曹倩倩，王 鵬，門 振

(1.博興縣環(huán)境保護(hù)局，山東 濱州 256600；2.京博農(nóng)化科技股份有限公司，山東 濱州 256600；3.山東京博控股股份有限公司，山東 濱州 256600)

大孔離子樹脂在管式膜物理清洗中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究

曹倩倩1，王 鵬2，門 振3

(1.博興縣環(huán)境保護(hù)局，山東 濱州 256600；2.京博農(nóng)化科技股份有限公司，山東 濱州 256600；3.山東京博控股股份有限公司，山東 濱州 256600)

隨著管式膜技術(shù)不斷成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，目前管式膜已被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，但管式膜的應(yīng)用普遍存在污染而導(dǎo)致膜性能不斷下降的問題。膜清洗作為解決膜污染問題中重要的一環(huán)，是保證膜正常運(yùn)行的關(guān)鍵。選擇合適的膜污染清洗方法對(duì)膜的實(shí)際應(yīng)用有重大意義。本文以大孔樹脂作為固-液清洗中的清洗粒子對(duì)某污水廠MBR工藝產(chǎn)生的污染后的管式膜后進(jìn)行清洗處理的中試試驗(yàn)研究。分別進(jìn)行清水沖洗及固-液混合清洗，通過測(cè)定膜的通量，考察了不同清洗方法的清洗效果。通過實(shí)驗(yàn)研究表明：以大孔樹脂作為固-液清洗中的清洗粒子的清洗方法可行，確定最佳的工藝條件為清洗循環(huán)流量700 L/h，清洗粒子濃度40 g/L，清洗時(shí)間15min，此時(shí)膜通量恢復(fù)率達(dá)90.7%。

管式膜；大孔樹脂；清洗；膜通量

隨著管式膜技術(shù)不斷成熟，其應(yīng)用越來越廣泛，尤其以污水處理中得到了大量應(yīng)用，但管式膜的應(yīng)用普遍存在污染而導(dǎo)致膜性能不斷下降的問題，尤其以高濃度污泥中MBR裝置膜的污染問題更為突出，這一問題嚴(yán)重限制了管式膜的使用壽命?；瘜W(xué)清洗作為清洗膜常用的一種方式，對(duì)膜分離性能影響較大，嚴(yán)重縮短其使用壽命，而且化學(xué)藥劑的消耗量比較大，本實(shí)驗(yàn)主要以物理方法對(duì)污染管式膜的清洗效果為研究?jī)?nèi)容，通過膜通量恢復(fù)率檢測(cè)膜分離性能的恢復(fù)率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并安裝了一套管式膜清洗裝置，作為清洗污染管式膜的物理清洗裝置。本文以大孔樹脂作為固-液清洗中的清洗粒子對(duì)某污水廠MBR工藝產(chǎn)生的污染后的管式膜后進(jìn)行清洗處理的中試試驗(yàn)研究。分別進(jìn)行清水沖洗及固-液混合清洗，通過測(cè)定膜的通量，考察了不同清洗方法的清洗效果。同時(shí)通過中試實(shí)驗(yàn)，確定清洗方法的運(yùn)行參數(shù)，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供工藝參數(shù)選擇和運(yùn)行依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)裝置均為自行設(shè)計(jì)并安裝，裝置示意圖如圖1所示，具體實(shí)物裝置如圖2所示。

A、泵；B、液體流量計(jì)；C、壓力表；D、攪拌器；E、循環(huán)回收器；F、射流器；G、管式膜組件；H 料液罐；I～P 閥門

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)中管式膜的來源：某污水處理廠MBR裝置中污染程度相同的管式膜。

實(shí)驗(yàn)中大孔離子樹脂的來源：某離子樹脂生產(chǎn)廠家，具體參數(shù)如表1。

表1 大孔離子樹脂參數(shù)

1.2 測(cè)試指標(biāo)和測(cè)試方法

膜通量：中華人民共和國(guó)海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中空纖維微孔濾膜測(cè)量。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1)把污染膜組件安裝在管式膜清洗系統(tǒng)中，在壓力為0狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥門控制清洗循環(huán)流量分別在500、600、700、800 L/h下循環(huán)清洗，測(cè)量膜通量恢復(fù)率檢測(cè)清水沖洗對(duì)污染管式膜的清洗效果；

2)把污染膜組件安裝在管式膜清洗系統(tǒng)中，在清洗循環(huán)流量為500L/h，清洗粒子濃度分別為10、20、30、40、50和60g/L下清洗，檢測(cè)膜通量恢復(fù)率，尋找最佳的清洗粒子濃度；在該清洗粒子濃度下，控制清洗循環(huán)流量為500、600、700、800 L/h尋找清洗污染管式膜最佳的清洗循環(huán)流量；設(shè)定清洗粒子濃度和清洗循環(huán)流量，測(cè)量膜通量恢復(fù)率檢測(cè)污染膜的清洗效果，尋找合適的清洗時(shí)間。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 清水清洗對(duì)膜通量恢復(fù)率的結(jié)果研究

