弹性外压式超滤膜在废水处理中的应用 6页

弹性外压式超滤膜在废水处理中的应用本文综述了超滤膜的污染原理以及弹性外压式超滤膜的制膜工艺与各种参数。在运行条件一致的情况下把“X50弹性外压式超滤膜”与“大孔型内压式超滤膜”的堵塞速率进行了比较研究。试验结果表明“高弹性X50型PP膜”比“PVDF膜”在废水处理使用中有更长的使用寿命。“高弹性X50型PP膜”由于膜丝具有高弹性，反冲效果要远优于PVDF膜，因此更适合在高浊度废水处理中使用。“高弹性X50型PP膜”采用的是熔融挤出—拉伸制膜工艺，制膜过程中不需要任何添加剂。因此保留高结晶度聚丙烯材料耐强酸，强碱，有机溶剂的功能，不但可适合含各种酸碱及有机溶剂的废水处理，而且酸洗与碱洗的药剂浓度基本无限制，对化洗效果也可大幅度的提升。“PVDF膜”与“高弹性X50型PP膜”相比，需要更高的预处理要求。“高弹性X50型PP膜”的原材料成本远远低于PVDF膜的原材料成本，因此具有更高的性价比。1．1：弹性外压式超滤膜的介绍：“弹性外压式超滤膜”的原材料均为硬弹性聚烯烃类材料是一类与橡胶截然不同的弹性体，它是一种结晶与非结晶的高聚物在特定的条件下加工而成的材料。成膜方式为熔融挤出—拉伸工艺制造。由于拉伸法在制膜过程中不需要任何添加剂，因此制成的中空纤维超滤膜具有原材料的耐强酸，耐强碱，耐有机溶剂的功能。1.2：超滤膜的流程及其膜污染介绍：中空纤维超滤膜的孔径范围为0.1nm~10µm,运行过程均是压力推动方式，一般过程中膜两侧压差为0.1～0.4MPa。在膜过程中就会产生必然的问题那就是超滤膜的污染。对于超滤膜而言，膜污染与过滤阻力主要是来自于被截留的溶质有机物胶体及固体颗粒在膜表面形成的浓差极化、滤饼层及膜过滤微孔在过滤过程中所吸附与堵塞的颗粒。减少污染的主要手段是流程的优化，膜过程有并流方式（死端过滤）与错流方式两种。如图1所示图1n3：超滤膜试验装置和试验方法：本文在进水水质和运行条件相同的条件，对X50弹性外压式超滤膜与大孔型内压式超滤膜（PVDF、PVC等）处理生化二淀后污水的长期运行情况进行了研究，从不同浓水回流量下产生的错流抗污效果，以及反冲洗效果等方面对2者进行比较。图2是采用“X50弹性外压式超滤膜”与“大孔型内压式超滤膜（PVDF）”组装而成的超滤膜系统工艺流程。图2超滤膜中试系统主要由超滤膜组件，压缩空气系统，反洗系统组成。超滤膜组件可互换，共配备6支超滤膜组件（3支为杭州凯洁膜生产的“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”,另3支为外购的“大孔型内压式PVDF超滤膜”）。a.运行方式：二沉池产水到循环池或中间水箱通过循环泵进入超滤膜组件，按产水量与浓水回流量1：1的方式调节阀门后，一半透过超滤膜组件作为产水，另一半作为浓水直接回流至循环池或中间水箱。b.反冲洗方式：将反洗水罐里的超滤水通过清洗泵从膜元件出水口进入膜元件，从浓水口排出，反冲压力为0~0.30Mpa之间，水反冲量是产水量的2.0倍。反洗水必须用超滤水或相当于超滤后的水，并且不可循环使用。c.气擦洗方式：将过滤后的压缩空气从超滤膜的进水端(进液口)吹入膜元件内部;从超滤膜的浓水端口（即远离进液口的浓缩液口）排出。2：第一次实验运行方式：只按正常连续运行，时间约为30天，不实行反冲清洗，预处理精度：高于300微米（即超滤膜进水中杂质粒径均小于300微米）。2.1：测试项目：n出水SDI15值、运行堵塞情况、错流抗污情况。2.2结果与讨论：a.出水SDI15值在运行中均低于1.5以下，均符合要求。图3b.图3显示了“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”与“大孔型内压式PVDF超滤膜”在运行中堵塞速率随着时间的变化情况。从图3明显可以看出“大孔型内压式PVDF超滤膜”的错流抗污效果要优于“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”。原因分析：在错流流程中，进料流体的流动方向与膜平面的方向平行，流体在一定流速下产生的湍流（所谓的二次流）在膜表面产生剪切力，使部分沉积在微膜表面的微粒重新返回流体，降低膜污染的程度，同时增大流速也降低边界污染层的厚度，降低了浓差极化。毫无疑问在进料流速相等的情况下，内压式运行的错流效果要优于外压式运行。结论：在实验得知，2种同型号的膜要得到同样的错流抗污效果，“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”的进液流速必须要比“大孔型内压式PVDF超滤膜”大20%左右。