碟管式与卷式纳滤膜处理地表水对比实验

第2期顾学林等：碟管式与卷式纳滤膜处理地表水对比实验圈、中心拉杆和耐压套管所组成，由于其独特的运行方式，DTNF膜组件具有流道宽、流程短及湍流运行的特点[5_6]，因此具有回收率高、耐污染性好、易清洗等优点，但同时存在一些不足之处．下面将对这两种运行方式膜组件的性能及运行成本进行综合对比，为新型DTNF膜在饮用水或其他水处理领域提供中试实验数据，为不同纳滤技术的实际使用提供参考依据．1实验部分1．1实验材料实验所用卷式纳滤膜为某公司提供的商品卷式纳滤膜元件；DTNF膜为自制的聚酰胺双功能层膜材料自主装配而成．原水为东营市某自来水水厂以黄河水经“絮凝一沉淀一V型滤池一消毒”一系列处理工艺后的出厂水．1．2检测仪器及方法电导率仪，雷磁DDS一307；离子色谱仪，万通833BasicIC；扫描电子显微镜(SEM)，日立S4800；原水及产水常规项目由东营胜利正信水质检测有限公司(资质认定证书编号171513343474)检测．1．3工艺流程为综合对比两种不同运行方式的膜元件，将卷式膜与DTNF膜集成在同一套系统里，其中卷式膜采取一级二段式串联连接，此连接方式可最大限度提高系统回收率，DTNF膜元件采取一级二段式串联及两只膜元件并联的可切换式连接．其工艺流程为：原水在原水箱中储存，通过原水泵输送至处理系统，首先经过砂炭过滤器及保安过滤器预处理装置，去除水中余氯并为纳滤膜系统运行提供保障；预处理后原水分别进入卷式纳滤膜系统和DTNF膜系统，在不同运行条件下探究两种膜的分离性能，并对其进行综合比较．设备流程见图1．1．4实验内容通过前期的实验研究得到卷式纳滤膜元件的最佳操作压力为o．6MPa．DTNF膜元件在并联或串联操作压力为1MPa时，回收率、通量及脱盐率达到最佳，并且符合聚酰胺纳滤膜材料在不同操作条件下对膜性能的影响规律，即产水通量与操作压力成正比，与脱盐率成反比；随进水温度升高，回收率升高，脱盐率有所下降[7]．对卷式膜和DTNF膜元件设计实验内容如下：(1)在相同运行条件及各自最佳运行条件下两种膜元件性能的对比分析；(2)相同运行时间下膜污染情况及耐污染性能对比；(3)两种运行方式膜元件操作特点及参数对比；(4)运行成本对比及经济效益分析．1．原水罐；2．增压泵；3．活性炭过滤器；4．保安过滤器；5．NF270高压泵；6．DTNF高压泵；7．卷式纳滤膜；8．DTNF膜；9．净水储水罐图1设备运行流程图Fig．1Equipmentflowchart2结果与讨论2．1卷式纳滤膜和DTNF分离性能对比通过表1可知，在o．6MPa下，DTNF膜元件串联和并联回收率分别为55％和52％，大于卷式纳滤膜20％的回收率，在DTNF最佳运行压力1MPa下，串并联产水通量分别为37．21和72．3L／(m2·h)，回收率更是达到70％和68％，与卷式纳滤膜元件相比优势明显．并且通过对比发现，DTNF并联连接性能优于串联连接，并且处理量更大．卷式纳滤膜元件具有更高的脱盐率，但由于纳滤膜与反渗透膜分离机理不同，脱盐率高低并不完全代表水质的优劣程度，因此需要对两种膜元件的一二价盐选择透过性能进行对比，综合分析产水水质情况．对温度与回收率进行实验，如图2所示．可知进水温度每升高5℃回收率平均上升3％．因此控制适合的进水温度，DTNF膜元件分离性能更佳．2．2卷式纳滤膜和DTNF膜产水水质对比为全面对比两种膜元件产水水质，检测了水质常规项目和5种离子的表观截留率．在纳滤过程中，由于道南效应和保持体系电中性的要求，离子是不能独立进入并通过膜孔的，它必万方数据·114·膜科学与技术第40卷须带着它的平衡离子(反离子)一起形成离子对(即盐分子)才能透过膜孔或被膜截留[8]．用电导率测定的是水中的溶质，即盐浓度，而且是溶解盐的总浓度．所以根据进水和产水的电导率可以方便地测定纳滤膜的脱盐率(盐的截留率)，由表1数据可知，DTNF膜元件的脱盐率低于卷式纳滤膜元件，即DTNF的产水可以保留较多的电解质(矿物质)．图2温度对D，I、NF膜回收率的影响Fig．2Effectoftemperatureontherecoveryofnanofiltrationmembrane因无法方便地直接测定水中的各种盐(例如NaCl、MgSO。等)含量，但是却有着准确测定水中各种离子含量的国家标准测定方法，并由产水和进水中某种离子的含量测定值计算出该离子被膜“截留”的百分数，即所谓的“离子截留率”．由于这种截留率并不是由纳滤膜实验发生的物理过程产生的，为了与盐的截留率相区别，把它称为离子的“表观截留率”．由表2数据可知，纳滤膜对Na+的表观截留率数据与C1相当，Ca2+和M92+的表观截留率则与SOi一相当．这说明，Na+是以NaCl的形式被截留或通过膜孔的，而Ca2_、M92+则是以Ca