把污染膜組件安裝在管式膜清洗系統(tǒng)中，把去離子水加入料液罐H中，啟動(dòng)循環(huán)泵A1，調(diào)節(jié)閥門K(液體流量計(jì)讀數(shù))控制清洗清洗的水循環(huán)流量，打開閥門M即可實(shí)現(xiàn)清水沖洗。調(diào)節(jié)閥門控制清洗循環(huán)流量分別在500、600、700、800 L/h下循環(huán)清洗，測(cè)量膜通量恢復(fù)率檢測(cè)清水沖洗對(duì)污染管式膜的清洗效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同循環(huán)清水流量對(duì)膜通量恢復(fù)率變化曲線

圖3為膜通量恢復(fù)率隨清洗循環(huán)流量變化曲線圖。清洗系統(tǒng)循環(huán)清洗流量從500 L/h增加至800 L/h，膜通量恢復(fù)率從21.1%增加到23.6%，僅提高了2.5%。從上圖可以看出，膜通量恢復(fù)率隨著清洗循環(huán)流量的增加而提高，增加幅度很小，這是由于清洗循環(huán)流量增大，膜表面剪切力增大，污染物更容易脫離膜表面。當(dāng)清洗循環(huán)流量<700 L/h，膜通量恢復(fù)率隨著清洗時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小，表明清水沖洗對(duì)膜表面污染物的去除有限。

2.2 清洗粒子濃度對(duì)固-液混合清洗膜通量恢復(fù)率的影響結(jié)果

把清洗粒子放入循環(huán)回收器E，將去離子水加入料液罐H中，啟動(dòng)循環(huán)泵A1，調(diào)節(jié)閥門K(液體流量計(jì)讀數(shù))控制清洗清洗的水循環(huán)流量，打開閥門L和閥門N。清洗循環(huán)清洗中的清水高速?gòu)膰娮靽姵鲈诨鞖馐倚纬烧婵?，與射流器F相連的循環(huán)回收器E中的清洗粒子及液體在大氣壓的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入射流器F并隨液流進(jìn)入清洗系統(tǒng)。開啟攪拌器D，通過調(diào)節(jié)攪拌器的轉(zhuǎn)速控制清洗粒子進(jìn)入清洗系統(tǒng)的濃度分別為10、20、30、40、50和60 g/L下清洗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 膜通量恢復(fù)率變化與清洗粒子濃度曲線

圖4為清洗循環(huán)流量為500 L/h時(shí)，通量恢復(fù)率隨清洗粒子濃度增加的變化曲線。從上圖看出在清洗循環(huán)流量為500 L/h時(shí)，膜通量恢復(fù)率隨著清洗粒子濃度的增加呈線性增加。當(dāng)清洗粒子濃度小于30g/L時(shí)，通量恢復(fù)率較小，只有膜初始通量的60%左右；當(dāng)清洗粒子濃度大于30 g/L時(shí)，膜通量恢復(fù)率并沒有較大增長(zhǎng)，從圖中看出清洗粒子濃度在50g/L與60 g/L，通量恢復(fù)率僅僅相差0.3%，表明在液體循環(huán)流量較低時(shí)，單獨(dú)的增加清洗粒子濃度不能深度清洗膜表面的污染物，可能是清洗中清洗粒子濃度增多，每個(gè)清洗粒子獲得的能量減少，清洗粒子相互碰撞致使能量損失較多，導(dǎo)致對(duì)膜表面污染物作用力較小。依據(jù)上圖所示，清洗清洗中清洗粒子的最佳濃度為40 g/L。

2.3 清洗循環(huán)流量對(duì)固-液混合清洗膜通量恢復(fù)率的影響結(jié)果

按照上述固-液混合清洗方法，控制清洗粒子濃度為40 g/L下，控制清洗循環(huán)流量為500、600、700、800 L/h，尋找清洗污染管式膜最佳的清洗循環(huán)流量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 通量恢復(fù)率變化與清洗循環(huán)流量曲線

圖5為清洗粒子濃度為40 g/L時(shí)，不同清洗循環(huán)流量下膜通量恢復(fù)率曲線圖。從圖中看出，膜通量恢復(fù)率隨著液體循環(huán)流量的增加而增加，當(dāng)清洗循環(huán)流量小于700 L/h時(shí)，膜通量恢復(fù)率呈線性增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的幅度較大；當(dāng)清洗循環(huán)流量超過700 L/h時(shí)，膜通量的恢復(fù)率的增長(zhǎng)幅度較小，與700 L/h時(shí)的通量恢復(fù)率相差不大，表明清洗循環(huán)流量增大，清洗粒子運(yùn)動(dòng)速度加快對(duì)膜清洗的貢獻(xiàn)不大。從上圖得出膜清洗最佳的液體循環(huán)流量為700 L/h。

