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1、LFC低污染聚酰胺反滲透膜 LFC LFC(即低污染復(fù)合膜)系列代表著海德能公司在復(fù)合膜領(lǐng)域內(nèi)又一新突破，本文向用戶介紹該系列膜元件的有關(guān)性能及其應(yīng)用。 3.1 簡(jiǎn)介 LFC即低污染復(fù)合膜的簡(jiǎn)稱(chēng)，LFC系列膜元件不僅具有復(fù)合膜的低壓、高通量、高脫鹽率等各種優(yōu)點(diǎn)，而且還具有抗污染的特殊優(yōu)點(diǎn)。該系列有LFC1、LFC2及LFC3三個(gè)品種，這三個(gè)品種其材料與傳統(tǒng)復(fù)合膜相同，但不同的是，傳統(tǒng)反滲透復(fù)合膜其表面帶負(fù)電荷，而LFC1、LFC3膜表面不帶電荷，呈電中性，LFC2膜表面則帶正電荷。 LFC1膜元件的產(chǎn)水量、運(yùn)行壓力和脫鹽率與CPA系列膜元件相近，LFC2膜元件的脫鹽率

2、隨給水水源類(lèi)型及濃度而變化。 3.2 產(chǎn)品規(guī)格 美國(guó)海德能公司不但向用戶提供LFC1-365、LFC1、LFC2及LFC3四種8英寸低污染復(fù)合膜，同時(shí)也提供適合于小型系統(tǒng)的LFC1-4040、LFC2-4040及LFC3-4040三種4英寸膜元件，表1所列為L(zhǎng)FC系列產(chǎn)品的流量、膜面積及脫鹽率的數(shù)據(jù)。 表1 LFC膜元件基本性能 膜型號(hào) 膜面積 - ft2 ( m2 ) 水通量 - gpd ( m3/d) 最低脫鹽率 - % 8英寸元件 LFC1-365 365 ( 33.9 ) 10000 ( 37.8 ) 99.5 LFC1 40

3、0 ( 37.2 ) 11000 ( 41.6 ) 99.5 LFC2 365 ( 33.9 ) 11000 ( 41.6 ) 95.0 LFC3 400 ( 37.2 ) 9500 ( 35.96 ) 99.6 4英寸元件 LFC1-4040 85 ( 7.9 ) 2300 ( 8.7 ) 99.4 LFC2-4040 85 ( 7.9 ) 2500 ( 9.5 ) 95.0 LFC3-4040 85 ( 7.9 ) 1980 ( 7.5 ) 99.6 所有膜元件的試驗(yàn)條件均為225psi，25℃，15%回收率，pH6.5-7.0,1500pp

4、m NaCl溶液，30分鐘后取樣 從1998年開(kāi)始所有4英寸膜元件外皮材料均為玻璃鋼。 3.3 LFC1膜元件 開(kāi)發(fā)LFC1膜元件的目的是為了盡量減少有機(jī)污染物在膜表面的吸附，使得由于有機(jī)污染物在膜表面沉積而造成的水通量衰減速度降低至最小值。本節(jié)主要對(duì)新型LFC1膜元件與傳統(tǒng)復(fù)合膜的抗污染性能與表面電荷特性進(jìn)行了比較，并提供了相關(guān)數(shù)據(jù)。首先，這些數(shù)據(jù)表明了膜表面電荷特性與pH值之間的相互關(guān)系，其次，給出了LFC1膜與各種污染物之間的相互關(guān)系，最后，也給出了LFC1膜與傳統(tǒng)復(fù)合膜在廢水處理方面的實(shí)際使用數(shù)據(jù)。 如圖1所示，在酸性及堿性條件下LFC1膜表面均呈電中性，也就是說(shuō)無(wú)論

