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摘要：用截留分子质量为15×104u的超滤膜处理河水，对影响膜透水性能的操作条件以及造成膜污染的物质进行了分析。近2年的运行结果表明，超滤膜对浊度、总铁、总锰以及细菌都有很好的处理效果。经对污染膜的检验分析，发现膜表面形成了一层致密的由高分子有机物和无机物组成的污染层，使得透水率下降，而反洗很难使其剥离，因此对原水中的高分子有机物及部分无机污染物进行预处理可取得良好的运行效果。
关键词：超滤膜 膜面流速 透水率 膜压差 膜污染 清洗
作为纳滤、反渗透的预处理手段之一，对胶体以及高分子物质有良好的分离能力。根据原水性状选择高效的运行方式，开发有效的反冲洗和化学洗涤方法等成为膜分离技术能否实用化的关键所在。在某给水厂历时近2年的试验中，考察了原水性状、水温、膜表面流速等因素对处理效果的影响。
1 试验方法及条件
11原水水质
以日本八户市马渊川河水经过沉砂、过滤(150μm)预处理后作为原水，其水质如表1所示。
| 项目 | 测定结果 | |||
| 最低 | 最高 | 平均值 | 测定次数 | |
| 水温(℃) | 1.1 | 28.5 | 12.3 | 516 |
| 细菌(个/mL) | 170 | 27000 | 1700 | 88 |
| 大肠杆菌(个/100mL) | 10 | 14000 | 2400 | 88 |
| 高锰酸盐指数(mg/L) | 2.6 | 29.3 | 6.9 | 45 |
| Cl-(mg/L) | 5.9 | 17.9 | 10.3 | 45 |
| 总铁(mg/L) | 0.05 | 3.68 | 0.63 | 22 |
| 总锰(mg/L) | 0.007 | 0.127 | 0.037 | 22 |
| 硬度(mg/L) | 27 | 54 | 41 | 14 |
| 铝(mg/L) | 0.15 | 2.29 | 0.8 | 9 |
| pH | 7.0 | 7.8 | 7.4 | 91 |
| 色度(倍) | 1.3 | 12 | 5.0 | 498 |
| 浊度(NTU) | 0.9 | 1500 | 13.3 | 518 |
| 电导率(μS/cm) | 70 | 187 | 137 | 91 |
| E260 | 0.015 | 0.115 | 0.033 | 90 |
| TOC(mg/L) | 31 | 160 | 66 | 82 |
| TOC/E260 | 31 | 160 | 66 | 82 |
1.2 设备
设备及流程见图1。
膜的材质为中空管式醋酸纤维素膜(截留分子质量为15×104u)，加压透水方式为内压型十字流式，由循环泵控制流量，反冲洗间隔时间为30min。为防止微生物繁殖，反冲洗时添加5mg/L的次氯酸钠溶液。另外，长期运行将使膜负荷逐渐增大，在物理冲洗不能恢复透水量时使用500mg/L的次氯酸钠和5%的柠檬酸各20L进行20min左右的化学冲洗。
1.3 评价方法
试验数据由计算机采集，原水流量、透水量、膜入口压力、膜出口压力、透水压力、透水温度等6项指标每10min记录一次；电耗、循环水量、累积流量、反冲洗流量等项目每周记录一次。透水率由下式进行校正：
校正透水率=(透水量/膜两侧压差)×98.1kPa×μt/μ25
μt=0.0179/(1+0.03702t×0.0001638×t2)×100
式中t——水温，℃
μ25——水温为25℃时水的粘性系数
2 运行结果及讨论
2.1 透过水质
处理水质如表2所示。
| 项目 | 测定结果 | |||
| 最低 | 最高 | 平均值 | 测定次数 | |
| 水温(℃) | 2.8 | 29.1 | 13.7 | 516 |
| 细菌(个/mL) | 0 | 4 | 0 | 82 |
| 大肠杆菌(个/100mL) | 0 | 0 | 0 | 45 |
| 高锰酸盐指数(mg/L) | 1.4 | 8.6 | 2.8 | 22 |
| Cl-(mg/L) | 5.7 | 18 | 10 | 44 |
| 总铁(mg/L) | 0 | 0.03 | 0.00 | 22 |
| 总锰(mg/L) | 0 | 0.04 | 0.008 | 22 |
| 硬度(mg/L) | 27 | 53 | 40 | 14 |
| 铝(mg/L) | 0 | 0.04 | 0.01 | 9 |
| pH | 7.1 | 7.8 | 7.5 | 91 |
| 色度(倍) | 0.2 | 6.9 | 1.8 | 496 |
| 浊度(NTU) | 0 | 0.2 | 0.0 | 510 |
| 电导率(S/cm) | 70 | 197 | 137 | 91 |
| E260 | 0.013 | 0.078 | 0.025 | 90 |
| TOC(mg/L) | 0.7 | 3.3 | 1.5 | 86 |
| TOC/E260 | 37 | 143 | 67 | 82 |
由表2可以看出，对浊度、细菌、大肠杆菌的去除率为100%；总铁几乎被完全去除；对总锰的去除率为72%左右；对色度的去除率为60%左右；TOC和E260指标也显示出类似的处理特性。
2.2 透水率对膜压差的影响
到试验前期的第392天为止，透水率的设定值一直是1.5m/d，此阶段膜表面流速为0.07m/s，膜两侧压差剧增，化学洗涤的次数明显增多，其原因是由于透水率值设定过高，冬季原水的粘性系数增大，加之流速过小引起的胶体以及高分子物质向膜表面沉降速度增大等原因所造成的。在试验后期对操作参数进行了修正，将膜表面流速设定为0.14m/s，并且在低温季节透水率设定为1.35m/d，得到了相对较稳定的运行效果，膜两侧的压力变化平稳，化学洗涤的次数明显减少。由此可见，在膜的操作过程中根据季节、水温的变化调节透水率和膜表面流速能使膜的处理能力得到最大限度的发挥，从而做到经济、平稳地运行。
