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1、LFC低污染聚酰胺反渗透膜 LFC LFC(即低污染复合膜)系列代表着海德能公司在复合膜领域内又一新突破，本文向用户介绍该系列膜元件的有关性能及其应用。3.1 简介 LFC即低污染复合膜的简称，LFC系列膜元件不仅具有复合膜的低压、高通量、高脱盐率等各种优点，而且还具有抗污染的特殊优点。该系列有LFC1、LFC2及LFC3三个品种，这三个品种其材料与传统复合膜相同，但不同的是，传统反渗透复合膜其表面带负电荷，而LFC1、LFC3膜表面不带电荷，呈电中性，LFC2膜表面则带正电荷。LFC1膜元件的产水量、运行压力和脱盐率与CPA系列膜元件相近，LFC2膜元件的脱盐率随给水水源类型及浓度而变化。3
2、.2 产品规格 美国海德能公司不但向用户提供LFC1-365、LFC1、LFC2及LFC3四种8英寸低污染复合膜，同时也提供适合于小型系统的LFC1-4040、LFC2-4040及LFC3-4040三种4英寸膜元件，表1所列为LFC系列产品的流量、膜面积及脱盐率的数据。表1 LFC膜元件基本性能膜型号膜面积 - ft2 ( m2 )水通量 - gpd ( m3/d)最低脱盐率 - %8英寸元件LFC1-365365 ( 33.9 )10000 ( 37.8 )99.5LFC1400 ( 37.2 )11000 ( 41.6 )99.5LFC2365 ( 33.9 )11000 ( 41.6 )
3、95.0LFC3400 ( 37.2 )9500 ( 35.96 )99.64英寸元件LFC1-404085 ( 7.9 )2300 ( 8.7 )99.4LFC2-404085 ( 7.9 )2500 ( 9.5 )95.0LFC3-404085 ( 7.9 )1980 ( 7.5 )99.6所有膜元件的试验条件均为225psi，25，15%回收率，pH6.5-7.0,1500ppm NaCl溶液，30分钟后取样从1998年开始所有4英寸膜元件外皮材料均为玻璃钢。3.3 LFC1膜元件 开发LFC1膜元件的目的是为了尽量减少有机污染物在膜表面的吸附，使得由于有机污染物在膜表面沉积而造成的水通
4、量衰减速度降低至最小值。本节主要对新型LFC1膜元件与传统复合膜的抗污染性能与表面电荷特性进行了比较，并提供了相关数据。首先，这些数据表明了膜表面电荷特性与pH值之间的相互关系，其次，给出了LFC1膜与各种污染物之间的相互关系，最后，也给出了LFC1膜与传统复合膜在废水处理方面的实际使用数据。 如图1所示，在酸性及碱性条件下LFC1膜表面均呈电中性，也就是说无论给水pH值是多少，LFC1膜表面均接近电中性。为了比较，传统复合膜的表面电位随pH的变化情况也一并示于图1中，从图1中可以看出，在通常水处理pH值范围内，传统的聚酰胺复合膜的表面电位均呈负值。图1 pH值对LFC1膜及传统复合膜表面电位
5、的影响3.3.1 污染物的化学特性 污染物对膜的水通量有显著影响，图2所示为LFC1膜对不同带电污染物的抗污染特性。为了便于比较，我们将带负电的聚酰胺复合膜的性能也示于图中。图2 给水表面活性剂对LFC1膜及传统复合膜的污染影响在阴离子表面活性剂存在的情况下，尽管膜表面带负电的复合膜其水通量可维特不变，但当这些膜与阳离子表面活性剂、两性表面活性剂(例如，有些物质随pH不同而呈不同的带电特性)或者中性表面活性剂相接触时，其水通量则会大大降低，但对于LFC1膜来说，无论何种表面活性剂存在，它均可以保证高水通量。3.3.2 水通量的稳定性在现场处理城市二级排水时，LFC1膜可以维持水通量稳定，而传统
6、复合膜的水通量会很快衰减，如图3所示，LFC1膜元件在高污染环境下也可以很长时间的保持产水流量稳定。图3 LFC1膜在城市二级排水处理中的应用实例3.3.3 应用LFC1膜元件主要适用于城市污水处理、锅炉排水处理及高污染的地表水处理。很多原来必须使用醋酸膜的场合均可以换用LFC1膜。用LFC1膜代替CAB(醋酸)膜时可以降低给水压力，增加产水量和提高脱盐率。采用LFC1膜与醋酸膜相比的另一显著优点就是不需要限制给水pH值46，因而可以省去昂贵的加酸费用及专门的控制系统。为了验证这一观察结果，把LFC1膜和传统低压反渗透膜在同一使用条件下进行了对比，两种膜的进水均为中空超滤膜处理后的市政排水，地
7、点是加州21水厂。图4表明了对于两种不同的膜元件，给水压力及温度随时间的变化曲线，结果表明在处理那些对传统膜元件容易产生问题的市政排水时，LFC1膜几乎不会被污染或者只有轻微污染，由于LFC1膜在运行的8个月中性能稳定，所以一直没有清。图4 LFC膜与传统低压膜用于中空超滤膜处理后的市政排水由于LFC系列膜元件是芳香族聚酰胺复合膜，因而使用LFC系列膜元件的系统，不能有游离氯存在。当然某些情况下可以使用氯胺来控制细菌的生长，如想了解何时可以使用氯胺，请随时与海德能公司联系。3.4 LFC2膜元件LFC2膜是膜表面带正电的芳香聚酰胺膜，这种带正电的膜与传统带负电的膜性能完全不同，这种膜与阳离子表
