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江南,东丽纳滤膜系统在饮用水深度处理中的应用研究 赵杰1，朱列平1，胡之阳 2，邹高辉2，黄圣散2，杨瑜芳 2 (1. 蓝星东丽膜科技（北京）有限公司，北京 101318； 2. 东丽先端材料研究所（中国
时间：2024-01-08
焦点提醒：东丽纳滤膜系统在饮用水深度处置中的利用研究赵杰1，朱列平1，胡之阳 2，邹高辉2，黄圣散2，杨瑜芳 2(1. 蓝星东丽膜科技（北京）无限公司，北京 101318； 2. 东丽先端材料研究所（中国)无限公司，上海 200241)
赵杰1，朱列平1，胡之阳2，邹高辉2，黄圣散2，杨瑜芳2
(1.蓝星东丽膜科技（北京）无限公司，北京101318；2.东丽先端材料研究所（中国)无限公司，上海200241)
摘要：采取分歧预处置工艺组合的纳滤系统处置上海金泽水库水源自来水厂的保守工艺出水，考查了分歧工艺对纳滤系统的运转不变性的影响和纳滤系统对水质的晋升结果，成果注解，东丽超滤可以或许包管纳滤膜的高通量运转的不变性，同时超滤膜也表示出优良的抗污染性和高通量的特点；其系统产水不但知足最新上海市《糊口饮用水卫生尺度》DB31/T1091-2018的要求，且在无机物、重金属、消毒副产品、抗生素等污染物去除方面较着优在水厂常规深度处置，能够包管饮用水平安和健康。
要害词：纳滤，超滤，饮用水深度处置，膜处置工艺，
ApplicationofTorayNanofiltrationsystemforDrinkingwateradvancedtreatmentatShanghaiwatersupplyplant
ZHAOJie1,ZHULie-ping1,HUZhi-yang2,ZOUGao-hui2,HUANGSheng-san2,YANGYu-fang2
(1.TorayBlueStarMembrane(Beijing)Co.,Ltd,Beijing101318,China;2.TorayAdvancedMaterialsResearchLaboratories(China)Co.,Ltd.,Shanghai200241,China)
Abstract:NanofiltrationsystemwithdifferentpretreatmentprocesscombinationwasusedforimprovingthedrinkingwaterqualityinawatersupplyplantinshanghaiwithJinzeReservoirWaterSource.Theinfluenceofdifferentprocessesontheoperationstabilityofnanofiltrationsystemandtheperformanceofthenanofiltrationforimprovingthewaterqualityareinvestigated.TheresultshowedthatTorayUltrafiltrationcanensurethestabilityofnanofiltrationmembraneinhighfluxoperation.Ultrafiltrationmembranesalsoexhibitexcellentanti-pollutionandhighfluxcharacteristics.Theproductwaterqualitycouldfittotherequirementof“ShanghaiDrinkingWaterSanitationStandard”(DB31/T1091-2018),andithasobviousremovaloforganicmatter,heavymetals,disinfectionby-products,antibioticsandotherpollutants.Itcanensurethesafetyandhealthofdrinkingwater.