5、給水pH值是多少，LFC1膜表面均接近電中性。為了比較，傳統(tǒng)復(fù)合膜的表面電位隨pH的變化情況也一并示于圖1中，從圖1中可以看出，在通常水處理pH值范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的聚酰胺復(fù)合膜的表面電位均呈負(fù)值。 圖1 pH值對(duì)LFC1膜及傳統(tǒng)復(fù)合膜表面電位的影響 3.3.1 污染物的化學(xué)特性 污染物對(duì)膜的水通量有顯著影響，圖2所示為L(zhǎng)FC1膜對(duì)不同帶電污染物的抗污染特性。為了便于比較，我們將帶負(fù)電的聚酰胺復(fù)合膜的性能也示于圖中。 圖2 給水表面活性劑對(duì)LFC1膜及傳統(tǒng)復(fù)合膜的污染影響 在陰離子表面活性劑存在的情況下，盡管膜表面帶負(fù)電的復(fù)合膜其水通量可維特不變，但當(dāng)這些膜

6、與陽(yáng)離子表面活性劑、兩性表面活性劑(例如，有些物質(zhì)隨pH不同而呈不同的帶電特性)或者中性表面活性劑相接觸時(shí)，其水通量則會(huì)大大降低，但對(duì)于LFC1膜來(lái)說(shuō)，無(wú)論何種表面活性劑存在，它均可以保證高水通量。 3.3.2 水通量的穩(wěn)定性 在現(xiàn)場(chǎng)處理城市二級(jí)排水時(shí)，LFC1膜可以維持水通量穩(wěn)定，而傳統(tǒng)復(fù)合膜的水通量會(huì)很快衰減，如圖3所示，LFC1膜元件在高污染環(huán)境下也可以很長(zhǎng)時(shí)間的保持產(chǎn)水流量穩(wěn)定。 圖3 LFC1膜在城市二級(jí)排水處理中的應(yīng)用實(shí)例 3.3.3 應(yīng)用 LFC1膜元件主要適用于城市污水處理、鍋爐排水處理及高污染的地表水處理。很多原來(lái)必須使用醋酸膜的場(chǎng)合均可以換用L

7、FC1膜。用LFC1膜代替CAB(醋酸)膜時(shí)可以降低給水壓力，增加產(chǎn)水量和提高脫鹽率。采用LFC1膜與醋酸膜相比的另一顯著優(yōu)點(diǎn)就是不需要限制給水pH值4~6，因而可以省去昂貴的加酸費(fèi)用及專(zhuān)門(mén)的控制系統(tǒng)。 為了驗(yàn)證這一觀察結(jié)果，把LFC1膜和傳統(tǒng)低壓反滲透膜在同一使用條件下進(jìn)行了對(duì)比，兩種膜的進(jìn)水均為中空超濾膜處理后的市政排水，地點(diǎn)是加州21水廠。 圖4表明了對(duì)于兩種不同的膜元件，給水壓力及溫度隨時(shí)間的變化曲線，結(jié)果表明在處理那些對(duì)傳統(tǒng)膜元件容易產(chǎn)生問(wèn)題的市政排水時(shí)，LFC1膜幾乎不會(huì)被污染或者只有輕微污染，由于LFC1膜在運(yùn)行的8個(gè)月中性能穩(wěn)定，所以一直沒(méi)有清洗。 圖4 LFC膜與

8、傳統(tǒng)低壓膜用于中空超濾膜處理后的市政排水 由于LFC系列膜元件是芳香族聚酰胺復(fù)合膜，因而使用LFC系列膜元件的系統(tǒng)，不能有游離氯存在。當(dāng)然某些情況下可以使用氯胺來(lái)控制細(xì)菌的生長(zhǎng)，如想了解何時(shí)可以使用氯胺，請(qǐng)隨時(shí)與海德能公司聯(lián)系。 3.4 LFC2膜元件 LFC2膜是膜表面帶正電的芳香聚酰胺膜，這種帶正電的膜與傳統(tǒng)帶負(fù)電的膜性能完全不同，這種膜與陽(yáng)離子表面活性劑接觸后，可通過(guò)清洗來(lái)恢復(fù)水通量，而帶負(fù)電的傳統(tǒng)復(fù)合膜在與陽(yáng)離子表面活性劑接觸后其水通量無(wú)法恢復(fù)，另外，在給水TDS含量低的情況下，LFC2膜與其它帶負(fù)陰電的高脫鹽率復(fù)合膜相比，LFC2膜對(duì)鈉及其它陽(yáng)離子的脫除率更高。由于膜表