8、面活性剂接触后，可通过清来恢复水通量，而带负电的传统复合膜在与阳离子表面活性剂接触后其水通量无法恢复，另外，在给水TDS含量低的情况下，LFC2膜与其它带负阴电的高脱盐率复合膜相比，LFC2膜对钠及其它阳离子的脱除率更高。由于膜表面带正电荷，所以我们建议在使用LFC2膜元件时避免使用阴离子聚合物，因为这些阴离子聚合物在与LFC2膜表面接触时会导致膜表面产生不可恢复的污染。3.4.1 在阳离子聚合物存在时水通量稳定性如图5所示，LFC2膜与阳离子聚合物接触后可以通过清的方法恢复其水通量，而且由于这种污染而导致的水通量衰减会远远低于使用带负电的传统复合膜。图5 复合膜与阳离子聚合物接触后及清后水通
9、量恢复情况3.4.2 脱盐率与给水含盐量的关系尽管在标准试验条件下(1500ppm NaCl，225psi) LFC2膜的最低脱盐率为95%，但在极低含盐量的情况下，其脱盐率要高于传统的带负电荷的芳香聚酰胺复合膜。在含盐量高于100ppm时，传统的复合膜其脱盐率极高(99.5%)，但是，当含盐量低于10ppm时它对钠的脱除率明显降低，因而总脱盐率也会降低。而LFC2膜由于表面带正电，在给水含盐量较低的情况下，对钠也有较高的脱除率。在给水含盐量低的情况下，LFC2膜的整体脱盐率要高于传统聚酰胺膜，在二级反渗透系统中，如果第二级使用LFC2膜，则这种膜比传统的聚酰胺膜有更高的脱除率，图6正好说明了
10、这一点。图6 LFC膜脱盐率与给水含盐量的关系3.5 LFC3低污染反渗透膜美国海德能公司一直致力于产品的更新换代，通过不断改善膜的技术和产品性能来满足客户的需要。现在美国海德能公司又开发出了新一代LFC3膜产品，该产品除了具有LFC1膜所具有的亲水性、电中性及高通量以外，更进一步提高了LFC1膜的脱盐率来满足客户对更高脱盐率的需要，LFC3膜产品是目前水处理工业中唯一把低污染技术与高产水量和高脱盐率相结合的膜元件。美国海德能公司于1998年率先推出了低污染复合反渗透膜元件LFC1，目前已经有超过数万支LFC1膜元件在全世界几百个大、中型项目中使用，最典型的是在新加坡勿洛城市污水回用项目。在该
11、项目中LFC1膜元件自2000年4月投入运行以来，每天可从废水中制取10,000吨的饮用水，这种膜元件适用于在市政及工业中在处理地表水和废水及其他复杂水源(指在送入任何复合膜元件前需要复杂预处理的水源)。目前可以提供的产品：产品型号说 明应 用性 能流量加仑/天(吨/时)脱盐率(最低)LFC1电中性,亲水性适用于市政废水11000(41.6)99.5%LFC1-365电中性,亲水性适用于市政废水10000(37.9)99.5%LFC2正电性,亲水性适用于给水中含正电荷组分的场合还可用于双级RO中的等二级RO11000(41.6)95.0%LFC3电中性,亲水性适用于市政和工业地表水及废水且需要
12、高脱盐率的场合9500(36)99.6%低污染反渗透LFC系列膜元件具有以下特点：l LFC1及LFC3膜表面不带电荷且具有亲水性，因而对溶解有机物的吸附性小；l 与其它公司同类膜元件BW30-400-FR相比，LFC3膜的透盐率低20%以上；l 400平方英尺的膜元件具有最高的性能，最有效且经济的系统设计；l 大大增加了膜元件和系统的运行寿命；l 延长了清的周期，降低了清的费用。l LFC2膜表面带有正电荷，将其用于双级反渗透的第二级RO可大幅提高反渗透的产水电阻率，此技术已在国内获得广泛应用。3.6 LFC1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
13、水回用设计和运行的关注。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、胶体和较高的生物活性。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。建立在消毒、絮凝、澄清和介质过滤基础之上的传统多级处理步骤，仍使反渗透膜有非常高的污染倾向。大量的现场测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。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。中空纤维技术可以为反渗透提供高质量给水。中
14、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。在使用中空纤维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
15、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，膜污染导致产水通量的降低。这表现为需要明显增加给水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)，导致排水中较高的生物活性。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所示，是目前建在加州桔县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
