清洗方案：纯水清洗5min→0.1 mol/L NaO H+ 0.1íTA清洗30 min→0.01%十二烷基硫酸钠清洗15 min，清洗效果见表3。经清洗后膜的性能已基本恢复。

2.3 超滤效果

在温度30 ℃、压力0.3 MPa、水透过率98%的操作条件下，超滤结果如表4所示。

经过超滤后，CODCr的截留率为61%，BOD5的截留率为22%，滤过液的BOD5/CODCr为0.59，有很好的生物可处理性，可采用好氧、厌氧、好氧-厌氧联合法处理。

浓缩液的固形物含量为181 g/L，与硫酸盐浆黑液的固形物含量(国外一般为14%～20%［4］)大致相同；燃烧热为15.70kJ/g，高于硫酸盐浆黑液的平均值13.49～15.35kJ/g［4］，可以进入碱回收工段处理。

3 结论

① PES 200膜适于处理SCMP废水，清洗后通量可恢复98%。

② 超滤浓缩液的固形物含量为181g/L，燃烧热为15.70kJ/g，达到了碱回收工段的要求 。

③ 超滤浓缩液的BOD5/CODCr为0.59，具有很好的生物可处理性。

参考文献：

［1］蒋其昌.造纸工业环境保护概论［M］.北京：轻工业出版社，1992.181. ［2］American Public Health Association.Standard Methods for the Examin ation of Water and Wastewater［S］.17th ed.Washington，1989. ［3］ 刘昌盛，邬行彦，潘得维等.膜的污染与清洗［J］.膜科学与技术，1996，1 6(6)：25-30.

［4］陈淑桃，葛尚乾，董若琳等译.碱法制浆化学药品的回收［M］.北京：轻工业出版社，1991.10-15.

超滤与低污染反渗透膜在市政废水回用方面的应用

摘要：市政废水回用工程中的膜污染引起人们对废水回用设计和运行的担忧。膜污染是因为在进行二级处理之后，市政废水还含有高浓度的悬浮物、胶体和高水平的生物活性。使用膜技术处理市政废水需要在反渗透系统之前进行非常好的预处理。传统的建立在消毒、絮凝、澄清和介质过滤之上的多级处理步骤，还是对反渗透膜有非常高的潜在污染。大量的现场中试和商业反渗透系统应用结果表明不管膜材料是醋酸纤维素还是复合聚酰胺，污染速度都非常快。为维持设计的产水量，膜必须频繁进行清洗。近来一种新的预处理技术用到了市政废水的反渗透工艺上，它由可反洗的中空纤维结构的微滤和超滤膜组成。这种膜预处理系统能处理二级排放水并能保持稳定的过滤水量和操作压力。中空纤维膜出水中胶体和悬浮物含量比传统的预处理工艺出水低很多。在使用膜预处理的废水回用厂，反渗透膜的污染速度大幅下降。采用低污染复合膜LFC1之后，反渗透膜污染速度下降得更多。在低污染膜中，脱盐层改进为更具亲水性表面并且降低了其对溶解性有机物的亲合力。在市政水回用系统中使用低污染膜的运行结果表明，其污染速度比清洁地下水源的RO系统还低。低污染速度归功于溶解性有机物在LFC1亲水性表面较低的吸附力。很明显在低污染膜中，吸附的溶解性有机物层和膜表面之间的亲合力相对较弱。本文描述低污染膜技术的性能并比较传统和中空纤维膜预处理的不同结果。市政废水回用系统的性能将与传统膜技术进行比较。中空纤维超滤膜预处理市政二级排水并使运行参数最优化的结果也将在本文中细述。

传统预处理

传统处理市政废水的反渗透系统中，膜污染导致透过水量的降低。这表现为需要明显增加压力才能维持设计透水通量。经过二级处理的市政排水含有高浓度的胶体物质、悬浮物和溶解性有机物。二级处理过程通常包括生物处理（活性污泥澄清），导致排水中高水平的生物活性。在进入反渗透系统之前，应降低二级排水中胶体和固体物质并抑制生物活性。传统预处理的一个典型结构如图1，是目前建在洛杉矶桔县21水厂（WF21）的5mgd反渗透系统的三级预处理流程图。目前的预处理工艺是在原始设计基础上发展、改进和简化后的流程（1）。预处理包括絮凝、石灰澄清、用CO2再次碳酸化沉淀和慢速重力过滤。采用加氯法控

