水厂超滤系统中非均质PTFE和PVDF中空纤维复合膜运行阻力和膜污染对比研究.pdf

各种材质的超滤膜已广泛应用于各大净水厂中，不同材质超滤膜的运行阻力、跨膜压差、膜通量会随着膜污染和清洗方式的不同而出现显著差异.以非均质聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜为研究对象，系统对比了两种膜在自来水厂长期应用过程中的运行阻力和膜污染情况，分析了不同化学清洗剂对两种膜的清洗效果，旨在为该水厂超滤系统长期稳定运行提供一定的借鉴意义.研究结果表明，相比于PVDF膜，PTFE膜不仅拥有较低的固有阻力和膜污染阻力，而且在近5年同等压力参数运行过程中，平均膜通量达到54.07L/（m h），是PVDF膜的1.41.5倍.Fe、A l 等高价阳离子的无机污染物以及金属有机络合物在膜表面的沉积是PTFE膜阻力增加的主要因素；无机胶体和有机大分子在膜表面的堆积以及有机小分子污染物在膜孔内部的吸附是PVDF膜阻力增加的主要原因.柠檬酸(CA)和盐酸（HCI)溶液作为单一清洗剂，对PTFE膜通过配合络合协同作用，在清洗金属沉积物的同时，可以将有机金属络合物协同剥离膜表面，产生很好的清洗效果；单一清洗剂包括CA、H C I 和氢氧化钠(NaOH)溶液，均很难同时去除PVDF膜表面的污垢和堵塞在膜孔内部的污染物，清洗效果有限。关键词：超滤；聚四氟乙烯；聚偏氟乙烯；膜阻力；膜污染中图分类号：TQ028；T U 9 9 1.2；X52 2文献标志码：A文章编号：10 0 7-8 9 2 4（2 0 2 3)0 4-0 0 9 9-11doi:10.16159/ki.issn1007-8924.2023.04.013超滤是指以膜两端的压力差为驱动力，利用多孔分离膜分离去除水中胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质从而改善水质的膜分离技术，其具有占地小、能耗低、产水稳定、没有二次污染等优点，被认为收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 2；修改稿收到日期：2 0 2 3-0 3-2 3基金项目：国家自然科学基金联合基金重点项目（U1809213）；国家自然科学基金面上项目（NSFC-21975222）第一作者简介：张祚群（1996-），男，江西上饶人，硕士生，研究方向为膜水处理技术通讯作者，E-mail:引用本文：张祚群，苏功建，高扬，等.水厂超滤系统中非均质PTFE和PVDF中空纤维复合膜运行阻力和膜污染对比研究J膜科学与技术,2 0 2 3，43（4)：9910 9.Citation:Zhang Z Q,Su G J,Gao Y,et al.Study on the operational resistance and pollution of PTFE and PVDF hollow fi-ber composite membranes in submerged filtration systems of drinking water plantsJJ.Membrane Science andTechnology(Chinese),2023,43(4):99109.扬，郑祥3，薛立新1是第三代水处理工艺1，已广泛应用于国内城镇各自来水厂.超滤膜作为水厂超滤系统中的关键组件，影响着净水系统的产水量、产水水质以及能耗2 ，膜污染和膜清洗方式对膜的长期使用起到了关键性的100作用3-4，研究净水厂中长期运行的超滤膜的污染情况及清洗方式具有重大意义.膜污染是指在膜运行过程中,处理液中的微粒、胶体粒子、溶质大分子存在与膜的物理化学相互作用和机械作用而沉积在膜表面或吸附在膜孔内部造成膜孔堵塞从而引起膜通量的衰减和跨膜压差升高的过程.造成膜污染的主要原因可以分为两方面5：从热力学角度来说，膜表面倾向于从周围介质中捕获污染物微粒，实现表面吉布斯自由能的降低；从物理化学相互作用来说，膜污染是膜和污染物、污染物和污染物复杂的相互作用过程.影响膜分离过程的膜污染物主要分为3类：一类是颗粒物污染，粒径大于膜孔的颗粒物在膜表面累积，长时间的过滤使得颗粒物在膜表面形成一层污染结垢6-7 ,通常称之为滤饼层，其主要由无机胶体和高分子有机物组成；第二类是以溶解性小分子有机物为主的污染物，主要是指来自于原水中天然有机物形成的污染，常常吸附于膜孔内部8-91；第三类是生物有机污染，以原水中藻类物质及其胞外分泌的有机物为主10-11.