超滤净化及其出水不结硬垢分析.docVIP

超滤UF的净化效果及其出水不结硬垢分析 摘　要：利用超滤对自来水进行了深度处理试验，对其去除效果进行了比较和分析，同时重点探讨了超滤出水不结硬垢的现象及其原因。 关键词：超滤；饮用水；硬垢 超滤技术自20世纪60年代以来，从一种实验规模的分离手段很快发展成为重要的工业单元操作技术，已应用于食品、医药、水处理以及新兴的生物技术等领域。超滤是在压差推动下进行的筛孔分离过程，一般能够截留500×104 u＜分子量＜100×104 u的物质。超滤膜多数为非对称膜，由一层极薄(通常仅0.1～1 μm)而具一定孔径(大致在0.005～1 μm)的表皮和一层较厚(通常为125 μm)而具海绵状或指状结构的多孔层组成。前者起筛分作用，后者主要起支撑作用。 1 超滤机的深度处理效果 　　在不同的公寓里安装同一种超滤机进行了试验，其结果见表1。 表1　不同公寓使用超滤机的净化效果 水质项目 A公寓 B公寓 进水 出水 进水 出水 浊度(NTU) 0.40 0.32 0.60 0.24 CODMn(mg/L) 2.16 2.08 1.90 1.68 TOC(mg/L) 　 　 0.66 0.63 细菌总数(个/mL) 3 0 60 0 　　对同一超滤机的进、出水进行离子和电导率检测，结果见表2。 表2　超滤机进、出水的电导率与离子变化 项目 阳离子(mg/L) 阴离子(mg/L) 电导率(μS/cm) Ca2+ Mg2+ Na+ K+ SO42- NO3- Cl- F- 进水 13.84 3.38 8.49 3.32 8.70 3.92 11.7 42.82 149 出水 13.77 3.25 8.47 3.27 8.76 3.97 11.77 2.89 154 　　同时，还对同一品牌的超滤机在不同城市中(以A市和B市为例)的使用效果进行了比较(见表3)。 表3　超滤机对不同城市自来水的净化效果 测试项目 A市 B市 原水 出水 去除率(%) 原水 出水 去除率(%) CODMn(mg/L) 0.77 0.68 11.7 2.14 1.99 7.0 浊度(NTU) 0.40 0.35 12.5 2.96 2.88 2.7 细菌总数(个/100mL) 12 0 100 　 　 　 TOC(mg/L) 　 　 　 3.60 1.59 　 DOC(mg/L) 　 　 　 1.59 1.59 　 TOC-DOC(mg/L) 　 　 　 2.01 0 100 注：TOC是总有机碳，DOC是溶解性有机碳，二者的差值表示胶体的含量。 　　综合上述试验结果分析如下：　　①超滤机对原水中的胶体和细菌去除效果较好，对胶体的去除率为100%。　　②超滤机对浊度、CODMn的去除效果不太显著，对离子去除几乎无效果。 2　超滤机出水的结垢状况 　　试验原水采用北京清华大学校内自来水，采用工艺1和2进行比较(见图1)，经过两个月的连续运行，对平板膜(TS40膜)(一种超低压反渗透膜)表面材料进行了X射线能谱分析(EDX)和扫描电镜(SEM)观察。 2.1　EDX分析　　用EDX分析方法对平板膜上结垢元素进行了定量分析，其结果见表4。 表4　平板膜结垢的EDX分析结果 元素组成 工艺1 工艺2 Al 11.86 0 Si 27.66 0 Ca 5.02 0 Fe 46.89 1.40 Cu 8.57 9.727 Ni 　 1.32 注表中的数据为膜垢的元素重量百分比(%)。 　　结果表明，清华大学内自来水经过超滤机处理后，去除了绝大多数胶体，同时能使膜垢中的Al、Si、Ca、Fe元素含量显著降低，使出水结垢现象大为改善。分析认为，这是因为有胶体存在时，Al、Si、Ca、Fe元素很容易形成胶团；当经过超滤处理后，胶团被去除，这些元素即使存在也是以离子形式透过平板膜，不会在膜表面形成垢体。长期使用后，即使形成结垢，也是产生洁白而松散的碳酸盐(软垢)。2.2　SEM分析　 扫描电镜(SEM)能够直接观察样品表面的立体结构，并且具有明显的真实感(见图2、3)。 　　　 　　由图2、3可以看出，工艺2比工艺1的膜表面明显减少了许多沉积物，表明超滤机可以有效地去除大部分胶体和一些凝聚物。　　另据在居住小区对使用超滤机的效果进行了观察和分析，尽管煮开水所产生壶垢的主要成分是一些碳酸盐，但碳酸盐一般都是一些松散白色粉末，本身并不带其他任何颜色。在实验室里也用去离子水配成氢氧化钙溶液装在烧杯里进行煮沸，结果形成的也是白色的碳酸盐软垢。一般情况下，造成水壶或锅炉结硬垢(hard scale)的关键原因是水中含有能使碳酸盐相互粘结成块，并能和容器紧紧地结合在一起的胶体、细菌和有机物等粘性物质。自来水经超滤机过滤后，尽