9、面帶正電荷，所以我們建議在使用LFC2膜元件時(shí)避免使用陰離子聚合物，因?yàn)檫@些陰離子聚合物在與LFC2膜表面接觸時(shí)會(huì)導(dǎo)致膜表面產(chǎn)生不可恢復(fù)的污染。 3.4.1 在陽(yáng)離子聚合物存在時(shí)水通量穩(wěn)定性 如圖5所示，LFC2膜與陽(yáng)離子聚合物接觸后可以通過(guò)清洗的方法恢復(fù)其水通量，而且由于這種污染而導(dǎo)致的水通量衰減會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用帶負(fù)電的傳統(tǒng)復(fù)合膜。 圖5 復(fù)合膜與陽(yáng)離子聚合物接觸后及清洗后水通量恢復(fù)情況 3.4.2 脫鹽率與給水含鹽量的關(guān)系 盡管在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下(1500ppm NaCl，225psi) LFC2膜的最低脫鹽率為95%，但在極低含鹽量的情況下，其脫鹽率要高于傳統(tǒng)的帶負(fù)電荷

10、的芳香聚酰胺復(fù)合膜。在含鹽量高于100ppm時(shí)，傳統(tǒng)的復(fù)合膜其脫鹽率極高(＞99.5%)，但是，當(dāng)含鹽量低于10ppm時(shí)它對(duì)鈉的脫除率明顯降低，因而總脫鹽率也會(huì)降低。而LFC2膜由于表面帶正電，在給水含鹽量較低的情況下，對(duì)鈉也有較高的脫除率。在給水含鹽量低的情況下，LFC2膜的整體脫鹽率要高于傳統(tǒng)聚酰胺膜，在二級(jí)反滲透系統(tǒng)中，如果第二級(jí)使用LFC2膜，則這種膜比傳統(tǒng)的聚酰胺膜有更高的脫除率，圖6正好說(shuō)明了這一點(diǎn)。 圖6 LFC膜脫鹽率與給水含鹽量的關(guān)系 3.5 LFC3低污染反滲透膜 美國(guó)海德能公司一直致力于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，通過(guò)不斷改善膜的技術(shù)和產(chǎn)品性能來(lái)滿足客戶的需要?，F(xiàn)在美

11、國(guó)海德能公司又開(kāi)發(fā)出了新一代LFC3膜產(chǎn)品，該產(chǎn)品除了具有LFC1膜所具有的親水性、電中性及高通量以外，更進(jìn)一步提高了LFC1膜的脫鹽率來(lái)滿足客戶對(duì)更高脫鹽率的需要，LFC3膜產(chǎn)品是目前水處理工業(yè)中唯一把低污染技術(shù)與高產(chǎn)水量和高脫鹽率相結(jié)合的膜元件。 美國(guó)海德能公司于1998年率先推出了低污染復(fù)合反滲透膜元件LFC1，目前已經(jīng)有超過(guò)數(shù)萬(wàn)支LFC1膜元件在全世界幾百個(gè)大、中型項(xiàng)目中使用，最典型的是在新加坡勿洛城市污水回用項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中LFC1膜元件自2000年4月投入運(yùn)行以來(lái)，每天可從廢水中制取10,000噸的飲用水，這種膜元件適用于在市政及工業(yè)中在處理地表水和廢水及其他復(fù)雜水源(指在送入任