对于不同原水处理条件和膜材料，造成膜通量的衰减和跨膜压差升高的主要污染物不尽相同12-14，因此针对不同材质的超滤膜，分析其污染物的主要成分，开发最佳清洗方式对超滤净水系统的长期稳定运行具有一定参考意义.本文通过对比在宁波江东自来水厂10 0 0 0 t/d的浸没式超滤系统中长期服役的非均质聚四氟乙烯(PTFE)超滤膜（简称“非均质PTFE)和聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的运行通量和跨膜压差变化，分析比较膜阻力变化的机理，并进一步通过评估进水阀进水膜组件至中和水池排药阀膜科学与技术PVDF、PT FE复合膜的运行特性及污染情况，对比盐酸(HCI）、烧碱（NaOH）、柠檬酸（CA)等化学清洗剂对两种膜的清洗效果，提出了两种膜的清洗方案，旨在为该水厂的超滤系统长期稳定运行提供一定的支持和借鉴意义.1实验部分1.1实验材料盐酸(HCI)，质量分数36%38%，国药集团化学试剂有限公司；一水合柠檬酸（CH.O7H,O)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠（NaOH)，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；实验用水均为自制纯净水。实验所用PTFE、PV D F超滤膜分别为宁波江东净水厂长期运行的4号膜池、3号膜池中剪下取得，所剪取的膜丝均在该水厂中运行了4年半时间；水厂进水原水为地表水二类水质及以上.1.2实验方法1.2.1月膜组件长期运行实验水厂运行系统如图1所示，以恒流负压抽吸的过滤方式运行.当过滤周期进行到一半时，有一个中间曝气的过程，利用曝气抖动膜丝，使膜丝上附着的污染物脱落，中间曝气结束后，膜池直接进人下半个过滤周期.整个运行周期结束后，依次进行气洗与气水反冲洗，以清除膜丝表面的污染物.对2 0 18 年1月2 0 2 2 年6 月超滤膜系统3号膜池和4号膜池运行的数据进行监测分析.运行数据源于水厂日报表.膜通量和跨膜压差的计算方法如式(1)和式(2)接真空引水系统二级泵房气冲阀真空阀水冲阁宿加环清洗阀药阀出药阀循环泵至回用水池排水阀图1净水厂工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of water purification plant第43卷清水池反洗泵出水阀产水泵膜池辅助车间加药泵加药阀鼓风机第4期所示.式中：J为超滤膜产水通量，L/(mh)；V为产水体积,L;S为膜有效过滤面积,m；T 为过滤时间，h;TMP为跨膜压差，kPa;p1、p 2 和p3分别为进水、浓缩液和产水的压力，kPa.1.2.2膜阻力测试实验分别用PTFE、PV D F新膜以单通道抽吸过滤方式进行实验，利用式（3)分别计算两种膜本身固有阻力15，并通过清洗实验得到PTFE复合膜各阻力分布情况。J=APR.LRm+R:+N(Rg+R,)+R.J式中：J为超滤膜产水通量,L/（m h)；p 为跨膜压差，kPa;为水的黏度,Pas;Rt为膜的总阻力，m-1;Rm为膜自身固有阻力，在清水过滤实验中获得，m-1；R；为积累的无法通过化学清洗去除污染产生的阻力，m-1;R。为单次反冲洗可去除的滤饼层阻力,m-1;Rg和R，分别为单次反冲洗新增的无法去除表面结垢凝胶和膜孔堵塞阻力，在1个化学周期内不断叠加，m-1;N为从上1个化学周期以来的已反冲次数.1.2.3膜丝清洗实验配置不同的化学清洗剂：纯水、pH为1的HCl溶液、质量分数0.5%的CA溶液、pH为13的NaOH溶液.取等面积PTFE和PVDF中空纤维复合膜膜丝分别浸泡在10 0 mL上述清洗剂中，静置24h后取出.收集各洗脱液用于无机污染元素含量0.080.10(a)PTFE0.06PVDF0.08nLN/LN/0.040.060.020.0400.022 2Fig.2 Comparison diagram of produced water turbidity(a)and CODMn(b)of PTFE and PVDF membranes张祚群等：水厂超滤系统中非均质PTFE和PVDF中空纤维复合膜运行阻力和膜污染对比研究VSTpi+p2-p3TMP=12力22日期图2 PTFE和PVDF膜产水浊度(a)和CODMn(b)对比101分析,将洗脱液经45m膜抽滤后用于溶解碳元素含量分析，清洗过后的膜丝置于真空干燥箱中干燥(1)后，用于膜表面特性分析.