瓷膜的过滤通量采用孔径为5、10、50、100nm的陶瓷膜，分别对浊度为12、50、100、500NTU的水源进行过滤试验(压力0.1MPa)，考察陶瓷膜的过滤通量(JW)随运行时间、膜孔径和浊度的变化规律，结果如表1所示。

从表1可以看出，陶瓷膜的过滤通量基本上随膜孔径的增大呈上升趋势，膜孔径为5nm时膜通量最小，膜孔径为50、100nm时，膜通量较大；膜通量在过滤初期下降很快，运行10min后，膜通量逐渐稳定，并呈缓慢下降趋势。进一步分析发现，在膜孔径一定的情况下，当原水浊度为12NTU时陶瓷膜通量较大，基本稳定在500～600L.m-2.h-1；原水浊度为50、100、500NTU时，陶瓷膜通量相对较小，基本稳定在300～400L.m-2.h-1。
2.2陶瓷膜对浊度的去除效果
采用孔径分别为5、10、50、100nm的陶瓷膜，分别对浊度为12、50、100、500NTU的水源进行过滤试验(压力0.1MPa)，考察陶瓷膜出水浊度随膜孔径和进水浊度的变化规律，结果如表2所示。

从表2可以看出，当原水浊度为12、50NTU时，4种不同孔径陶瓷膜的出水浊度相近，约为0.07～0.1NTU；当原水浊度为100、500NTU时，5、10、50nm陶瓷膜出水浊度仍约为0.07～0.1NTU，100nm陶瓷膜出水浊度较大，约为0.10～0.16NTU。
2.3陶瓷膜对颗粒数的去除效果
为分析陶瓷膜过滤对水中颗粒物的去除情况，进行了陶瓷膜出水颗粒数的试验研究。采用孔径为5、10、50、100nm的陶瓷膜，结合水厂实际，对浊度为50NTU的原水进行过滤试验(压力0.1MPa)，考察陶瓷膜出水颗粒数随过滤时间的变化规律，结果如表3所示。

从表3中可以看出，陶瓷膜出水大于2μm颗粒尺寸以2～5μm为主，约占总颗粒数的80%；对浊度为50NTU原水进一步研究，发现膜孔径分别为5、10nm时，膜出水颗粒数随运行时间变化不大，当膜孔径为50、100nm时膜出水的颗粒数会在约70min时形成一个峰值。
对浊度为12、50、100、500NTU的原水，研究不同孔径陶瓷膜出水中颗粒数的变化关系。考虑到陶瓷膜运行初期通量不稳定，因此对膜运行10min时的陶瓷膜出水颗粒数进行研究，结果如表4所示。

从表4可以看出，膜孔径分别为5、10nm时，随原水的浊度升高，膜出水颗粒数变化不大，>2μm颗粒约为30～80CNT.mL-1；膜孔径分别为50、100nm时，当原水浊度升高到500NTU时，膜出水颗粒数会明显升高，分别为215、346CNT.mL-1。
此外，试验还对陶瓷膜的反冲洗特性进行了研究，发现上述各种孔径的陶瓷膜的反冲洗特性相近。陶瓷膜运行110min后，用滤后水进行反冲洗，膜通量可恢复至初始通量的80%以上。陶瓷膜运行一段时间后(约3个月)还需进行酸碱化学清洗，清洗后膜通量可完全恢复至初始通量。综合上述结果分析，发现陶瓷膜过滤工艺不仅可以应对给水厂的高浊度原水污染，而且还能节省混凝剂的投加量。
3.结论
陶瓷膜的过滤通量基本随膜孔径的增大呈上升趋势，膜通量在过滤初期下降很快，运行10min后，膜通量逐渐稳定，并呈缓慢下降趋势。当原水浊度为12NTU、压力0.1MPa时，4种孔径陶瓷膜的通量较大，基本稳定在500～600L.m-.2h-1；原水浊度分别为50、100、500NTU时，4种孔径陶瓷膜的通量相对较小，基本稳定在300～400L.m-2.h-1。
陶瓷膜的出水浊度随膜孔径的增大变化不明显，当原水浊度分别为12、50NTU时，4种不同孔径陶瓷膜的出水浊度相近，约为0.07～0.1NTU；当原水浊度升高至100、500NTU时，100nm陶瓷膜出水浊度有所上升，约为0.10～0.16NTU。
陶瓷膜出水大于2μm颗粒尺寸以2～5μm为主，约占总颗粒数的80%；膜孔径分别为5、10nm时，随原水的浊度升高，膜出水颗粒数变化不大，>2μm颗粒约为30～80CNT.mL-1；膜孔径分别为50、100nm时，当原水浊度升高到500NTU时，膜出水颗粒数出现一定程度的升高，分别为215、346CNT.mL-1。