12、何復(fù)合膜元件前需要復(fù)雜預(yù)處理的水源)。 目前可以提供的產(chǎn)品： 產(chǎn)品型號(hào) 說(shuō) 明 應(yīng) 用 性 能 流量加侖/天(噸/時(shí)) 脫鹽率(最低) LFC1 電中性,親水性 適用于市政廢水 11000(41.6) 99.5% LFC1-365 電中性,親水性 適用于市政廢水 10000(37.9) 99.5% LFC2 正電性,親水性 適用于給水中含正電荷組分的場(chǎng)合 還可用于雙級(jí)RO中的等二級(jí)RO 11000(41.6) 95.0% LFC3 電中性,親水性 適用于市政和工業(yè)地表水及廢水 且需要高脫鹽率的場(chǎng)合 9

13、500(36) 99.6% 低污染反滲透LFC系列膜元件具有以下特點(diǎn)： l LFC1及LFC3膜表面不帶電荷且具有親水性，因而對(duì)溶解有機(jī)物的吸附性小； l 與其它公司同類(lèi)膜元件BW30-400-FR相比，LFC3膜的透鹽率低20%以上； l 400平方英尺的膜元件具有最高的性能，最有效且經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)； l 大大增加了膜元件和系統(tǒng)的運(yùn)行壽命； l 延長(zhǎng)了清洗的周期，降低了清洗的費(fèi)用。 l LFC2膜表面帶有正電荷，將其用于雙級(jí)反滲透的第二級(jí)RO可大幅提高反滲透的產(chǎn)水電阻率，此技術(shù)已在國(guó)內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。 3.6 LFC1低污染反滲透膜在市政廢水回用方面的應(yīng)用 摘要：

14、市政廢水回用工程中的膜污染引起人們對(duì)廢水回用設(shè)計(jì)和運(yùn)行的關(guān)注。膜污染是因?yàn)樵谶M(jìn)行二級(jí)處理之后，市政廢水還含有高濃度的懸浮物、膠體和較高的生物活性。使用膜技術(shù)處理市政廢水需要在反滲透系統(tǒng)之前進(jìn)行非常好的預(yù)處理。建立在消毒、絮凝、澄清和介質(zhì)過(guò)濾基礎(chǔ)之上的傳統(tǒng)多級(jí)處理步驟，仍使反滲透膜有非常高的污染傾向。大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和商業(yè)反滲透系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果表明不管膜材料是醋酸纖維素還是復(fù)合聚酰胺，污染速度都非常快。為維持設(shè)計(jì)的產(chǎn)水量，膜必須頻繁進(jìn)行清洗。近來(lái)一種新的預(yù)處理技術(shù)用到了市政廢水的反滲透工藝上，它由可反洗的中空纖維結(jié)構(gòu)的微濾和超濾膜組成。這種膜預(yù)處理系統(tǒng)能處理二級(jí)排放水并能保持穩(wěn)定的過(guò)濾水量和操作壓力。

15、中空纖維技術(shù)可以為反滲透提供高質(zhì)量給水。中空纖維膜出水中膠體和懸浮物含量比傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝出水低很多。在使用中空纖維膜預(yù)處理的廢水回用廠，反滲透膜的污染速度大幅下降。采用低污染復(fù)合膜LFC1之后，反滲透膜污染速度下降得更多。在低污染膜中，脫鹽層改進(jìn)為更具親水性表面并且降低了其對(duì)溶解性有機(jī)物的親合力。在市政水回用系統(tǒng)中使用低污染膜的運(yùn)行結(jié)果表明，其污染速度比清潔地下水源的RO系統(tǒng)還低。低污染速度歸功于溶解性有機(jī)物在LFC1親水性表面較低的吸附力。很明顯在低污染膜中，吸附的溶解性有機(jī)物層和膜表面之間的親合力相對(duì)較弱。本文描述低污染膜技術(shù)的性能并比較傳統(tǒng)和中空纖維膜預(yù)處理的不同結(jié)果。市政廢水回用系統(tǒng)