(2)1.2.4表征分析方法用日本日立公司的SU8010型场发射扫描电镜观察膜表面、断面形貌以及各元素在膜表面的相对含量分布；用铂金埃尔默公司生产的Avio200型电感耦合等离子体发射光谱仪测试各洗脱液中无机元素含量；用日本岛津公司生产的TOC-LCPH总有机碳分析仪测量各洗脱液中碳元素含量；用傅里叶红外光谱仪分析膜表面化学结构.2结果与讨论2.1运行数据对比分析(3)水厂采用负压抽吸/重力的过滤方式运行，进水水源为地表水二类水质及以上.随机选取数天的PTFE、PV D F膜产水水质分析，如图2 所示，二者产水浊度差别不大并且均小于0.1NTU.由于进水水质较好，故可以用CODMn数值表示水中有机物含量，二者产水CODmn数值较小，始终保持在1mg/L以下.总的来说,PTFE和PVDF膜产水水质均符合浙江省现代化水厂优质水标准（浊度0.1NTU,CODMn1 mg/L).分别选取配置PVDF、PT FE膜系统的1个膜池（两种膜均在2 0 18 年开始投人使用），2 0 18 年1月2 0 2 2 年6 月运行期间产水通量和跨膜压差变化情况如图3、图4所示.在近5年运行过程当中，PTFE中空纤维复合膜拥有更优越的产水能力，其平均产水通量为54.0 7 L/（m h）,约为PVDF通量38.30 L/（m h)的1.4倍，二者的跨膜压差变化趋于一致.随着系统长时间的运行，由于膜污染2.0(b)1.61.20.80.42SIPTFEPVDF03/173/183/19日期3/203/2110280F7020第一年第二年第三年第四年第五年运行时间图3PTFE和PVDF膜运行期间产水通量对比Fig.3 Comparison diagram of water production fluxbetween PTFE and PVDF membranes during operation807060第一年第二年第三年第四年第五年运行时间图4PTFE和PVDF膜运行期间跨膜压差对比Fig.4 Comparison of trans-membrane pressure differencebetween PTFE and PVDF membranes during operation的影响，两种膜组件均有一定程度的产水通量下降和跨膜压差增大的现象.净水厂每隔一定时间采用次氯酸钠(NaCIO)溶液对膜组件进行维护性清洗，经过清洗后膜性能虽有一定的改善，但随着运行时间的增加，不可逆污染物沉积在膜孔内部及表面，频繁的维护性清洗对膜污染控制效果不佳.2.2膜阻力变化机理分析对比分别用PTFE、PVD F新膜以单通道抽吸方式过滤清水，利用达西公式计算两种膜本身的固有阻力，得到清水过滤条件下通量与跨膜压差之间的关系，如图5所示.由图5可知,PTFE中空纤维膜固有阻力较小,在同样的跨膜压差下,PTFE膜拥有更高的纯水通量.在实际运行中，分别选取PTFE和PVDF化学清洗前30 d运行数据，分析两种膜实际运行过程中阻力随运行时间的变化情况及膜阻力构成，结果如图6、图7 所示.从表1可以看出，在长期运行过程当中，导致跨膜压差升高、产水能力下降的主要阻力为凝胶层阻力(Rg)和堵孔阻力(R,）,其次为不可逆膜科学与技术污染物所带来的阻力(R).相对而言,PTFE中空纤维膜不仅有较低的固有阻力Rm（低7 0%），而且在清洗后的平均不可逆阻力R、运行周期内的滤饼层阻力R。以及表面结垢的堵孔阻力（Rg十R,）都较PVDF低了许多（分别低2 8%、6 5%和30%）.4PVDFPTFEPVDFPTFE第43卷:PTFEPVDF320图5PTFE和PVDF膜固有阻力对比Fig.5Comparison of inherent resistance ofPTFE and PVDF membranes18反冲洗642PVDF固有阻力010运行时间/d图6 PTFE和PVDF中空纤维膜运行期间膜阻力变化对比Fig.6 Comparison of membrane resistance changesbetween PTFE and PVDF hollow fiber membranes4.03.53.02.52.01.51.00.50图7PTFE和PVDF中空纤维膜的阻力构成对比Fig.7 Comparison