膜处理技术是近几十年发展起来的水处理技术。其能够快速净化分离水质颗粒态污染物，还能够防止贾第虫和隐孢子虫孢子进入供水系统，保障饮用水生物安全性。目前，常用的膜是有机膜，包括聚偏氟乙烯（PVDF）和聚氯乙烯（PVC）。但是，在水源受到污染情况下，自来水净化过程中通常需要预氧化，这会损坏有机膜，缩短其使用寿命。陶瓷膜具有优良的耐酸耐碱性、机械强度高、使用寿命长等优点，已经成为近几年水处理技术研究的热点，国外也在尝试在饮用水处理中应用。陶瓷膜孔径可以控制在很窄的范围，其在水处理应用中显著的优点是对颗粒物有很高的截留率，目前国内外初步研究陶瓷膜与传统工艺的结合，但是对于陶瓷膜去除浊度颗粒的特性和规律还没有深入研究。随着国家水质标准的提高和人们对引用水质要求越来越高，饮用水中颗粒物含量将会越来越受关注。本文采用先进的颗粒计数仪器，研究陶瓷膜对浊度颗粒的去除规律，对于提高水质的表征水平具有指导意义。

1 试验方法

1.1 原水的配制

在自来水的基础上用相同的泥土进行配水试验。配制浊度分别为：10NTU、50NTU、100NTU、500NTU、1000NTU的原水。要求原水中各粒径范围包括＞2μm、＞3μm、＞5μm、＞7μm、＞10μm、＞15μm、＞20μm、＞25μm等都有一定数量颗粒。例如，对于浊度1000NTU原水，各通道颗粒数较多，粒径为3～5μm的颗粒数约4.5×10⁵个mol/L，对于浊度10NTU原水，粒径为20～25μm的颗粒数223个/mL，粒径介于3～5μm的颗粒数量较多。

1.2 试验工艺

采用陶瓷膜小试装置进行试验，陶瓷膜平均孔径分别是200nm和50nm。试验采取的过滤方式是死端过滤。手动关阀门，将配制好的原水加入至原水箱，由离心泵输送到陶瓷膜组件，进行过滤操作，由水压表读出膜前压力。滤后水经管路流至清水箱，对滤后水进行检测。

试验堆配制的不同浊度（10NTU、50NTU、100NTU、500NTU、1000NTU）原水在相同压力下分别试验；对同一浊度原水，改变离心泵转速以改变膜前压力（0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa）和更换不同膜孔（选用50nm和200nm）陶瓷膜分别进行试验。每组试验完成后，进行错流反冲。手动打开阀门，将原水箱换成自来水，由离心泵提供动力，经陶瓷膜组件和循环侧流量计后，回到原水箱；自动控制单元控制反冲电磁阀和排气电磁阀关闭，打开空压机端电磁阀。由空压机提供高压气体。自陶瓷膜组件渗透侧进入，将堵塞物冲出膜孔，与切向水流混合，共同将膜内部管壁杂质带至原水箱。反冲5min后，空压机端电磁阀关闭，排气电磁阀打开排气，再打开反冲电磁阀完成一次反冲洗。

反冲洗切向水流速1.68m/s，反冲气压6.5～8bar。离心泵转速5～50Hz，死端过滤能提供的膜前压力0～0.3MPa；空压机压力8bar；所用陶瓷膜：19通道、外径φ30mm、内径φ4mm，管长240mm，过水面积0.045㎡。

1.3 分析方法

采用IBR在线颗粒计数仪在线测定陶瓷膜滤后水的颗粒数，采用IBR便携式颗粒计数仪测定原水颗粒数。采用哈希2100P便携式浊度计测定配制原水和陶瓷膜滤后水浊度。1000mL量筒和秒表测定膜后流量，再换算出通量。

对每组试验开始后5min、10min、15min、20min、25min，5个时间点采样测定。测定5个时间点陶瓷膜滤后水的浊度，通过在线颗粒计数仪读出每个时间点各粒径范围，包括：＞2μm、＞3μm、＞5μm、＞7μm、＞10μm、＞15μm、＞20μm、＞25μm的颗粒数。在配制原水时，完成原水浊度和颗粒数的测定。

2 结果与讨论

2.1 浊度对膜通量的影响

配制浊度为10NTU、50NTU、100NTU、500NTU、1000NTU的原水，在膜前压力为0.1MPa，膜平均孔径为200nm，初始通量都是708L/（㎡·h）的条件下开始过滤。

当原水浊度10NTU，过滤时间为25min时，膜通量的下降不明显，膜通量随过滤时间的延长变化不大。随着原水浊度升高，相同的过滤时间，膜通量下降速度增加。原水浊度越高，通量下降越快。从500NTU和1000NTU的曲线可以看出，试验开始后5min，通量曲线迅速下降，然后逐渐平缓，浊度对膜通量的影响随过滤时间延长而变缓。可见，浊度颗粒对膜通量影响显著，膜通量的下降可能主要由颗粒物堵塞膜孔引起。颗粒物数量越多，对膜孔的堵塞越严重，通量随时间下降越快。

2.2 陶瓷膜过滤出水浊度的变化

在0.2MPa膜前压力下进行过滤试验。配制不同浊度包括10NTU、50NTU、100NTU、500NTU、1000NTU等，在0.2MPa压力下，分别采用200nm和50nm陶瓷膜进行过滤，试验开始后5min、10min、15min、20min、25min取膜后水样测定膜后水浊度。

膜后水浊度在试验开始10min以后基本没有变化，仅在0.7NTU和0.12NTU之间无规律变动。无论原水浊度高低，膜后出水浊度均很稳定。测量过程中发现，所使用的便携式浊度计在测量膜后水这种颗粒少、浊度低的水样时，容易出现偏差。这可能是由光学式浊度计自身原理的局限性所引起的。

