不同运行条件对超滤膜通量阻力的影响研究

2017Vo1．27No．4过滤与分离JournalofFiltration&Separation·7·缩产生滤饼压力；浓差极化阻力R，是最主要的阻力．以前的研究一直被忽视，这一阻力在滤饼外形成浓度差，这一层的阻力增加，使得滤饼压力增加。通过水力清洗可降低R，滤饼压力和孑L隙阻力只能用化学法来降低。只有组件阻力没法降低。2实验设计试验装置见图3。调节阀门流量计进水浓缩液排水口流量计图2装置示意图试验用水取自北京怀柔某小区．水质及分析测试法见表1。两天取水一次进行测试。反应器经过2016年4月～2017年5月的运行．维持相同水质及工况运行。表1测试项目和方法及水质3结果与讨论3．1水回收率对通量阻力的影响膜表面及渗透的水流速可以改变膜通量阻力．水流速由水压和水回收率共同决定。我们先恒定压力．改变水回收率．来研究不同回收率对通量阻力的影响。进水压控制在90kPa，回收率分别设置为100％、90％、80％、70％、50％，对比分析了水回收率对膜通量阻力的影响，具体结果如图3善醴衄1赠时fnq／min图3不同水回收率条件通量阻力变化规律由图3可以看出．水回收率为90％～100％时．系统不耗水不排水死端过滤，水流对膜表面不存在明显剪切力．滤饼层很快形成．阻力通量增大很快。水回收率为50％80％时，水回收率的大小对通量阻力的影响情况比较显著．当进水压力为90～100kPa左右时．刚过滤开始时．越小的水回收率．使得膜面剪切作用越大。通量阻力就越快增加．这是由于此时疏松的滤饼层形成伊始．剪切作用较小情况下．凝胶就能从膜表面掉下来．开始凝胶较为疏松不能辅助过滤l5J随着运行时间增加．凝胶层压实为厚实的滤饼层时。水回收率越小使得剪切作用增加．膜的表面流速增加，污染物难以蓄积，所以通量阻力增加速度减缓。最后发现．水回收率为7O％时阻力通量最小。3．2水压对膜通量阻力的影响水回收率设置为7O％，且不进行组件清洗情况下。分别设定运行压力为130、l10、90、70kPa的压力进行恒压过滤1200min．四种压力下阻力通量影响情况如图41．81．601．40器1．2O．8O．6020o400600800l000120o时间／min图4不同压力下的膜阻力变化·8·过滤与分离JournalofFiltration&Separation2017Vo1．27No．4由图4可以明显得出．任何压力情况下．运行越久．通量阻力都会增加通量阻力在开始阶段会增长较快．而后期通量阻力增长幅度减低进一步研究进水压力对通量阻力的影响．我们把四种情况的通量阻力线分为两部分．随后用线形函数分段拟合通量阻力数值，求出式(2)中的参数，来解释水压力变化对通量阻力的影响。线形甬数为：1=AR0(2)式中：尺为总通量阻力；R棚为起始通量阻力：A为通量阻力系数．表征通量阻力增加的快慢。以此可得到．A值越大则膜通量阻力增加速度越大四种水压力下通量阻力趋势下A值结果如表2表2系数A值与水压力的关系由表2数据可知．由于运行起始期通量阻力或者说污染程度主要来源于孔隙堵塞和浓差极化阻力．较高水压则会使得污水中的小分子有机物在膜组件表面和孔隙内吸附堵塞，使得膜本身的污染不可逆、所以在运行起始期进水压力大时。通量阻力增加速度也大。另外，因为运行后段超滤膜产生的通量阻力主要来源于滤饼压力．此时水压力低就不能抵消由滤饼压力产生的通量阻力．所以在过滤后段水压力低．通量阻力增长速度大3．3物理清洗和化学清洗对通量阻力的影响设置进水压力为90kPa．运行40min．反冲2min，正冲20s．水回收率为70％，在此条件下进行膜水力洗膜实验．研究分析通量阻力与冲洗方法关系．如图5所示图5显示．周期洗明显比不清洗通量阻力降低要明显，但通量阻力只会减低不能彻底消除。T呈爱固时恻／min图5周期水力反冲洗对膜污染的影响但随着时间的增加．物理清洗效果也会降低．在恰当时间点．还是需要进行化学清洗曲线中通量阻力突然降低处就是中问进行了一次化学清洗。运行起始期。周期洗膜使得通量阻力变低，并且通量阻力增长较缓慢因为初期膜表面污染主要来源于浓差极化．污染物浓度极高．使大量污染物凝集于膜表面．水冲洗只能去除一点点松散状态污染物．而凝聚压实的部分较难去除．但也稍微降低了通量阻力。运行时间继续延长．凝聚压实层越来越厚形成滤饼．松散污染物减少．这时期滤饼阻力可以抵挡污染物通过．且为主要阻力提供者。运行后段，膜冲洗使得通量阻力随运行时间增加还是开始上升了．不过通量阻力增加的速度还是低于无冲洗的通量阻力增加速度最终滤饼到一定厚度时．物理清洗效果都会减小．都需要化学清洗对于膜清洗过程，洗膜压力、频率、时间等都会对通量阻力有影响我们设置120kPa和100kPa压力冲洗膜。结果如图6。喾岛咖1昭时间／min图6洗膜压力对通量阻力的影响2017Vo1．27