1、氧化铝陶瓷膜分离高浊度水试验研究摘要：本实验研究了氧化铝陶瓷膜处理高浊度水时膜通量衰减变化规律，发现运行初期膜通量衰减很快，后期衰减趋于平缓，总体成线性下降。对 0.8m、0.2m、50nm 三种不同孔径的氧化铝陶瓷膜性能进行了比较，发现 50nm 氧化铝陶瓷纳滤膜处理高浊度水膜通量明显大于 0.8m和 0.2m 氧化铝陶瓷超滤膜，而浊度和污染指数也较两者小。 关键词：氧化铝陶瓷膜 高浊度水 分离 Abstract: This experiment study the attenuation principles of Al2O3 ceramic membrane flux. We find
2、that the flux attenuates quickly at the beginning of operation, then decreased slowly, which totally attenuates in linear. The experiment compares three kinds of different bore diameter (0.8m、0.2m、50nm) of Al2O3 ceramic membranes, and discovers that the flux of cleaning high turbidity water through
3、50nms Al2O3 ceramic membrane is the biggest, and the turbidity and FI of cleaned water through 50nms Al2O3 ceramic membrane is the smallest.Keywords: Al2O3 ceramic membrane；high turbidity water；membrane flux；separation目前膜分离技术正逐渐成为给水领域的研究热点1 ，由于军队特殊的战术技术要求，需要性能稳定、操作简单、维护方便、小型机动的给水处理装备对部队行动进行机动保障，氧化铝陶
4、瓷膜分离处理高浊度原水越来越受到重视，但目前有关资料报道很少，我们对氧化铝陶瓷膜分离处理高浊度水进行了试验研究。1.试验装置及方法 1.1 原水配制考虑到试验主要是研究氧化铝陶瓷膜分离水中浊度的性能，因此本试验取未被有机物污染的粘土，烘干，研末，200 目筛过筛，与自来水配制成需要的相应浊度的试验用原水。1.2 试验装置小试装置及工艺流程见图 1。图 1 氧化铝陶瓷膜处理高浊度水工艺流程氧化铝陶瓷膜选用南京化工大学膜科学技术研究所研制生产的 19孔中空管状膜，管长为 0.5m，孔径为 0.8m、0.2m、50nm，过滤面积为 0.11m2，水泵扬程 30m，流量 5m3/h，过滤方式为错流过渡
5、。原水箱 1 中的原水由进水泵 2 打入膜组件 5 内，经膜分离后净水流入净水箱 6 内，浓水循环回流入原水箱 1 内。膜组件间歇式运行，定时反冲洗，防止膜污染。反冲时，溶气罐 7 从净水箱中吸入清水，在空压机 8 的高压气体作用下，气水混合液高速冲刷膜组件，形成的剪切力可以清除附着在膜表面凝胶层及膜孔内的颗粒物。进水压力由压力表 P1控制，反冲洗压力由压力表 P3 控制。1.3 分析仪器及方法浊度采用 HACH-2100N 测定，污染指数 FI 采用 FI 测定仪测定。污染指数 FI 采用参考文献2中的方法测定,数值用公式FI（1t1/t2）/15100%计算。膜通量采用转子流量计测定。2.