Keywords:Nanofiltration;Ultrafiltration;Advancedtreatmentofdrinkingwater;Membraneprocesses
1引言
当前，跟着我国经济的成长、城市化历程的加速，由此而来的水情况污染和其防治题
引发了遍及的存眷，国内饮用水源中的污染问题日趋严峻；另外一方面，为了进一步提高人们的用水平安，上海市《糊口饮用水水质尺度》以在2018年10月1日起正式公布实行，尺度增强毒理物资和消毒副生成物资等项目，今朝的常规的处置工艺的局限性更加较着。而纳滤手艺能够有用地截留原水中无机物、消毒副产品先驱物、重金属和抗生素等微量无害物资，产水平安性高，在国内市政供水行业获得愈来愈普遍的利用，也是当前自来水深度处置中特殊存眷的热门之一。
东丽公司一向努力在进步前辈膜过滤手艺的研究和开辟工作，已成功开辟了分歧系列的PVDF超滤膜、聚酰胺反渗入膜和聚酰胺纳滤膜，纳滤分手作为一项新型的膜分手手艺，是一种介在反渗入和超滤之间的压力驱动的分手膜，特殊是东丽公司率先成功研发的TMN20H-400纳滤产物，可以或许有用的脱除氯离子、硝酸盐、杀虫剂、THM先驱物资等无机物，普遍利用在年夜范围的市政饮用水、汽锅弥补水等各类市政、工业用水和饮料用水的制造、分质供水在内的多种利用范畴，能为客户带来显著的节能效应。
本研究采取东丽纳滤膜处置上海某水厂的保守工艺段出水，该水厂以金泽水库为水源，水质季候性波动较年夜，在冬季水中无机物浓度较高，本研究搭建了一套一级三段的纳滤装备，考查东丽纳滤膜在分歧预处置工艺下的运转结果和影响身分，对膜污染机制和节制办法进行研究；考查常规处置与纳滤组合工艺的优化联用，会商了纳滤系统对进一步晋升水质的可能性，以期为水厂的手艺此后的革新进级供给参考。
2材料和方式
2.1尝试材料
金泽水库位在中国上海市青浦区金泽镇西部，是上海四洪流源地之一，占上海市原水供给量的25%摆布，今朝是上海四洪流源地中独一一座利用黄浦江上游水源的水库。
闵行水厂四期采取金泽水库原水，各水质各项目标年均值根基到达《地表水情况质量尺度（GB3838-2002）》Ⅲ类水尺度。尝试中试原水为水厂砂滤出水，水质部门参数如表1所示。
表1砂滤出水部门水质目标
Tab.1Thesandfiltrationeffluentqualityduringthetest
序号
项目
单元
砂滤出水
1
浊度
NTU
0.43~0.53
2
CODMn
mg·L-1
1.80~2.20
3
pH
/
6.67~8.15
4
总硬度
mg·L-1
107~131
5
电导率
μS·cm-1
451~551
6
TDS
mg·L-1
246.6~301.4
7
SO42-
mg·L-1
66.0~80.6
8
Cl-
mg·L-1
47.6~58.2
9
Na+
mg·L-1
43.4~53.2
10
Mg2+
mg·L-1
6.3~7.7
11
CO32-
mg·L-1
<0.75
12
HCO3-
mg·L-1
62.0~75.8
13
Ca2+
mg·L-1
29.6~36.2
进厂水具有藻类、藻源性和化学品复合嗅味等季候性偏高风险，水厂出厂水无机物偏高档水质问题，以原水中无机物、微量无机物、消毒副产品、多价离子等目标偏高档问题。
2.2尝试方式
水厂今朝的清水工艺流程混凝沉淀→砂滤→臭氧活性炭的深度处置工艺，实验原水取自水厂砂滤出水，此中混凝剂采取了聚合硫酸铝。中试工艺流程如图3所示。
本研究超滤膜采取了东丽公司出产的外压式PVDF中空纤维超滤膜HFU-2020，膜面积为72m2，孔径为0.01微米，最高操作压力为150kPa,纳滤膜为TMN20H-400，有用面积37m2，膜材料为聚酰胺，对氯化钠的截留率不变在90%以上合用在以地表水和地下水为水源的盐分去除、硬度软化、微量无机物的去除等深度处置工艺。