of resistance composition ofPTFE and PVDF hollow fiber membranes10纯水通量/(Lm.h)PVDF化学冲洗PTFE化学冲洗反冲洗PTFE固有阻力2030during operationPVDFPTFERo2030R;膜阻力类型40Rc50Rg+Rp6070第4期表1PTFE和PVDF中空纤维膜运行过程中膜阻力构成对比*Table 1 Comparison of resistance compositionsof PTFE and PVDF hollow fiber membranesPVDF膜/PTFE膜/(RPTFE/RpVDF1)/阻力类型10lm-1Ro0.50R3.20R0.34Rg+Rp3.54*化学清洗前30 d运行数据平均值.2.3清洗前后膜表面及断面电镜分析观察PTFE和PVDF新膜、污染膜及各清洗剂清洗后的膜表面及断面形貌，如图8、图9所示.未使用的PVDF和PTFE膜表面孔径清晰可见，并且其断面图像显示两种膜膜孔内部也没有污染物沉积.PVDF污染膜表面覆盖了大量污染物，观察新锁张祚群等：水厂超滤系统中非均质PTFE和PVDF中空纤维复合膜运行阻力和膜污染对比研究101m-10.152.320.122.47103不到膜孔的分布，其断面大致可以分为两层，膜外层污染物结垢严重，有厚厚一层污染物堵塞在膜孔内部，内层膜孔较清晰；对于PTFE中空纤维复合膜，其表面同样沉积了大量污染物，但依稀可以看到膜表面分布的孔结构，并且断面形貌显示其%膜孔内部污染物较少、外层结垢部分厚度较薄.-70PVDF的分子结构中有C-H键，使它具有高聚物-28中最大的极性，易于与这些有机污染物发生分子-6530间的氢键相互作用，其分子间作用更强；PTFE分子中由于F原子之间的范德华排斥作用，分子链采取螺旋旋转的构象，这样的结构使PTFE拥有低的表面能保护层，故PTFE拥有不黏性，对污染物分子吸引较弱.综上所述，PTFE复合膜对污染物分子的相互作用较PVDF更弱,PVDF中空纤维复合膜与有机污染物之间的氢键作用使污染物在膜上积累更严重.5um新膜HCIE5um污染膜NaOH洗5um水清洗CA法5umHCI溶液清洗新服5umNaOH溶液清洗(a)PTFE膜冷染5umCA溶液清洗5um新膜HCI5um污染膜NuOH5um水清洗5umHCI溶液清洗图8 各清洗剂清洗前后PTFE和PVDF膜表面形貌图Fig.8 Surface morphology images of PTFE and PVDF membranes before and after cleaning with each cleaning agent5umNaOH溶液清洗(b)PVDF 膜5umCA溶液清洗104膜科学与技术第43卷新职污染膜HO10m新膜HCI洗10m污染膜NaOH洗10m水清洗CA洗10umHCI溶液清洗污染膜10mNaOH溶液清洗(a)PTFE 膜10mCA溶液清洗H.O洗2m新膜HCI10 m污染膜NuO洗10m水清洗10mHCI溶液清洗图9 各清洗剂清洗前后PTFE和PVDF膜断面形貌图Fig.9 Cross sectional morphology images of PTFE and PVDF membranes before and after cleaning with each cleaning agent纯水对膜污染物的清洗效果不佳，大量污染物仍覆盖在膜表面及膜孔内部.对于PTFE膜来说，HCI溶液和CA溶液对膜表面的污染物清洗效果更好，这可能是因为PTFE中空纤维复合膜表面沉积的多为无机盐类、金属氢氧化物、金属有机络合物等污染物，而酸性清洗剂对该类污染物清洗效果较好16 .对于PVDF膜来说，经各清洗剂清洗后的膜表面仍很难观察到膜孔的分布，相对而言HCI溶液和CA溶液可以减少部分膜表面污垢，可以观察到部分膜孔分布，但其断面图像显示其膜孔内部依然吸附了大量污染物，表明除沉积在膜表面的无机污染垢外，还存在大量小分子有机污染物堵塞在PVDF内部膜孔中；经NaOH溶液清洗后，吸附在膜孔内部的有机污染物大多被去除，但其对膜表面的污染物结垢清洗效果不佳，10 mNaOH溶液清洗(b)PVDF膜2.4清洗前后膜表面元素相对含量分析超滤膜污染物可以分为有机小分子污染物和Fe、A l、C a 等无机元素组成的无机胶体污染物.使用扫描电镜能谱仪分析上述各元素相对含量，结果如表2、表3所示.