制生物活性。石灰澄清是提高给水水质非常有效的方法，但是太昂贵，占地面积大且产生难以排放的淤泥。在一些更小的系统中，石灰澄清和重力过滤由在线絮凝取代，然后是二级压力过滤和精密过滤。在21水厂，回用系统主要选择由醋酸纤维素制成的反渗透膜，这种膜在运行期间污染迅速。图2和图3是21水厂醋酸纤维素膜的运行结果。给水压力（图2）最初是200psi左右，在一段时间后不得不升至260psi以维持正常的透水量，在短时期内给水压力又不得不升至300psi以上。给水压力持续上升，即使每2至3星期就清洗一次膜也是如此。但是脱盐率始终稳定在94-96%水平上（图3）。在21水厂进行过大量的现场试验来评估复合膜在废水回用方面的适用性。令人鼓舞的是明显的高水通量、低给水压力、低电能消耗和高脱盐率。超低压复合聚酰胺膜ESPA在21水厂有代表性的运行结果请见图4、5、6。ESPA膜的给水压力初始为60psi，比200psi的醋酸纤维素膜低得多（图4）。然而为维持设计水通量，给水压力也不得不升至300psi以上，这相当于特性水通量下降80%以上。频繁的清洗也没有能够缓和水通量减少的问题。同醋酸纤维膜的运行一样，ESPA的脱盐率稳定在97%左右（图5）。考虑到给水中含有2-6ppm的总氯（以氯胺的形式），这个结果非常突出。RO给水中氯胺的存在似乎控制了生物活性并阻止细菌在RO系统中生长。在运行两年间，膜间压降保持稳定（图6）。快速污染和通量下降等上述结果清楚表明传统的预处理工艺在处理市政排水时不能提供足够好的水质给RO系统。

膜预处理

过去已有使用超滤膜做为RO预处理工艺的绝对屏障（2）。超滤和微滤膜有能力生产出比传统预处理工艺好很多的水质。然而传统的卷式结构超滤膜不适合处理高污染的废水。膜表面没有严重污染和给水通道没有堵塞时，超滤膜也不能在高水通量下运行。高错流给水流速，需要降低浓差极化，从而导致高电量消耗。频繁膜清洗非常繁琐且不能有效恢复透水通量。近来中空纤维结构的新超滤技术开始出现（3）。纤维丝孔内径为0.7-0.9mm，外径为1.3-1.9 mm。商业用中空纤维膜有两个新特性：

1． 纤维丝频繁、短时、自动地进行冲洗（或有些组件反洗），使系统在短期脱机时能保持稳定的透水通量；

2． 能在非常低的错流流速下运行，即使在直流过滤模式时也如此。

相比传统过滤器反洗，中空纤维丝超滤膜脉冲清洗的脱机时间非常短。频繁脉冲清洗的结果是稳定的透水通量。给水压力范围是5-20psi。新预处理方式的主要优势在于膜技术的本质：给水与透水之间膜屏障的存在，使胶体物质与病菌下降几个log值。在市政废水回用应用中，新型可反洗中空纤维膜预处理取代石灰澄清、介质过滤、保安过滤器。二级排水有非常高的污染潜在性，且中空纤维膜技术的应用需要合适的膜种类和运行条件以维持可靠性能。在实地条件下我们发现亲水性聚合物制成的中空纤维丝膜比传统的厌水性材料受溶解性有机物的污染倾向小。但即使是亲水性纤维膜，清洗之间的运行周期也太短，只能持续几天。然而在中空纤维膜系统之前的二级排水中加入絮凝剂，运行周期可以明显延长。图7为海德能HYDRAcap?中空纤维超滤膜在San Luis Rey( Oceanside)废水回用厂的运行结果。该图示有为维持稳定过滤通量所需的压力值。膜组件以直流过滤模式运行，通量为32gfd。最初几天内给水压力急速上升。每3-5天需要进行一次膜清洗。然而，在超滤系统给水中加入氯化铁FeCl3之后，运行周期延长

至30天以上。这样明显的性能提高的原因目前还不十分清楚，推测为Fe(OH)3在纤维丝表面形成高透水的多孔弹性层，吸收有机物并吸引胶体物质。在反洗步骤中，此层脱离膜表面并从纤维丝中冲掉。目前实验还在进行以便更清楚此过程原理。中空纤维膜能完全除去胶体，但对TOC的去除率不高。用中空纤维膜进行预处理，在市政排水系统中使用ESPA膜的性能见图 8。初始给水压力约70psi并且迅速增加到140psi，之后稳定下来并且在运行一年半期间随着给水温度的变化而波动。最初透水量衰减约60%，然而明显低于采用传统预处理的同种膜水通量85%的衰减量。使用中空纤维膜做RO系统的预处理使复合膜在废水回用领域得以应用，使之比使用醋酸纤维膜的操作压力更低、脱盐率更高。

低污染反渗透膜

相比传统的复合聚酰胺膜 ，最近推出的低污染复合膜LFC1，具有亲水性膜 表面且膜表面不带电荷。亲水性表面降低了给水中有机物质在膜表面的吸附。LFC1膜在21水厂和San Pasqual 水处理设备厂，以中空纤维膜做预处理，处理市政排水。在San Pasqual的运行结果见图9。LFC1膜的特性水通量小于ESPA的特性水通量。因此，初始压力约为90psi，稍高于同样运行条件下ESPA膜的操作压力。然而在运行期间压力始终保持稳定，水通量在12gfd。在运行后期水通量逐步升到17 gfd，这样的水通量对于废水处理系统来说是非常高的，因为废水反渗透系统通常设计的平均水通量为10gfd。图10为特性水通量的计算值。结果表明在初期下降约15%后，特性水通量在运行期内一直保持稳定。由于膜性能的稳定性，在这八个月的运行期内，膜元件没有进行清洗。在运行期结束后，LFC1膜在标准测试条件下进行了一次测试，结果概括在表1中。相比于厂外的测试数据，八个月运行后的平均水通量下降约为10%。由0.5%NaOH溶液循环的清洗步骤可使水通量完全恢复。