中试别离以砂滤→纳滤和砂滤→超滤→纳滤两种工艺流程进行评价，此中超滤的过滤周期为120分钟，反洗60秒，气冲30秒，无CEB，通量为80LMH，超滤膜每次气水反洗时，水量为6.5m³·h-1，气量为6Nm³·h-1，气体压力为0.2MPa；纳滤单位设置串连的3支膜元件，运转通量为22.3LMH，系统收受接管率85%，利用的阻垢剂为美国PWT公司的TitanASD200SC，添加量为3mg·L-1，化学清洗利用的药剂一样由PWT公司供给，杀菌剂BioguardSHOCK、碱洗药剂Lavasol7和酸洗药剂Lavasol1。
图2中尝尝验流程示企图
Fig.2Thesketchofpilottestprocess
2.3测试阐发方式
CODMn采取酸性高锰酸钾法测定；浊度采取哈希2100AN浊度仪测定；UV254采取哈希DR6000分光光度计测定；TOC采取岛津TOC-LCSH总无机碳阐发仪；电导率采取哈希CDC40101电导率仪测定，阳离子目标采取安捷伦ICP-MS7800电感耦合等离子体质谱测定，阴离子目标采取万通ICMetrohmMIC测定；三氯甲烷采取岛津GC2010测定。
3成果与会商
3.1砂滤+纳滤工艺运转阐发
为了考查在以金泽水库水作为原水的常规清水工艺中，砂滤作为纳滤膜预处置的可行性，对纳滤膜的运转环境进行了阐发和总结，如图3所示。
能够看出，在约一个月的运转中，尺度化压差从35→65kPa摆布，上升约2倍。进水压力增加，压差也显著提高，脱盐率相对不变，从该膜机能转变成果猜测膜污染可能遭到无机物或胶体颗粒的污堵。
图3纳滤系统尺度化压差
Fig.3VariationofnormalizedDPofNFmembrane
对砂滤产水进行了SDII5测试阐发，从测试成果看，四次测试中有三次原水SDI15>5,第一次500ml过滤的时候年夜在60秒，同时SDI测试膜片概况附着年夜量黄色污染物，原水中含有年夜量的胶体颗粒，斟酌到全部尝试在冬季进行，水温在9度到16度之间，水厂前处置混凝沉淀的结果会遭到必然的影响，形成砂滤产水中无机和无机胶体浓度增添。
表2SDI15测试成果
Tab.2SDI15analysisresults
日期
第一次500ml
第二次500ml
SDI值
2018.12.26
87s
357s
>5
2019.1.9
74s
378s
>5
2019.1.14
33s
78s
3.85
2019.2.18
104s
450s
>5
为了考查纳滤膜元件的化学清洗后恢复结果，对中试纳滤系统进行了CIP，清洗步调为碱洗+杀菌轮回浸泡约200分钟，酸洗轮回浸泡80分钟，清洗前后的机能如图4所示，即便在约10℃的水温下进行化学清洗，膜元件也能恢复到初始机能，东丽纳滤膜的清洗恢复能力也获得了验证。
图4进水压力的转变环境
Fig.4VariationoffeedPressureafterCleaning
3.2砂滤+超滤+纳滤工艺运转阐发
斟酌到以砂滤作为预处置，纳滤系统没法不变运转，将中试的工艺改成砂滤+超滤+纳滤，起首考查了东丽超滤膜在80LMH通量、低水温、无CEB的运转环境，成果如图5所示，超滤在运转1个月中，尺度化初始压力由38.5kPa上升至60kPa，压力增加率约0.6kPa/d，，通量保持不变；以今朝较为刻薄前提下可以或许保持化学清洗周期在三个月以上，显示了东丽超滤膜的抗污染、高透水性的特点。
纳滤系统运转成果如图6所示，在改变工艺后，纳滤系统膜的尺度化压差上升较着放缓，在近一个月的运转下，尺度化压差仅增加了约9kPa摆布，压差增加率0.3kPa/d，较着低在上一阶段的1.4kPa/d，申明超滤截留了年夜部门对纳滤膜形成污堵的物资，对纳滤膜的运转不变起到了主要感化。
图5超滤在高通量下运转成果
Fig.6TheUFhighfluxoperationresult
图6纳滤系统尺度化压差的转变
Fig.6VariationofnormalizedDPofNFmembrane
3.3超滤对纳滤系统运转的影响阐发
