CN109499379A - 一种控制超滤系统膜污染的技术 - Google Patents

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李翠梅
朱君妍
张凯歌
孙雯
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Abstract

本发明提供了一种控制超滤系统膜污染的技术，本发明的具体技术特征在于：针对运行通量、原水的水质、温度等对膜污染的影响，使用改进通量阶梯法测算将临时通量控制在27~30 L/(m2·h），根据运行过程中跨膜压差的变化将膜可持续通量控制在45~54L/(m2·h）。并经过一系列的运用测试，在低温（7.5℃）和极端水质（浊度为458 NTU）条件下，在一个运行周期和反洗周期内，本发明的技术方案能够保证跨膜压差增幅稳定，反冲洗后能恢复到起始运行压力，具有使超滤系统运行稳定，超滤膜不发生明显的膜污染，延长系统的使用寿命的优点。

Description

一种控制超滤系统膜污染的技术
技术领域
本发明提供了一种超滤系统膜污染控制技术，具体涉及了一种水源水超滤系统膜污染控制与膜保护技术，属于水污染处理技术领域。
背景技术
膜通量是超滤运行过程中重要的参数，主要表示在单位时间内透过单位膜面积的水样流量的大小。通过实践的验证，超滤设备在临界通量以下运行时，膜污染情况得到显著改善，大大降低了维护费用，并有效延长膜的使用寿命。
临界通量最早在1995年由Field根据纯经验提出，该理论主要应用于膜过滤理论研究领域。国外学者已展开大量研究，Giuseppe Guglielmi等人根据局部通量法采用全新的数学公式，能够有效模拟TMP在亚临界条件下的瞬态。Z.Wu等人发现MLSS、毛细管吸力时间、SMP和CODC对临界通量影响显著，而EPS影响不显著；通过在运行上可以接受的亚临界通量条件下运行消化过程膜污染潜能可以得到控制。M.Tiranuntakul等人认为步长对可持续通量影响不大，但随着步高的增加影响逐渐变的显著。D.Navaratna等人发现在控制膜污染及低MLSS下恢复方面采用带放松的间歇模式是可行的。关于超滤的临界通量研究较为少见，齐鲁等人研究发现增加曝气或混凝措施可以提高超滤膜的临界通量。
膜污染是限制膜工艺推广的主要因素，它会使膜清洗更加频繁、缩短使用寿命，甚至影响设备运行稳定。国内在临界通量方面的研究远不及国外，而膜技术的推广在我国正全面兴起，因此超滤过程中临界通量的研究具有深远的意义。本发明根据已有的研究经验，采用恒通量法，即在观察恒定通量下，超滤装置的运行压力变化来确定临界通量。
发明内容
本发明旨在提供一种控制超滤系统膜污染的技术，主要是基于平衡前期的投资与后期运行中的维护费用，通过超滤膜保护技术，优化膜运行重要参数（水温、水质等），达到膜通量运行稳定持久，进而延长膜使用寿命的目的，在提高出水水质的情况下，有效降低运行能耗。
为实现以上目的，通过控制温度，水质条件，起始运行压力和膜运行通量（包括临时通量和可持续通量）来控制超滤系统膜污染。
一种控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其技术步骤如下：超滤膜系统运行通过PLC自动控制，采用周期运行的方式工作；在试验开始时对超滤膜进行了离线化学清洗(CIP)，在试验进行过程中不再进行化学清洗；首先停止设备运行，将膜池中的水排空后加入纯净水直到淹没膜组件上端，加入柠檬酸并将其在膜池中的浓度控制在200 mg/L左右，膜组件浸泡60 min，每间隔10 min气冲5 s，浸泡完成后排空膜池中的水；将清洗溶剂换成次氯酸钠重复柠檬酸的步骤；最后用纯净水反洗膜直到不产生泡沫为止。
进一步的，所述通量测算法为改进通量阶梯法。
进一步的，所述反应温度为低温7.5 ℃。
进一步的，所述水质条件为浊度为458 NTU。
进一步的，所述适宜的临时通量为27~30L/(m2·h)。
进一步的，所述可持续通量为45~54L/L/(m2·h)。
进一步的，所述运行通量为54 L/(m2·h)。
本发明技术的有益效果：
在低温和极端水质条件下对原水进行水质处理，一个反冲洗周期后对膜进行清洗，使跨膜压能完全恢复到初始压，继续对原水进行处理。该种方法可有效降低膜污染，并有效地延长系统的运行时间，与未采用本发明的反冲洗周期相比，本发明可提高运行周期2~3倍左右。
当运行通量为54L/(m2·h)时，在运行过程中，TMP的增长量恒定，不需要进行额外的化学反冲洗，能有效降低运行费用，避免化学反冲洗造成的二次污染；系统运行稳定，在运行过程中TMP增长较小(平均在3kPa左右)。
附图说明
附图1：系统示意图。
图中数字所表示的名称为：1-原水箱，2-原水泵，3-进水阀，4-原水压力表，5-UF膜，6-空气机，7-进气阀，8-排水阀，9-液体流量计，10-反洗阀，11-反洗压力表，12-产水压力表，13-产水阀，14-反洗泵，15-产水箱；
附图2：通量阶梯法条件下临界通量。
附图3：改进通量阶梯法条件下临界通量试验。
附图4：温度校正系数图。
附图5：试验不同通量下TMP变化情况。
附图6：不同通量下出水水质情况。
附图7：临界通量与可持续通量运行压力的变化情况对比图。
附图8：极端条件下TMP变化情况。
具体实施方式
实施例一：
分别用通量阶梯法和改进通量阶梯法对膜通量进行测算，试验运行通量范围15~42 L/(m2·h)，通过膜的TMP随时间变化情况如附图1、2所示。