表2 及表3中理论C元素质量分数是根据PVDF和PTFE中F元素质量分数和其分子结构计算得到,污染C质量分数由膜表面实际C质量分数减去理论C质量分数得到.对于PTFE中空纤维复合膜来说,膜上的污染C较少并且HCI溶液和CA溶液对膜上的污染C清洗效果优越，这表明膜上的污染C大多来源于无机碳酸盐类和金属有机络合物,故NaOH溶液对膜上的污染C清洗效果不佳.与PTFE不同,PVDF中空纤维复合膜表面上的污染C含量更高，这一方面说明了PVDF中空纤维复合膜上的有机污染比较严重，与扫描电镜10umCA溶液清洗第4期Table 2 Mass distribution of elements on PTFE surface after cleaning with various cleaning agents清洗剂C污染膜26.47水26.34HCI溶液24.84CA溶液23.25NaOH溶液27.62Table 3 Mass distribution of elements on PVDF surface after cleaning with various cleaning agents清洗剂C污染膜47.12水46.60HCI溶液48.71CA溶液48.66NaOH溶液43.77分析得到的结论相一致，另一方面也体现了PVDF中空纤维复合膜老化的影响;NaOH溶液对该污染C清洗效果明显强于HCI溶液和CA溶液，这说明PVDF中空纤维复合膜上的污染C更多来自于蛋白质、糖类、腐殖质类等弱酸性有机污染物17.虽然NaOH溶液对PVDF中空纤维复合膜上的污染C元素清洗效果最好，但始终达不到CA溶液对PT-FE上污染C完全去除的效果，这可能是因为NaOH溶液不能去除PVDF中空纤维复合膜表面的污垢，清洗液不易充分接触膜孔内部有机污染物，同时清洗后清洗液不易向主体溶液扩散，从而使得部分有机污染物残留在膜表面附近的膜孔中，导致清洗效果不佳。1.21.00.80.60.40.20水HCI清洗液种类(a)PVDF膜图10 PTFE和PVDF膜各洗脱液中各种无机元素含量Fig.10Content of inorganic elements in each eluate of PTFE and PVDF membranes张祚群等：水厂超滤系统中非均质PTFE和PVDF中空纤维复合膜运行阻力和膜污染对比研究表2 各清洗剂清洗后PTFE膜表面各元素质量分布FFe60.174.6361.254.3470.282.8271.862.5367.363.49表3各清洗剂清洗后PVDF膜表面各元素质量分布FFe42.052.8343.002.9346.121.9646.061.6451.162.38NaCl105质量分数/%A1Si3.993.373.383.170.190.670.270.690.050.18A1Si4.970.894.810.900.480.680.750.920.010.422.5洗脱液中无机元素含量分析分析各洗脱液中各无机元素含量，发现洗脱液中主要以Fe、A l、Si、Ca 元素为主，并且含有少量的Mn元素.图10 给出了PTFE和PVDF中空纤维复合膜各洗脱液中上述元素含量.HC1溶液可以溶解多价阳离子物质，如硬度盐类、金属氢氧化物等18 ，故其对膜上的无机矿物污染物清洗效果较好；CA具有良好的螯合作用，容易与Fe形成复合物，同时对于有机金属污垢从膜中到清洗液的运输更有效191,所以CA对Fe污染物的清洗效果更佳；而A1、Si 容易与NaOH反应形成可溶性偏铝酸盐和硅酸盐2 0 1,因此,NaOH对于这两种元素污染物清洗效果更好.针对不同类型的无机污染物，3种溶液的1.2FeA1ZSiCaMnCACa0.580.500.120.240.37Ca0.510.200.170.140.351.00.80.60.40.20水HCl清洗液种类(b)PTFE膜Mn1.111.021.081.160.93Mn1.631.561.881.831.91wFeA1SiMVCaMnNaClCA理论C污染C18.987.4919.327.0222.172.6722.670.5821.256.34质量分数/%理论C污染C26.6120.5127.2219.3829.1919.5229.1619.5032.3811.39106清洗效果各有利弊.