为了研究超滤对系统的影响，对砂滤产水和超滤产水进行了LC-OCD测试，成果如图7所示，与低份子量无机物比拟，UF对高份子量生物聚合物和C-TEP具有更高的去除能力，这些物资在增进纳滤膜微生物发展方面阐扬了主要感化，东丽超滤0.01微米的孔径能够去除年夜部门颗粒胶体和高份子量无机物。
图7LC-OCD水质阐发成果
Fig.7LC-OCDanalysisresults
3.4纳滤膜产水水质和去除率确认
因为黄浦江全年水量变化较年夜，特别是冬季枯水期TDS和无机物含量有较着上升，作为黄浦江饮用水处置工艺，工艺产水水质可否到达最新上海市《糊口饮用水卫生尺度》DB31/T1091-2018的要求是工艺可行性评价尺度之一，是以对膜产水相干水质目标进行了阐发，成果如表3所示。
经由过程水质确认，纳滤产水水质完全能够达到糊口饮用水卫生尺度DB31/T1091-2018的要求，并且在对微量无机物和抗生素类物资有着较高的去除结果，在包管了系统产水的平安性的同时保存了部门人体必须的离子。
表3纳滤系统产水水质（平均值）
Tab.3TheNFpermeateWaterQuality(AverageValue)
目标
单元
纳滤
产水
纳滤
去除率
上海市糊口饮用水卫生尺度（DB31/T1091-2018）
CODMn
mg·L-1
<0.10
>93%
2
As
μg·L-1
0.02
94%
10
Cr
μg·L-1
<0.01
>95%
50
Ni
μg·L-1
0.015
99%
20
Pb
μg·L-1
0.019
83%
10
Sb
μg·L-1
0.037
98%
5
F-
mg·L-1
0.02
94%
1
NO3-
mg·L-1
2.7
56%
10
三氯甲烷
μg·L-1
<0.003
>99%
30
氨苄西林
μg·L-1
<0.005
>97%
-
阿莫西林
μg·L-1
<0.005
>88%
-
4.����APP东丽纳滤膜的现实利用案例——西安湾子水厂48000吨/天纳滤供水项目
4.1项目概况
西安湾子水厂位在陕西省高陵区泾渭工业园内，其水源取自陕西省三原县西郊水库，首要为工业园区内企业和居平易近供给出产糊口用水。水源水质的首要问题是硫酸盐超标，峰值到达650mg·L-1，远超《糊口饮用水卫生尺度》（GB5749-2006）中划定的250mg·L-1，同时总消融性固体含量也超越国度尺度，峰值到达1600mg·L-1。该水厂设想近期范围为10万m³·d-1，远期范围20万m³·d-1，采取“混凝沉淀+砂滤+超滤+纳滤”工艺，此中纳滤产水与超滤产水依照4:6比例进行勾兑后颠末加氯处置，使出厂水质到达国度尺度。
4.2纳滤项目设置装备摆设引见
水厂一期纳滤系统为12套膜组器（10备2），每套纳滤组器设想产水量为167m³·h-1，系统收受接管率为75%，设想通量为20.9LMH，膜元件选用东丽的TMN20H-400。组器采取一级两段布局：一段共有24支压力容器，单支压力容器容纳6支膜元件，总计144支膜元件；二段共有12支压力容器，单支压力容器容纳6支膜元件，总计72支膜元件，系统现场照片请见图8。
图8西安湾子水厂反渗入系统
Fig.8Xi'anwanziwaterplantrever搜索引擎优化smosissystem
纳滤系统在2018年6月初最先调试运转，初始运转时对系统运转参数和产水水质进行了评价。系统运转参数方面，进水压力为0.5-0.6MPa，能耗较低。产水水质方面，系统硫酸盐去除率年夜在98%，总消融性固体去除率年夜在90%，产水水质完万能够到达设想要求。截至今朝，纳滤系统已持续运转十六个月，运转状况杰出。
以3#纳滤系统为例，系统运转参数和水质检测成果如表4和表5所示。
表43#纳滤系统运转参数
Tab.4Operatingparametersof3#nanofiltrationsystem
测试
进水压力
段间压力
产水目标
浓水目标
一段压差
二段压差
压力
流量
压力
流量
kPa
kPa
kPa
m³·h-1
kPa
m³·h-1
kPa
kPa
①
544.2
450
