超滤处理东江水过程中反冲洗和化学清洗优化研究

22城镇供水NO.42018CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·超滤处理东江水过程中反冲洗和化学清洗优化研究武睿赵焱孙国胜(广东粤港供水有限公司，广东深圳518021)摘要：采用超滤工艺处理东江水源水，通过炭泥回流超滤和直接超滤中试研究发现，尽管炭泥回流预处理可以减缓膜污染，但效果并不显著。反冲洗为缓解膜可逆污染的主要方法，通过对反冲洗的优化，可以有效缓解膜污染。通过正交实验对气洗强度，水洗强度，水反洗时间，气洗时间进行优化，确定最佳的气洗强度为48m3/（m2·h）、水洗强度为80L/（m2·h）、水反洗时间为5min、气洗时间为5min。对于不可逆污染，可以通过化学清洗来恢复超滤膜性能。采用NaOH和NaClO相结合的化学清洗方式对浸没式超滤膜的清洗效果最好，跨膜压差恢复率为94%。关键词：超滤；化学清洗；优化；膜污染1.前言超滤技术具备卓越的截留颗粒、胶体和微生物的能力，是目前去除两虫和提高饮用水微生物安全性的最为有效的技术，因此也被称为第三代饮用水工艺[1~2]。然而，膜污染是影响超滤膜运行的主要因素，膜污染分为可逆污染和不可逆污染，其中水力反冲洗主要去除可逆污染，化学清洗主要去除不可逆污染[3~4]。目前，在水处理领域主要采用混凝、活性炭吸附以及预氧化等膜前预处理来减缓超滤膜污染，尽管能够取得一定的膜污染抑制作用，但仍不能根除膜污染[5~9]。因此，超滤膜的反冲洗和化学清洗仍是不可缺少的辅助设施。然而，由于不同区域和不同类型的水源存在较大差异，而且超滤膜材料和组件形式繁多，反冲洗和化学清洗的效果难以确保[10~11]。本研究结合珠江流域典型的水质，开展超滤处理东江水源水试验研究，通过正交实验对反冲洗过程中的4个因素进行研究，包括气洗强度，水洗强度，水反洗时间，气洗时间。同时也对化学清洗进行方案优化，从而最大程度去除不可逆膜污染，为超滤水厂的运行提供依据。2.材料与方法2.1原水水质试验原水取自珠江水系东江下游段，经水库预沉后进入系统。试验期间原水水质稳定，原水平均浊度6.5NTU，进水氨氮平均为0.12mg/L，原水CODMn平均为1.62mg/L。2.2超滤膜材料与系统浸没式膜组件采用海南立升PVC合金膜，膜丝内径1.0mm，膜孔径为0.01μm，两根22cm长膜丝为一组膜组件。各膜组件在正式运行前用纯水过滤24h以上来清洗超滤膜组件的管路，减少管路污染对出水水质的影响。实验装置由高位水箱，浮球水箱，超滤膜池，城镇供水NO.4201823CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·蠕动泵组成。膜组件竖直安装在膜池中，采用死端过滤的方式，通量为40L/（m2·h）。跨膜压差通过压力传感器及信息收集系统监测。反冲洗阶段，通过将蠕动泵反转对膜进行反冲。气洗阶段，启动空气泵，通过气泡石产生微气泡，去除超滤膜表面的污染。2.3优化方法与参数表1为气水联合反冲洗的正交试验的因素水平表。通过单独水洗和单独气洗优化实验的最优方案，选择最优点的左右区间，对各参数进行组合正交试验。表1实验因素水平表因素组号气洗强度（A）（L/h）水洗强度（B）（L/m2·h）水反洗时间（C）（min）气洗时间（D）（min）136703323680553369077448705754880736489035760707586080379609053表2为化学清洗的试验方案，通过NaOH，NaClO，HCl单独使用或联合使用的方式，恢复污染后的超滤膜。表2化学清洗试验方案编号清洗步骤方式1NaOH（1mM）溶液浸泡12h方式2NaClO（500ppm）浸泡12h方式3HCl溶液（10mM）浸泡12h方式4NaClO（500ppm）浸泡6hHCl溶液（10mM）浸泡6h方式5NaClO（500ppm）浸泡6hNaOH（1mM）溶液浸泡6h方式6NaOH（1mM）溶液浸泡6hNaClO（500ppm）浸泡6h方式7NaClO（500ppm）浸泡6hHCl溶液（10mM）浸泡6h2.4水质分析方法超滤运行过程中受到污染，会引起膜阻力的增高。跨膜压差受水的粘度影响，而水的粘度随温度变化。为去除水温变化对TMP增长的影响，采用水温修正后的跨膜压差增长曲线。本试验中通过测量各时刻的水温和通量，计算该时刻膜的总阻力，然后计算该阻力下的同一温度的跨膜压差变化，TMP水温校正公式采用式（1）和式（2）计算：当t≥20℃时0.023920)0(2ttTMPTMPe−=(1)当t<20℃时0.021020)0(2ttTMPTMPe−=(2)3.实验结果与讨论3.1超滤处理东江水膜污染现象图1为炭泥回流超滤工艺和和直接超滤工艺处理东江水源水的膜阻力增长情况。两套工艺运行通量均为10L/（m2·h），每天定时监测膜通量。两套超滤工