2.3 陶瓷膜过滤后出水颗粒数分布特征

选择孔径为200nm的陶瓷膜，膜前压力0.2MPa的条件下，对不同浊度包括10NTU、50NTU、100NTU、500NTU、1000NTU等原水进行过滤试验。试验开始后5min、10min、15min、20min、25min，通过在线颗粒计数仪读出每个时间点在各粒径范围，包括：＞2μm、＞3μm、＞5μm、＞7μm，＞10μm、＞15μm，＞20μm、＞25μm的颗粒数，可换算出2～3μm、3～5μm、5～7μm、7～10μm、10～15μm、15～20μm、20～25μm之间的颗粒分布。

从不同浊度原水经陶瓷膜过滤后，出水中＞2μm总颗粒数随时间的变化情况可以看出，经陶瓷膜过滤后，出水并没有随原水浊度升高出水颗粒明显增多，而是保持相对稳定。甚至原水浊度为1000NTU，膜后出水＞2miu总颗粒数比原水浊度为10NTU时的出水＞2μm总颗粒数每个时间都要低。可能是因为1000NTU原水更容易形成厚厚的滤饼层，对小颗粒拦截更有效。

采用孔径为50nm的陶瓷膜，重复上述试验，从试验结果可以看出，原水浊度从10NTU到1000NTU，膜后出水颗粒数同样保持相对稳定，没有随原水浊度升高出水颗粒数增多。这说明，陶瓷膜出水颗粒数受原水浊度影响不显著。

从0.2MPa下，采用50nm陶瓷膜过滤25min时，不同出水颗粒对应粒径的颗粒数可以看出，滤后水中颗粒数小于20，＞18μm的颗粒数均为0.除10NTU以外，出水中2μm颗粒数相差不多，＞6μm颗粒只有1～2个/mL。对于10NTU、50NTU、100NTU，膜后出水较多的是4μm的颗粒，其次是2μm颗粒。而500NTU和1000NTU出水中2μm颗粒较4μm颗粒多。可见陶瓷膜对小颗粒去除效果较大颗粒差。高浊度水对4μm小颗粒去除效果较低浊度水好，可能是由于滤饼层的形成加强了对4μm小颗粒的截留作用。高浊度各粒径颗粒数含量高，对各粒径颗粒物截留量大，可能是高浊度水对膜通量影响更显著的原因。

上述试验中发现，所使用的便携式浊度计在测量膜后水时容易出现偏差。出水中各通道颗粒数相差数倍的水样，测量的浊度常常结果相同；甚至颗粒数少的水样浊度反而高。通过浊度跟颗粒数的比对更进一步说明浊度不能精确反映膜后水中颗粒物含量。颗粒计数仪能精确反映膜后水中＞2μm颗粒的粒径分布。陶瓷膜对水中颗粒物的去除效果明显且稳定，膜后出水颗粒少；出水颗粒数受原水浊度影响不显著，不会随原水浊度升高出水颗粒数明显增多。

2.4 膜前压力对滤后水颗粒数的影响

原水浊度100NTU的条件下，采用200nm和50nm的陶瓷膜，在膜前压力分别为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa下进行过滤。结果显示，膜前压力的提高均会导致出水＞2μm总颗粒数的升高。膜前压力增大，离心泵的扰动加剧可能导致出水部分小粒径颗粒物增加。

在陶瓷膜过滤稳定的情况下，对粒径2μm和4μm颗粒数，随压力升高而增加。粒径＞12μm颗粒数在三个压力下均相等。对于200nm陶瓷膜，8μm颗粒数在0.2MPa下比在0.3MPa下略高。

以上试验说明，膜前压力的提高会导致出水中2～6μm颗粒数增加。膜前压力的变化对于出水中其他粒径颗粒数影响不明显。

2.5 陶瓷膜孔径对滤后水颗粒数的影响

0.1MPa下陶瓷膜对颗粒数去除效果较好。在膜前压力为0.1MPa的条件下，考察陶瓷膜孔径对滤后水颗粒数的影响。原水浊度100NTU，膜前压力0.1MPa的条件下，用200nm和50nm的陶瓷膜分别进行过滤试验。

原水浊度100NTU，膜前压力0.1MPa条件下，200nm和50nm陶瓷膜，过膜25min时各粒径的颗粒数。出水中粒径＞2μm总颗粒数，在每个时间点上，50nm均明显小于200nm。出水中2～18μm颗粒数，50nm均明显小于200nm，22μm颗粒数均为0。

以上试验说明，陶瓷膜孔径对出水颗粒数有明显影响。相同条件下，50nm陶瓷膜出水各通道颗粒数均小于200nm。

3 结语

原水浊度对膜通量有明显影响。原水浊度越高，陶瓷膜通量下降越快。浊度对膜通量的影响随时间延长而变缓。

在原水浊度为10～1000NTU时，200nm和50nm陶瓷膜对浊度的去除效率高，出水稳定在0.12NTU以下。但是，浊度指标不能精确表征膜后水颗粒物的含量，颗粒数相对于浊度指标更加准确和可靠。在陶瓷膜过滤过程中，出水颗粒数保持相对稳定，出水颗粒数没有随原水浊度变化而呈规律性变化。

膜前压力的提高会导致出水2～6μm颗粒数增加。膜前压力的变化对于其他通道颗粒数影响不明显。陶瓷膜孔径对出水颗粒数有明显影响。相同条件下，50nm陶瓷膜出水各通道颗粒数均小于200nm陶瓷膜。