综合而言,HCI、CA 溶液对PT-FE上无机污染物的清洗效果优于NaOH溶液，而NaOH溶液对于PVDF上的无机污染物的去除强于 HCI、CA 溶液.2.6洗脱液中碳元素含量分析PTFE和PVDF中空纤维复合膜洗脱液中C元素含量如图11所示.对于PTFE膜来说，CA溶液洗出的C含量最高，这与经CA溶液清洗后膜表面污染C大幅度降低的现象相互佐证，也说明PT-FE膜上的污染C多数来源于金属有机配合物形成的污染物.而NaOH溶液对PVDF中的C清洗效果优于HCI溶液和CA溶液，证实了PVDF中空纤维复合膜中的污染C更多来自于蛋白质、糖类、腐殖酸等有机物.综合比较PVDF和PTFE膜各洗脱液中C元素含量可知，PTFE洗脱液中C元素含量98765432一0水HCI清洗液种类(a)PVDF 膜图11PTFE和PVDF膜各洗脱液中溶解碳元素含量Fig.11 Content of dissolved carbon in each eluent of PTFE and PVDF membranesNaOH洗CA洗(nre)/HCI洗水洗污染膜膜科学与技术较高，而污染膜表面元素质量分布表明这些污染C元素占比并不高于PVDF中空纤维复合膜，这表明各清洗剂对PTFE膜上碳污染物的清洗效果均优于PVDF中空纤维复合膜.2.7清洗前后膜表面官能团分析根据红外光谱分析见图12 和图13,对于PTFE中空纤维复合膜，12 10 和1155cm-1的峰体现了CF结构.1450 cm-1处的峰经各清洗剂清洗后消失,这有可能是一CO：的特征峰，表明膜表面的污染物有包含碳酸钙、碱式碳酸铝等在内的碳酸盐.水洗后的膜表面各污染物官能团吸收峰强度减弱，而经各化学药剂清洗后的膜表面污染物官能团吸收峰基本消失，表明水洗可以洗去PTFE中空纤维复合膜表面部分污染物，而各化学药剂可以较好的清洗PTFE中空纤维复合膜表面.各清洗剂清洗前后9TOC8IC76543210NaClCA第43卷TOCIC水HCI清洗液种类(b)PTFE 膜NaOH洗CA洗(ne)/HCI洗水洗污染膜NaClCA3000图12各清洗剂清洗后PTFE中空纤维复合膜表面红外光谱图Fig.12Infrared spectrum of PTFE membranessurface after cleaning with each cleaning agent1 600 1 400 1 2001 000波数/cm8003000图13各清洗剂清洗后PVDF中空纤维复合膜表面红外光谱图Fig.13 Infrared spectrum of PVDF membranes surfaceafter cleaning with each cleaning agent1 600 1 400 1200 1000波数/cm800第4期PVDF中空纤维复合膜上都出现了C一H2（2 8 50cm-1)和C一Hs（2 9 2 0 c m-1)的拉伸峰，这可以归因于一CF的取代反应，反映了PVDF中空纤维复合膜在长期使用过程中面临的老化问题.在156 0cm-1出现的C一C伸缩振动峰，表明PVDF中空纤维复合膜在经NaOH溶液清洗后发生了脱氟反应，破坏了原有的PVDF结构.而在1430 cm-1处出现的峰是羧酸中的C一OH弯曲振动峰,表明膜表面可能有腐殖酸、糖类等污染物，并且不易清洗.Table 4 Comparison of membrane materials of submerged ultrafiltration system of water plants水厂南通狼山水厂桃园水厂泰安三合自来水厂罗桥水厂上海某Q水厂南通卢泾水厂永清地表水厂东营南郊水厂宁波江东水厂宁波江东水厂3结论在同等运行时间下，非均质PTFE相比于PVDF中空纤维复合膜不仅拥有较低的固有阻力（低7 0%），而且在长期运行过程中由各方面污染物带来的膜阻力也更低（低2 8%6 5%）；造成PTFE中空纤维复合膜性能下降的污染物主要是沉积在膜表面的无机盐类、金属氧化物、氢氧化物及金属有机络合物形成的滤饼层，CA溶液对这些污染物的清洗效果整体较好；影响PVDF中空纤维复合膜性能的污染物除了沉积在膜表面的无机颗粒组成的污染垢外，还有大量小分子有机物堵塞在膜孔内部，HCI、C A 两种酸性清洗剂可以清除膜表面的部分无机污染垢，但无法去除膜上的有机污染物；NaOH清洗剂虽然可以洗出膜孔内部有机污染物，但其对膜表面的滤饼层清洗效果不佳，并且高强度的碱会对PVDF中空纤维复合膜结构造成一定的破坏.