2.4 清洗時(shí)間對(duì)固-液混合清洗膜通量恢復(fù)率的影響結(jié)果

圖6 通量恢復(fù)率變化與清洗時(shí)間曲線

按照上述固-液混合清洗方法，控制清洗粒子濃度為40 g/L、清洗循環(huán)流量為700 L/h，改變清洗時(shí)間，確定最佳清洗時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6為清洗循環(huán)流量為700 L/h，清洗粒子濃度為40 g/L，膜通量恢復(fù)率隨清洗時(shí)間的變化曲線圖。從圖中看出膜通量恢復(fù)率隨著清洗時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)清洗時(shí)間超過15min后，膜通量恢復(fù)率有下降的趨勢(shì)，表明延長(zhǎng)清洗時(shí)間對(duì)膜通量恢復(fù)率沒有提高，污染膜最佳的清洗時(shí)間為15min時(shí)，清洗效果較好，通量恢復(fù)率達(dá)90.7%。

3 結(jié)論

(1)清水清洗對(duì)管式膜的清洗效果較差，膜通量恢復(fù)率隨著清洗循環(huán)流量的增加而提高，但增加幅度很小，表明清水沖洗對(duì)膜表面污染物的去除有限。

(2)固-液清洗方法對(duì)管式膜的清洗效果較好，且清洗粒子濃度對(duì)清洗效果影響較大，但當(dāng)清洗粒子濃度大于30 g/L時(shí)，膜通量恢復(fù)率并沒有較大增長(zhǎng)，因此清洗中清洗粒子的最佳濃度為40 g/L。

(3)清洗循環(huán)流量對(duì)膜通量的恢復(fù)率的影響較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明清洗循環(huán)流量超過一定范圍后，清洗粒子運(yùn)動(dòng)速度加快對(duì)膜清洗的貢獻(xiàn)不大，因此膜清洗最佳的液體循環(huán)流量為700 L/h。

(4)結(jié)果表明，膜通量恢復(fù)率隨著清洗時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)清洗時(shí)間超過15min后，膜通量恢復(fù)率有下降的趨勢(shì)，表明延長(zhǎng)清洗時(shí)間對(duì)膜通量恢復(fù)率沒有提高，污染膜最佳的清洗時(shí)間為15min時(shí)，清洗效果較好，通量恢復(fù)率達(dá)90.7%。

[1] 劉忠洲,續(xù)曙光,李鎖定.微濾-超濾過程中的膜污染與清洗[J].水處理技術(shù),1997,23(4):187-193.

[2] Gao W,Liang H,Ma J,et al.Membrane fouling control in ultrafiltration technology for drinking water production: A review[J]. Desalination,2011,272(1-3):1-8.

[3] 劉恩華,環(huán)國(guó)蘭,杜啟云,等.一種有效的膜清洗方法-海綿球管式膜清洗系統(tǒng)研究[J].膜科學(xué)與技術(shù),2003,23(6):65-68.

[4] Weis A,Bird M R,Nystr?m M.The chemical cleaning of polymeric UF membranes fouled with spent sulphite liquor over multiple operational cycles[J]. Journal of Membrane Science,2003,216(1-2):67-79.

(本文文獻(xiàn)格式：曹倩倩，王 鵬，門 振.大孔離子樹脂在管式膜物理清洗中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究[J].山東化工,2017,46(15):179-181.)

Experimental Study on Application of Macroporous Ion Resin in Physical Cleaning of Tubular Membrane

CaoQianqian1,WangPeng2,MenZhen3

(1.Boxing Environmental Protection Bureau,Binzhou 256600,China;2.Jingbo Agrochenicals Technology Co., Ltd. ,Binzhou 256600,China;3.Shandong Jingbo Holdings Co., Ltd. ,Binzhou 256600,China)

With the continuous development of tubular film technology,application areas continue to expand,the current tubular film has been widely used in various industries,but the application of tubular film pollution caused by the continuous decline in membrane performance problems. Membrane cleaning as an important part of the problem of membrane fouling is to ensure the normal operation of the membrane key.Choosing the appropriate membrane cleaning method is of great significance to the practical application of the membrane. In this paper,the macroporous resin as a solid-liquid cleaning of the cleaning particles in a sewage plant MBR process after the pollution of the tubular membrane after cleaning the pilot test study. Respectively,the water rinse and solid-liquid mixture cleaning,by measuring the flux of the membrane,investigated the cleaning effect of different cleaning methods. The optimum conditions were as follows: the cleaning flow rate was 700 L/h,the cleaning particle concentration was 40 g/L,the air velocity was 36 L/h,and the cleaning conditions were as follows: Cleaning time 15min,when the membrane flux recovery rate of 90.7%.

tube film；macroporous resin；cleaning；membrane flux

2017-06-20

曹倩倩(1986—)，女，山東濱州人，工作于博興縣環(huán)境保護(hù)局，助理工程師。

X703.1

A

1008-021X(2017)15-0179-03