超滤膜堵塞和污染程度的评估方法与流程

本发明属于膜法水处理，涉及一种超滤膜堵塞和污染程度的评估方法。

背景技术：

1、超滤(uf)膜孔径通常在1-100nm之间，在一定的操作压力下，可以截留胶体、大分子有机物、细菌等。uf膜类型包括中空纤维膜、板式膜、管式膜等，其中，中空纤维膜具有处理负荷高、机械强度高、抗污染性好等优势，压力式中空纤维超滤膜在海水淡化工程和自来水深度处理工程中广泛应用。

2、根据国家自然资源部《2021年全国海水利用报告》，截至2021年底，全国现有海水淡化工程144个，工程规模1856433立方米/日，其中，应用反渗透技术的工程126个，工程规模1228803立方米/日，占总工程规模的66.19％。uf是ro(反渗透)的重要预处理工艺，直接影响海水淡化工程的产能和产水水质。uf能够截留原海水中的悬浮物、胶体和微生物，降低浊度和淤泥污染指数(sdi)，保证ro进水水质稳定，提高ro膜通量，减缓ro膜污染，延长ro清洗周期。

3、根据国家住房和城乡建设部《2021年城乡建设统计年鉴》，截至2021年底，我国城市供水规模达到31737.67万立方米/日。新版《生活饮用水卫生标准》(gb 5749-2022)将于2023年4月1日开始实施，对国内供水行业的饮用水水质和净水工艺都提出了更有针对性、更高标准的要求。uf作为第三代净水工艺，可以有效去除水中的微生物、胶体等，越来越多的应用于自来水厂新建和提标改造，在保障城市供水水质安全中发挥了重要作用。

4、但是，uf应用过程中存在长期运行膜堵塞和污染造成产水率降低、清洗维护费用高等一系列问题。膜清洗维护是uf工艺运行的重要环节，包括物理清洗、维护性和恢复性化学清洗。目前，uf膜清洗维护方案主要由工艺技术人员膜通量、跨膜压差等参数变化情况进行确定，而膜通量、跨膜压差的影响因素除了膜堵塞和污染程度外，还包括进水温度、浊度等。例如，在一定的温度范围内，膜通量随温度升高而增大，跨膜压差相应降低；随着浊度升高，膜通量降低，跨膜压差增大。

5、由于缺少膜堵塞和污染程度的客观评估方法，无法根据膜堵塞和污染程度精准制定和优化清洗维护方案，造成膜清洗频次过高或过低，清洗效果不佳。因此，建立一种uf膜堵塞和污染程度评估方法，用于预测、评估膜堵塞和污染程度，进而精准指导膜清洗维护，对于提升uf处理效能和保证产水水质、水量具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种超滤膜堵塞和污染程度的评估方法，该方法采用uf归一化膜透水率下降比例ri作为膜堵塞和污染程度的评估指标，可客观地直接评估膜的透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种超滤膜堵塞和污染程度的评估方法，包括以下步骤：

3、计算uf膜透水率温度归一化系数a和浊度归一化系数b；

4、计算现状uf膜实际透水率li，利用温度归一化系数a和浊度归一化系数b计算现状uf膜归一化膜透水率lin＝li×[1+(ti-20)×a]-1×[1+(ci-7)×b]-1；

5、计算现状uf膜归一化膜透水率lin与一定周期内的标准uf膜归一化透水率l0a相比的下降比例ri；

6、通过ri值的范围评价uf膜堵塞和污染程度。

7、作为优选，所述uf膜透水率温度归一化系数a通过以下方法计算得到：

8、控制uf进水浊度为7ntu，在5-30℃的温度范围平均取5-8个温度条件，测试uf膜在不同温度下的膜通量ji和跨膜压差δpi，计算实际膜透水率li＝ji/δpi；