3：第二次实验运行方式：只按正常连续运行，运行时间约15天左右，不实行反冲清洗。无预处理（即超滤膜进水中杂质粒径有可能远大于300微米的胶体与生化池中的活性污泥等杂质）。3.1：测试项目：n出水SDI15值、运行堵塞情况、错流抗污情况3.2结果与讨论：a.出水SDI15值在运行中均低于2.5以下，均符合要求图4b.图4显示了“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”与“大孔型内压式PVDF超滤膜”在运行中堵塞速率随着时间的变化情况。从图4明显可以看出超滤膜系统运行在13天以内时“大孔型内压式PVDF超滤膜”的错流抗污效果要优于“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”。而运行时间超过13天后大孔型内压式PVDF超滤膜的错流抗污效果突然变差，并且快速产生堵塞。原因分析：内压式超滤膜在运行中，废水从膜丝的内侧（膜丝内径仅为0.8~1.0mm）走，此时一但废水的杂质颗粒直径大于膜丝内径的1/2时，错流剪切力就会慢慢被打破改为并流流程（死端过滤）类似于粗过滤，大部分被截留微粒都沉积在膜上形成滤饼，滤饼的厚度随时间延长和处理量的增加而增厚。结论：“大孔型内压式PVDF超滤膜”完全不适应含有杂质颗粒直径大于300微米的废水（此时如果废水中的杂质颗粒直径大于膜丝内径时，膜组件将快速堵塞），可确认在废水中使用时对预处理的精度需要严格控制。而“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”由于膜壳的空间较大，不存在此问题。4：第三次实验运行方式（即为目前标准的废水处理运行工艺）：正常连续运行+设置自动定期反冲清洗（按运行30分种，反冲60秒进行设置），运行时间约30天左右，预处理精度：高于300微米（即超滤膜进水中杂质粒径均小于300微米）。n表14.1：测试项目：出水SDI15值、运行堵塞情况、错流抗污联合自动定期反冲洗的情况。4.2结果与讨论：a.出水SDI15值在运行中均低于1.5以下，均符合要求图5b.图5显示了弹性外压式“X50型改性PP超滤膜”与“大孔型内压式PVDF超滤膜”在运行+自动定期反冲清洗中，堵塞速率随着时间的变化情况。从图5明显可以看出借助自动定期反冲清洗后的“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”抗污效果要远远优于“大孔型内压式PVDF超滤膜”。同时也可以反映出“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”在弹性扩冲反冲清洗的作用下，膜组件在运行稳定后，堵塞速率几乎没有再增加。恰恰相反“大孔型内压式PVDF超滤膜”由于反冲洗效果较差随着运行时间的延长内压式膜内侧表面的污染滤饼越来越厚，反过来更加导制反冲洗效果降低。从图3与图5的对比中也可以看出设置自动定期反冲清洗后，对2种超滤膜的堵塞速率均有大幅度降低。但“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”的反冲清洗效果更加明显。原因分析：“弹性外压式X50型改性PP超滤膜”n的膜丝具有高弹性膜孔扩张功能，内表面支撑体性相当好。由此膜元件运行时从外向里加压，膜丝壁上的过滤微孔不会有任何变化，而膜组件在反冲时在保证反冲压力不超过0.45Mpa的压力下，膜丝壁上的过滤微孔直径会借助“膜丝高弹性”的作用下大幅度扩张变大并借助反冲水压的作用下实现大流量从内向外喷射，从而保证了附着在膜丝外表面的杂质能彻底被顺利反冲掉；一但停止反冲切换到运行状态时，膜丝壁上的过滤微孔将完全恢复至原先运行过滤时的孔径”，因此反冲清洗效果远远优于“无弹性超滤膜”的反冲清洗效果。图55总结论：（1）“高弹性X50型PP膜”比“PVDF膜”在废水处理使用中有更长的使用寿命。（2）“高弹性X50型PP膜”由于膜丝具有高弹性，反冲效果要远优于PVDF膜，因此更适合在高浊度废水处理中使用。（3）“高弹性X50型PP膜”采用的是熔融挤出—拉伸工艺制膜工艺，制膜过程中不需要任何添加剂。因此保留高结晶度聚丙烯材料耐强酸，强碱，有机溶剂的功能，不但可适合含各种酸碱及有机溶剂的废水处理，而且酸洗与碱洗的药剂浓度基本无限制，对化洗效果也可大幅度的提升。（4）“PVDF膜”与“高弹性X50型PP膜”相比，需要更高的预处理要求。(5)“高弹性X50型PP膜”的原材料成本远远低于PVDF膜的原材料，因此具体更高的性价比。