相较于PVDF中空纤维复合膜，非均质PTFE复合膜不仅在化学清洗方面有明显的优势，而且运行过程中各类阻力更低，拥有更好的产水能力；在同等运行模式下，其平均产水通量是PVDF中空纤维复合膜的1.41.5倍，在满足同等产水量需求下，可以节省占地面积，预期使用寿命更长.张祚群等：水厂超滤系统中非均质PTFE和PVDF中空纤维复合膜运行阻力和膜污染对比研究2.8各水厂浸没式超滤系统膜材料对比表4列举了国内外部分水厂浸没式超滤系统所用膜材料.大多浸没式超滤系统采用PVDF和PVC材质超滤膜，其设计通量一般在2 0 35L/（m h).宁波江东水厂所采用的非均质PTFE复合膜在设计之初力求达到更高的产水通量，并且在实际长期运行过程中其平均产水通量达到了54L/（m h),在同等膜处理面积下，可以满足更高的产水需求.表4各水厂浸没式超滤系统膜材料对比膜材质膜厂商（型号）PVDF苏州立升净水科技有限公司PVDFPVDFPVDFPVDFPVCPVCPVCPVDFPTFE107平均通量/(Lm-h-1)参考文献23.4821252224.7123一33.43一29LJ1E-2000-v16030LJ2A-2000-PV232一27.6一38.3浙江净源科技有限公司54.0参考文献：1李圭白，田家宇，齐鲁.第三代城市饮用水净化工艺及超滤的零污染通量.给水排水，2 0 10，46（8：11一15.2 Schafer A I,Fane A G,Waite T D.Cost factors andchemical pretreatment effects in the membrane filtrationof waters containing natural organic matter J.WaterRes，2 0 0 1,35(6):150 9 1517.3J Gul A,Hruza J,Yalcinkaya F.Fouling and chemicalcleaning of microfiltration membranes:A mini-reviewJl.Polymers，2 0 2 1,13(6)：8 46.4 侯春光，文剑平，庞志广，等耐污染超滤膜的研究进展J.膜科学与技术，2 0 2 1，41（2）：157 16 8.5寇朝卫，张干伟，沈舒苏，等基于XDLVO理论解析膜法水处理过程中膜污染问题的研究膜科学与技术，2 0 17,37(1)：8 15.6 Tian J Y,Ernst M,Cui F,et al.Effect of particle sizeand concentration on the synergistic UF membrane foul-ing by particles and NOM fractionsJJ.J Membr Sci,2013,446:19.7J Guo W,Ngo H H,Li J.A mini-review on membranefoulingJ.Bioresour Technol,2012,122:2734.8 Amy G.Fundamental understanding of organic matterfouling of membranesJ.Desalination,2008,231(1/2/3):4451.9胡以松，王晓昌，李玉友溶解性有机物的膜污染倾向2425262627本工作本工作108沿程解析J中国给水排水，2 0 13，2 9（17）：16 一19.1o Ramesh A,Lee D J,Lai J Y.Membrane biofouling byextracellular polymeric substances or soluble microbialproducts from membrane bioreactor sludgeJ.ApplMicrobiol Biot,2007，7 4(3):6 9 9 7 0 7.11 Qu F,Liang H,Wang Z,et al.Ultrafiltration membranefouling by extracellular organic matters(EOM)of micro-cystis aeruginosa in stationary phase:Influences of interfa-cial characteristics of foulants and fouling