9、以li为因变量、(ti-20)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式li＝l0+l0×(ti-20)×a，进而计算得到uf膜透水率温度归一化系数a，单位为℃-1；其中，ti代表在线仪表采集的温度值，单位为℃；l0为uf归一化膜透水率，单位为l·m-2·h-1·kpa-1。

10、作为优选，所述uf膜透水率浊度归一化系数b通过以下方法计算得到：

11、控制uf进水温度为20℃，在1-15ntu的浊度范围平均取5-8个浊度条件，测试uf膜在不同浊度下的通量ji和跨膜压差δpi，计算实际膜透水率li；

12、以li为因变量、(ci-7)为自变量进行线性拟合，得到近似线性拟合公式li＝l0+l0×(ci-7)×b，进而计算得到uf膜透水率浊度归一化系数b，单位为ntu-1；

13、其中，ci代表在线仪表采集的浊度值，单位为ntu；l0为uf归一化膜透水率，单位为l·m-2·h-1·kpa-1。

14、作为优选，一定周期内归一化条件下的标准uf膜标准透水率l0a具体为一定周期每次恢复性化学清洗后的uf归一化膜透水率l0的平均值。

15、作为优选，uf归一化膜透水率l0通过以下方法计算得到：

16、以uf进水温度20℃、浊度7ntu为归一化条件，测得uf归一化膜透水率为l0＝j0/δp0；

17、其中，j0、δp0分别代表每次恢复性化学清洗后测量得到的膜通量和跨膜压差，且只有每次清洗后的归一化膜透水率的平均值才能代表uf膜未污染和堵塞前的性能。

18、作为优选，所述一定周期为2-3个月。

19、作为优选，现状uf膜归一化膜透水率下降比例ri计算公式如下：

20、下降比例ri＝(l0a-lin)/l0a×100％。

21、作为优选，通过ri值的范围评价uf膜堵塞和污染程度具体为：

22、当ri≤10％，为uf膜轻度堵塞和污染；

23、当10％<ri≤20％，为uf膜中度堵塞和污染；

24、当ri>20％，为uf膜重度堵塞和污染。

25、作为优选，在通过ri值的范围评价uf膜堵塞和污染程度之前，还包括判断膜是否已发生断裂或破损的步骤。

26、作为优选，判断膜是否已发生断裂或破损的步骤具体为：

27、当uf膜通量ji>jmax或跨膜压差δpi<δpmin时，判断膜已发生断裂或破损。

28、作为优选，当uf膜已发生断裂或破损，应及时修补膜丝；uf膜处于轻度堵塞和污染状态，应定期反洗和气洗；uf膜处于轻度堵塞和污染状态，应进行维护性化学清洗；uf膜处于重度堵塞和污染状态，应进行恢复性化学清洗；当一段时间内uf归一化膜透水率下降比例快速增加(ri/t数值急剧增加)时，膜可能发生严重堵塞和不可逆污染，应调整优化清洗方案(包括清洗时间、药剂种类、浓度等)。

29、当然，作为进一步优选，还可以将uf膜归一化膜透水率下降比例快速增加ri/t作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，具体的，通过比较当前一段时间uf膜的ri/t与历史积累数据的uf膜的ri/t，如果发现现状ri/t急剧增加，则表明清洗后的uf膜迅速被污染和堵塞，发生了不可逆污染

30、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

31、1、本发明提供的评估方法采用uf归一化膜透水率下降比例(ri)作为膜堵塞和污染程度的评估指标，设定边界条件划分为3种污染程度，可以去除温度、污泥浓度等因素对膜透水率变化的影响，客观且直接地评估膜透水性能，进而判断膜堵塞和污染程度，为uf膜清洗维护方案制定和优化提供依据，有利于科学合理确定膜清洗维护周期，提升膜运行效能，延长膜使用寿命。

32、2、本发明提供的评估方法设定了将uf归一化膜透水率下降比例快速增加作为膜发生严重堵塞和不可逆污染的特征指标，实现了有效、准确且快速对膜当前状态的快速评估。