16、的性能將與傳統(tǒng)膜技術(shù)進(jìn)行比較。中空纖維超濾膜預(yù)處理市政二級(jí)排水并使運(yùn)行參數(shù)最優(yōu)化的結(jié)果也將在本文中細(xì)述。 傳統(tǒng)預(yù)處理 傳統(tǒng)處理市政廢水的反滲透系統(tǒng)中，膜污染導(dǎo)致產(chǎn)水通量的降低。這表現(xiàn)為需要明顯增加給水壓力才能維持設(shè)計(jì)透水通量。經(jīng)過(guò)二級(jí)處理的市政排水含有高濃度的膠體物質(zhì)、懸浮物和溶解性有機(jī)物。二級(jí)處理過(guò)程通常包括生物處理(活性污泥澄清)，導(dǎo)致排水中較高的生物活性。在進(jìn)入反滲透系統(tǒng)之前，應(yīng)降低二級(jí)排水中膠體和固體物質(zhì)并抑制生物活性。傳統(tǒng)預(yù)處理的一個(gè)典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，是目前建在加州桔縣21水廠(WF21)的5mgd反滲透系統(tǒng)的三級(jí)預(yù)處理流程圖。目前的預(yù)處理工藝是在原始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展、改進(jìn)和

17、簡(jiǎn)化后的流程(1)。預(yù)處理包括絮凝、石灰澄清、用CO2再次碳酸化沉淀和慢速重力過(guò)濾。采用加氯法控制生物活性。石灰澄清是提高給水水質(zhì)非常有效的方法，但是太昂貴，占地面積大且產(chǎn)生難以排放的淤泥。在一些更小的系統(tǒng)中，石灰澄清和重力過(guò)濾由在線絮凝取代，然后是二級(jí)壓力過(guò)濾和精密過(guò)濾。在21水廠，回用系統(tǒng)主要選擇由醋酸纖維素制成的反滲透膜，這種膜在運(yùn)行期間污染迅速。圖2和圖3是21水廠醋酸纖維素膜的運(yùn)行結(jié)果。給水壓力(圖2)最初是200psi左右，在一段時(shí)間后不得不升至260psi以維持正常的透水量，在短時(shí)期內(nèi)給水壓力又不得不升至300psi以上。盡管每2至3星期就頻繁地進(jìn)行一次膜清洗，給水壓力仍持續(xù)上升

18、。與水透過(guò)率不同，脫鹽率始終穩(wěn)定在94~96%之間(圖3)。在21水廠進(jìn)行過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)評(píng)估復(fù)合膜在廢水回用方面的應(yīng)用情況。令人鼓舞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是明顯的高水通量、低給水壓力、低電能消耗和高脫鹽率。超低壓復(fù)合聚酰胺膜ESPA在21水廠有代表性的運(yùn)行結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)圖4、5、6。ESPA膜的給水壓力初始為60psi，比200psi的醋酸纖維素膜低得多(圖4)。然而為維持設(shè)計(jì)水通量，給水壓力也不得不升至300psi以上，這相當(dāng)于特性水通量下降80%以上。頻繁的清洗也沒(méi)有能夠緩和水通量衰減的問(wèn)題。同醋酸纖維膜的運(yùn)行一樣，ESPA膜的脫鹽率穩(wěn)定在97%左右(圖5)。考慮到給水中含有2~6ppm的總氯(以氯胺的

19、形式)，這個(gè)結(jié)果非常突出。RO給水中氯胺的存在似乎控制了生物活性并阻止細(xì)菌在RO系統(tǒng)中生長(zhǎng)。在運(yùn)行兩年間，膜間壓降保持穩(wěn)定(圖6)。上述膜快速污染和通量下降等結(jié)果清楚表明傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝在處理市政排水時(shí)不能提供足夠好的水質(zhì)給RO系統(tǒng)。 膜預(yù)處理 過(guò)去已有使用超濾膜做為RO預(yù)處理工藝的絕對(duì)屏障(2)。超濾和微濾膜有能力生產(chǎn)出比傳統(tǒng)預(yù)處理工藝好很多的水質(zhì)。傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝包括石灰澄清、介質(zhì)過(guò)濾和精密過(guò)濾，然而傳統(tǒng)的卷式結(jié)構(gòu)超濾膜不適合處理高污染的廢水。膜表面沒(méi)有嚴(yán)重污染和給水通道沒(méi)有堵塞時(shí)，超濾膜也不能在高水通量下運(yùn)行。高錯(cuò)流給水流速，需要降低濃差極化，從而導(dǎo)致高電量消耗。頻繁膜清洗非常繁