19.9
161.3
434.4
55.8
94.2
15.6
②
540
450
18.9
162.1
430.9
55.7
90
19.1
表53#纳滤系统产水水质
Tab.5Permeatewaterqualityof3#nanofiltrationsystem
样品名称
碱度
硬度
HCO3/CO3
SO42-
电导率
mg·L-1
mg·L-1
mg·L-1
mg·L-1
去除率%
μS·cm-1
去除率%
纳滤进水
214.0
285.3
254.6
581.0
——
2367
——
3#一段产水
＜10
＜10
1.0
2.6
99.5
57.9
97.6
3#二段产水
16.3
＜10
19.1
12.0
99.2
217.1
95.7
3#总产水
17.5
＜10
20.4
10.9
98.1
120.1
94.9
4.3项目持久运转参数阐发
4.3.1运转压力
数据节选自2019年1月至2019年10月，运转压力随水温的转变而转变。见图9
图93#纳滤系统的进水压力转变趋向
Fig.9Operatingpressurevariationof3#nanofiltrationsystem
4.3.2系统脱盐率运转环境
纳滤系统脱盐率一直连结不变，根基不变94%摆布，包管了出水的不变水质,见图10.
图103#纳滤系统脱盐率转变趋向
Fig.10Saltrejectionratevariationof3#nanofiltrationsystem
4.3.3纳滤系统收受接管率
处在节水的考量和系统不变运转的考量，系统运转收受接管率连结在75%摆布，到达了的设想要求，同时也连结了系统的不变运转,见图11。
图113#纳滤系统收受接管率转变趋向
Fig.11Recoveryvariationof3#nanofiltrationsystem
5结论
本研究采取东丽超滤膜和纳滤膜对以金泽水库为原水进行砂滤+超滤+纳滤工艺中试评价，切磋了超滤膜对纳滤系统的需要性和纳滤系统对水中微量无害物资的去除结果，获得以下相干结论：
（1）成果证实今朝对中国年夜大都水厂，砂滤+超滤+纳滤的手艺线路更加可行；而砂滤+纳滤处置工艺对原水水质和前处置节制要求高，具有局限性和不不变性。
（2）东丽超滤膜具有杰出的抗污染机能，以砂滤处置水为原水，在较低水温下，过滤周期120分钟，反洗60秒，气冲30秒，无CEB，通量为80LMH前提下能够实现不变运转。
（3）东丽纳滤膜出水不但知足最新上海市《糊口饮用水卫生尺度》DB31/T1091-2018的要求，同时对无机物、重金属、消毒副产品、抗生素等污染物有着极高的去除结果，可以或许包管出水水质平安健康。
（4）西安湾子水厂的运转，注解了东丽纳滤膜元件在自来水供水中可以或许包管产水水质的延续不变，完全合适并优在国度饮用水尺度。同时运转压力较低，节能降耗。
参考文献
[1]东丽膜产物手艺手册（2018年版）
[2]MinegishiS.,JangN.Y.,WatanabeY.,HirataS.,OzawaG.(2000),FoulingmechanismofhollowfiberUFmembranewithpretreatmentbycoagulation/sedimentationprocess.
[3]ZhuL.P.,WangL.H,HuangS.S,YangY.F.,SugitaK.,KimuraM.,HighlydurablelowfoulingROmembraneanditsapplication,IDAWC/TIAN13-406
[4]HuangS.S.,YangY.F.,NakatsujiK.,TakabatakeH.,OkabeJ.,KimuraM.,ZhuL.P.,NewROMembranewithImprovedFoulingResistantandLowEnergyConsumptionforWastewaterReclamation,2019IWA-MTC/France.