由附图1和2可知，当通量阶梯由15 L/(m2·h)增长到27L/(m2·h)的过程中，设备运行压力稳定，波动幅度较小，当通量提高到30 L/(m2·h)时，设备运行压力瞬时增长，且TMP随运行时间变化十分显著，此时，初步认为设备的运行通量通量已经高于临界通量。本试验所采用的超滤膜在通量阶梯法及改进通量阶梯法两种方法的测量中，临界通量在27～30 L/(m2·h)之间。
实施例二：
中试采用PVDF材料的浸没式中空纤维膜，过滤面积为20 m2，膜最大通量为100 L/(m2·h)。试验期间的进水采用水厂的原水，在2015年1月到2015年7月这段时间内，共在21L/(m2·h)到81L/(m2·h)之间进行了5个通量的试验，每个通量至少连续运行一周时间。由于从1月到7月原水水温变化较大，因此根据水温采用附图3所示的温度校正系数对各阶段的TMP进行了校正。根据校正后的结果，取每个通量下24小时内的运行结果进行比对，结果如附图4所示。
通过对附图4分析可得，在低通量(≤30 L/(m2·h))条件下超滤膜在一个反洗周期内TMP增长幅度较小，基本维持在1kPa左右。而在高通量(≥60 L/(m2·h))条件下，在24小时的运行时间内，TMP起始值较高且增长迅速，如不及时进行化学反清洗系统会因过滤压力过高而停机。而在45 L/(m2·h)与54 L/(m2·h)两个通量下，在一个反洗周期内开始运行的压力与结束时的压力之差基本保持恒定，且不随时间的变化而上升，系统运行稳定。尤其在54 L/(m2·h)的通量下，在24小时的连续运行过程中，其TMP增长了3.15kPa。由于试验开始之初对超滤膜进行了离线化学清洗(CIP)，且通量由81 L/(m2·h)逐渐下降进行的，随着运行时间的延长，膜内污染物质迅速的累积，膜的过滤能力下降。在进行新的通量时，其TMP反而比开始进行试验时的压力要高。
综上，当通量最大为54 L/(m2·h)时，在运行过程中在一个反洗周期内，TMP的增长量恒定，不需要进行额外的化学反冲洗，且系统运行稳定。试验研究表明：在出水水质不产生剧烈波动的前提下，采用54 L/(m2·h)的膜通量可以有效的延长超滤膜的化学反清洗周期，并且在运行过程中TMP增长较小(平均3kPa左右)：可将54 L/(m2·h)作为可持续通量。
实施例三：
选取4月中旬到下旬之间两个通量下水质条件类似的原水，分别对超滤膜运行通量为临界通量30 L/(m2·h)和可持续通量54 L/(m2·h)时，对原水处理效果以及对膜压力影响情况进行分析。试验分析结果如附图5和附图6所示。
由以上图可知，在两个通量下超滤膜出水水质相差不大且满足饮用水卫生标准，在24 h的运行时间内的TMP增长幅度基本相同，但临界通量的起始运行压力远远小于可持续通量的起始运行压力值，临界通量的起始运行压力在9 kPa左右，可持续通量的起始运行压力在15 kPa左右；在一个反洗周期内TMP的增长幅度都很稳定维持在1.5 kPa左右，24小时连续运行结束时临界通量的增长量为1.70 kPa，可持续通量为3.15 kPa，增幅分别为18.85％、21.5％，增长幅度相差不大。
实施例四：
试验所用的进水是从水厂的原水，在7.5℃的低温条件和458NTU的进水条件下，超滤膜运行通量为可持续通量54 L/(m2·h)，对原水进行超滤处理。超滤膜跨膜压变化情况如附图7、附图8所示。
由上图可知，低温和极端水质条件下，可持续通量在一个反洗周期内其增长量是稳定的，气水反冲洗后能有效的恢复到过滤前的起始运行压力，系统运行稳定，超滤膜没有发生明显的膜污染，因而不会发生系统的运行压力随着时间的延长而持续上升，最终导致停机的状况。

Claims (6)

1.一种控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其特征在于超滤膜系统的运行通过PLC自动控制，采用周期运行的方式工作，使用改进通量阶梯法测算临界通量，通过超滤装置实际运行得出可持续通量，且在低温与极端水质条件下运行效果良好。
2.如权利要求1所述的控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其特征在于：由改进通量阶梯法测算的超滤膜运行临时通量控制在27~30L/(m2·h）。
3.如权利要求1所述的控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其特征在于：所述的实际运行采用的超滤膜是PVDF材料的浸没式中空纤维膜，过滤面积为20m2，膜最大通量为100L/(m2·h）。
4.如权利要求1与权利要求3所述的控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其特征在于：中试运行方式得出的可持续通量控制在45~54L/(m2·h)。
5.如权利书1~3所述的控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其特征在于：所述的低温条件范围设置在低温5~10 ℃。
6.如权利书1~3所述的控制用于去除太湖水源水中污染物的沉浸式超滤膜系统膜污染的技术，其特征在于：极端水质条件浊度范围设置在为400 ~500NTU。
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