20、瑣且不能有效恢復(fù)透水通量。近來(lái)中空纖維結(jié)構(gòu)的微濾和超濾技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)(3)。纖維絲孔內(nèi)徑為0.7~0.9mm，外徑為1.3~1.9 mm。新的商業(yè)用中空纖維膜有兩個(gè)新特性： l 纖維絲頻繁、短時(shí)、自動(dòng)地進(jìn)行沖洗 (或一定模式下反洗），使系統(tǒng)在短期脫機(jī)時(shí)能保持穩(wěn)定的透水通量； l 能在非常低的錯(cuò)流流速下運(yùn)行，即使在直流過(guò)濾模式時(shí)也如此。 相比傳統(tǒng)過(guò)濾器反洗，中空纖維絲超濾膜脈沖清洗的脫機(jī)時(shí)間非常短。頻繁脈沖清洗的結(jié)果是穩(wěn)定的透水通量。給水壓力范圍是5~20psi。新預(yù)處理方式的主要優(yōu)勢(shì)在于膜技術(shù)的本質(zhì)：給水與透水之間膜屏障的存在，使膠體物質(zhì)與病菌下降幾個(gè)log值。在市政廢水回用應(yīng)用中，新型可

21、反洗中空纖維膜預(yù)處理取代石灰澄清、介質(zhì)過(guò)濾、保安過(guò)濾器。二級(jí)排水有非常高的污染傾向，且中空纖維膜技術(shù)的應(yīng)用需要合適的膜種類(lèi)和運(yùn)行條件以維持可靠性能。在現(xiàn)場(chǎng)條件下我們發(fā)現(xiàn)親水性聚合物制成的中空纖維絲膜比傳統(tǒng)的疏水性材料受溶解性有機(jī)物的污染傾向小。但即使是親水性纖維膜，清洗之間的運(yùn)行周期也太短，只能持續(xù)幾天。然而在中空纖維膜系統(tǒng)之前的二級(jí)排水中加入絮凝劑，運(yùn)行周期可以明顯延長(zhǎng)。圖7為海德能HYDRAcap中空纖維超濾膜在San Luis Rey (Oceanside) 廢水回用廠的運(yùn)行結(jié)果。該圖說(shuō)明為維持穩(wěn)定過(guò)濾通量所需的壓力值。膜組件以直流死端過(guò)濾模式運(yùn)行，水通量為32gfd。最初幾天內(nèi)給水壓力

22、急速上升。每3~5天需要進(jìn)行一次膜清洗。然而，在超濾系統(tǒng)給水中加入氯化鐵FeCl3之后，不進(jìn)行清洗的運(yùn)行周期可延長(zhǎng)至30天以上。這樣明顯的性能提高的原因目前還不十分清楚，推測(cè)為Fe(OH)3在纖維絲表面形成高透水的多孔彈性層，吸附有機(jī)物和膠體。在反洗步驟中，此層脫離膜表面并從纖維絲中沖掉。目前實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行以便更清楚此過(guò)程原理。中空纖維膜能完全除去膠體，但對(duì)TOC的去除率不高。用中空纖維膜進(jìn)行預(yù)處理，在市政排水系統(tǒng)中使用ESPA膜的性能見(jiàn)圖8。初始給水壓力約70psi并且迅速增加到140psi，之后穩(wěn)定下來(lái)并且在運(yùn)行一年半期間隨著給水溫度的變化而波動(dòng)。最初透水量衰減約60%，然而明顯低于采用傳統(tǒng)