6、结果与分析2.1 分离处理效果配制浊度为 50、100、150、250、500的原水，分别采用孔径为 0.8m、0.2m、50nm 的膜进行浊水分离试验，调节进水压力0.17MPa、错流流量 43LPM（膜面流速 3m/L） ，对分离处理后的清水的浊度、浊度去除率及污染指数 FI 值进行测定。结果见表 1。表 1 氧化铝陶瓷超滤膜分离出水水质原水浊度50100150250500膜出水水质浊度/NTU污染指数浊度/NTU污染指数浊度/NTU污染指数浊度/NTU污染指数浊度/NTU污染指数0.8m0.184.50.184.50.194.60.204.60.234.80.2m0.103.40.123
7、.60.123.60.123.70.133.650nm005290.052.80.062.90.052.90.083.0由表 1 可知，上述三种不同孔径的膜对不同浊度的原水进行分离，分离处理后的清水浊度都在 0.23 之下，远远小于国家自来水规定浊度（浊度不大于 5 度） ，因此三种不同孔径的膜都适宜作为给水处理设备，但由比较可知 50nm 的膜处理效果更好。试验结果显示分离清水的水质不作为氧化铝陶瓷超滤膜分离浊水性能的衡量指标。2.2 膜通量衰减过程及膜孔径选择配制原水浊度 100，调节进水压力 0.17MPa、膜后流量43LPM（膜面流速 3m/L） ，控制反冲周期为 10min，考察孔径
8、为0.8m、0.2m、50nm 的膜膜通量随时间的衰减变化规律。2.2.1 0.2m 氧化铝陶瓷膜通量衰减试验及数据分析图 2 0.2m 膜通量时间变化从图 2 中可以知道，整个膜通量的变化可以大致分为两个阶段,前80 分钟为第一阶段，之后为第二阶段。在第一阶段，膜通量不断衰减，从最初的 363.6L/(hm2)，降为236.4 L/(hm2)。在这一阶段，膜通量的衰减很快，但是反冲可以有效的恢复膜通量，但是随着运行时间的增加，反冲的效果越来越小。这是因为，这一阶段主要的膜污染阻力是在膜表面形成的滤饼层引起的，反冲可以有效地破坏滤饼层的形成；但同时这一阶段也是凝胶层的逐渐形成阶段，所以反冲效果
9、会逐渐降低，直到凝胶层形成后，反冲失去效果，于是开始进入第二阶段。第二阶段，膜通量基本稳定在 236.4 L/(hm2)左右，反冲效果不明显。2.2.2 0.8m 氧化铝陶瓷膜通量衰减试验及数据分析图 3 0.8m 膜通量时间变化从图 3 可以知道，前 20min，膜通量从 345 L/(hm2)一直衰减到236 L/(hm2)，之后膜通量基本稳定在 236155 L/(hm2)范围。2.2.3 50nm 氧化铝陶瓷膜通量衰减试验及数据分析图 4 50nm 膜通量时间变化从图 4 可以知道，膜通量随时间一直在降低，在最初的 10min 内衰减比较显著，从最初的 590.9 L/(hm2)降为
10、372.7 L/(hm2)，之后衰减比较平缓，2h 后基本稳定在 254.5 L/(hm2)。试验结果还显示，选用较大膜孔径，膜通量反而较低。这是因为当待分离的粒子的尺寸与膜孔相近时，由于压力作用，清水透过膜时把粒子带向膜面，极易产生堵塞作用，而当膜孔径小于粒子尺寸，由于横切流作用，它们在膜表面很难停留聚集，因而不易堵塞。因而较大的膜孔径因有更高的污染速率，反而使膜通量下降。由试验可知，50nm 膜膜通量明显大于 0.8m 和 0.2m 膜，而浊度和污染指数也较两者小，本试验中 50nm 膜分离高浊度原水优于 0.8m和 0.2m 膜。3结论及建议（1）氧化铝陶瓷膜处理高浊度水过程中，运行初期
11、膜通量随时间衰减很快，之后衰减趋于平缓，整体成线性下降趋势。无机污染对膜通量影响很大。（2）50nm 膜分离高浊度原水优于 0.8m 和 0.2m 膜，50nm 膜膜通量明显大于 0.8m 和 0.2m 膜，而浊度和污染指数也较两者小。（3）周期性反冲洗是减缓膜污染的有效方式，但这种方法不能完全清除膜污染，膜通量衰减到一定程度，需要进行化学清洗。（4）合理选择工作压力、膜面流速和反冲时间很重要。具体应用中，应综合考虑成本与效用，根据膜及原水性质的区别，通过实验选择。（5）目前，对氧化铝陶瓷膜处理高浊度水的分离机理及膜污染机理还只是初步的认识，仍需进一步研究。本文粗略探讨了0.8m、0.2m、5
12、0nm 三种不同孔径的氧化铝陶瓷膜处理高浊度水时通量随时间的衰减变化规律，并对 0.8m、0.2m、50nm 三种不同孔径的氧化铝陶瓷膜性能进行了比较，希望能为相关研究提供有益的参考。参考文献：1 Yasumoto Magara. Advanced membrane technology for application to water treatmentJ .Wat Sci Tech, 1998, 37(10):9199.2 Neytzell-de-Wilde F G, Toensend R B, Buckley C A. Proc. 1st Intl. Conf. On Inorganic Membranes. France: Montpellier,1989.113.3邢卫红，徐南平，时均.陶瓷微滤膜脱除焦化废水中的焦粉的研究.南京化工大学学报.1998，20（3）：1013.4时钧袁权.膜技术手册M.北京：化学工业出版社,2001.