mechanismsJJ.WaterRes,2012,46(5):1490-1500.12 Kim H C,Hong J H,Lee S.Fouling of microfiltrationmembranes by natural organic matter after coagulationtreatment:A comparison of different initial mixing condi-tionsJJ.JMembr Sci,2006,283(1/2):266272.13 Koh L C,Ahn W Y,Clark M M.Selective adsorptionof natural organic foulants by polysulfone colloids:Effect on ultrafiltration fouling J.J Membr Sci,2006,281(1/2):472479.14白晓琴，赵英，顾平膜分离技术在饮用水处理中的应用J.水处理技术，2 0 0 5(9)：1一5.15 Shimizu Y,Okuno Y,Uryu K,et al.Filtration char-acteristics of hollow fiber microfiltration membranesused in membrane bioreactor for domestic wastewatertreatmentJ.Water Res，19 9 6，30(10):2 38 5-2392.16 Wang J,Gao X,Xu Y,et al.Ultrasonic-assisted acidcleaning of nanofiltration membranes fouled by inor-ganic scales in arsenic-rich brackish waterJJ.Desali-nation,2016,377:172177.17 Lee H,Amy G,Cho J W,et al.Cleaning strategiesfor flux recovery of an ultrafiltration membrane fouledStudy on the operational resistance and pollution of PTFE andPVDF hollow fiber composite membranes in submergedfiltration systems of drinking water plantsZHANG Zuoqun,SUGongjian,GAO Yang,ZHENG Xiang,XUE Licinl(1.Center for Membrane Separation and Water Science&.Technology,College of ChemicalEngineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China;2.Ningbo Waterand Environmental Service Groups,LLC,Ningbo Waterworks Construction Co.,Ltd,Ningbo 315048,China;3.College of Environmental Sciences,Peoples University of China,Beijing 100872,China)Abstract:Ultrafiltration membranes of various materials have been widely used in major water purification膜科学与技术by natural organic matterJ.Water Res,2001,35(14):3301-3308.18 Lin J C T,Lee D J,Huang C P.Membrane foulingmitigation:Membrane cleaningJ.Sep Sci Technol,2010,45(7):858872.19 Strugholtz S,Sundaramoorthy K,Panglisch S,et al.Evaluation of the performance of different chemicalsfor cle