23、預(yù)處理的同種膜水通量85%的衰減量。使用中空纖維膜做RO系統(tǒng)的預(yù)處理使復(fù)合膜在廢水回用領(lǐng)域得以應(yīng)用，使之比使用醋酸纖維膜的操作壓力更低、脫鹽率更高。 低污染反滲透膜 相比傳統(tǒng)的復(fù)合聚酰胺膜 ，最近推出的低污染復(fù)合膜LFC1，具有親水性膜 表面且膜表面不帶電荷。親水性表面降低了給水中有機(jī)物質(zhì)在膜表面的吸附。LFC1膜在21水廠和San Pasqual 水處理設(shè)備廠，以中空纖維膜做預(yù)處理，處理市政排水。在San Pasqual的運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)圖9。LFC1膜的特性水通量小于ESPA的特性水通量。因此，初始?jí)毫s為90psi，稍高于同樣運(yùn)行條件下ESPA膜的操作壓力。然而在運(yùn)行期間給水壓力始終保

24、持穩(wěn)定，水通量為12gfd。在運(yùn)行后期水通量逐步升到17 gfd，這樣的水通量對(duì)于廢水處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常高的，因?yàn)閺U水反滲透系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)的平均水通量為10gfd。圖10為特性水通量的計(jì)算值。結(jié)果表明在初期下降約15%后，特性水通量在運(yùn)行期內(nèi)一直保持穩(wěn)定。由于膜性能的穩(wěn)定性，在這八個(gè)月的運(yùn)行期內(nèi)，膜元件沒(méi)有進(jìn)行清洗。在運(yùn)行期結(jié)束后，LFC1膜在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行了一次測(cè)試，結(jié)果概括在表1中。相比于廠外的測(cè)試數(shù)據(jù)，八個(gè)月運(yùn)行后的平均水通量下降約為10%。由0.5%NaOH溶液循環(huán)的清洗步驟可使水通量完全恢復(fù)。 表1 — San Pasqua廠經(jīng)超濾膜預(yù)處理的LFC1膜運(yùn)行性能變化表 運(yùn)行期：1

25、998年4~9月 測(cè)試運(yùn)行時(shí) 的位置 出廠 運(yùn)行后 清洗后 脫鹽率-% 透水量-gpd 脫鹽率-% 透水量-gpd 脫鹽率-% 透水量-gpd 第1列 首支元件 99.5 1629 99.6 1512 沒(méi)清洗 沒(méi)清洗 中間元件 99.5 1629 99.6 1466 99.4 1788 末支元件 99.5 1684 99.6 1499 99.4 1788 平均 99.5 1647 99.6 1492 99.4 1788 變化% +20 -9.4

26、 +20 +8.5 第2列 首支元件 99.6 1908 99.5 1629 沒(méi)清洗 沒(méi)清洗 中間元件 99.6 1908 99.6 1596 99.2 2317 末支元件 99.6 2082 99.6 1578 99.2 1708 平均 99.6 1966 99.6 1601 99.2 2012 變化% 0.0 -18.5 +100 +2.3 平均變化% +10 -14 +60 +5 膜完整性 在廢水回收系統(tǒng)中

27、，膜的完整性和膜去除病菌的能力非常重要。卷式反滲透膜的完整性可以通過(guò)真空試驗(yàn)檢測(cè)，傳統(tǒng)的卷式膜只能在膜元件裝入反滲透系統(tǒng)前進(jìn)行此類(lèi)檢測(cè)。中空纖維超濾膜和微濾膜可以在組件裝入系統(tǒng)中之后進(jìn)行完整性檢測(cè)。最普遍的中空膜組件檢測(cè)是壓力保持試驗(yàn)：向系統(tǒng)施壓并監(jiān)測(cè)壓力衰減情況。在此類(lèi)研究中，系統(tǒng)的完整性由超濾膜與微濾膜對(duì)MS2病菌的脫除率確定。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖11和圖12。結(jié)果表明每套膜系統(tǒng)可以脫除5 log的細(xì)菌。 商業(yè)應(yīng)用 使用LFC膜最大商用系統(tǒng)之一為新加坡Bedok廢水回用廠，Bedok水廠于2000年4月起開(kāi)始運(yùn)行。給水是二級(jí)市政排水，由微濾系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理。阻垢劑和硫酸加在微濾系統(tǒng)的出水處，

28、給水pH保持在6左右。反滲透系統(tǒng)包括兩套生產(chǎn)能力各為5000噸/天的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)通量為18.7 L/m2/hr(11gfd)。反滲透設(shè)計(jì)為28 : 14 : 8三段排列，每支壓力容器中裝6支元件，設(shè)計(jì)回收率是85%。在運(yùn)行初期反滲透第三段會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，其主要是磷酸鈣垢，采用檸檬酸清洗后能恢復(fù)膜的性能。結(jié)垢的原因主要是阻垢劑不適用，在更換阻垢劑后系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。即使給水源自市政排水，LFC膜系統(tǒng)的給水壓力一直很穩(wěn)定，維持在設(shè)計(jì)的800~1000 KPa (116~145psi) 范圍內(nèi)，沒(méi)有壓降增加的現(xiàn)象。生物活性由反滲透系統(tǒng)給水中保持約2ppm的余氯進(jìn)行控制。盡管給水中有余氯存在，

29、LFC的脫鹽率非常穩(wěn)定并且高于設(shè)計(jì)值。 處理結(jié)果 廢水回收系統(tǒng)中的膜污染與給水水質(zhì)和膜材質(zhì)有關(guān)。結(jié)果表明兩種污染成分：膠體和溶解性有機(jī)物在膜表面沉積構(gòu)成污染層。此污染過(guò)程稱(chēng)為復(fù)合污染(4)，主要影響透水性。表2概括了因采用不同預(yù)處理的不同膜元件污染引起的透水通量的衰減。由表2可以明顯看出，采用超濾膜進(jìn)行預(yù)處理后，反滲透膜的污染速度下降。采用膜預(yù)處理的主要結(jié)果是反滲透給水中的顆粒物減少。微濾和超濾處理很少改變給水中的有機(jī)物濃度。天然有機(jī)物非常容易吸附在疏水性膜材質(zhì)上(5、6、7)，很大程度上是有機(jī)物的吸附導(dǎo)致采用膜預(yù)處理的廢水系統(tǒng)中復(fù)合膜的通量下降。親水性膜材質(zhì)很少吸附有機(jī)物(5)，通量損失

30、也很低，所以親水性膜可以在較高水通量下運(yùn)行。廢水回收系統(tǒng)中的污染過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓降的明顯增加，這是因?yàn)榻o水中的余氯明顯降低生物活性。使用中空纖維膜預(yù)處理提供進(jìn)一步的屏障，降低了反滲透給水中的細(xì)菌量。采用LFC膜處理市政廢水的設(shè)計(jì)觀念，通過(guò)中試系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)，在大型商業(yè)反滲透系統(tǒng)中得以成功應(yīng)用。給水壓力和脫鹽率等性能保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定。生物活性，通常是廢水回收應(yīng)用中的主要問(wèn)題，通過(guò)余氯的存在得以控制。 表2 — 不同反滲透膜在特性水通量下的預(yù)處理結(jié)果 膜種類(lèi) 醋酸纖維素膜 ESPA1(聚酰胺) ESPA1(聚酰胺) LFC1(低污染) 預(yù)處理方式 傳統(tǒng) 傳統(tǒng) 中空纖維膜 中空

31、纖維膜 特性水通量, 初期 0.07gfd/psi 0.24 gfd/psi 0.24 gfd/psi 0.17 gfd/psi 特性水通量,穩(wěn)定后 0.04 gfd/psi 0.04 gfd/psi 0.10 gfd/psi 0.15 gfd/psi 通量下降 40% 85% 60% 12% 操作壓力,給水壓力在10gfd/psi(bar) 200~350(14~24) 300~350(20~24) 140~180(10~13) 100~150(7~11) 電能消耗 kwhr/m3 5.0~6.0 5.0~6.0 2.5~3.2 1.7~2.7