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预处理对膜过滤性能影响的研究与分析

发布时间:2011-8-12 11:08:37  中国污水处理工程网

超滤技术

超滤技术是一种以压力差为推动力,利用膜的透过性能,达到分离水中离子、分子以及某种微粒为目的的膜分离技术。超滤膜的孔径范围大致在0.005~1 微米之间,填补了微滤和纳滤之间空隙。国内外学者提出超滤过程实际上同时存在三方面的情形:①溶质在膜表面以及微孔壁内产生吸附;②溶质的粒径大小与膜孔径相仿,溶质在孔中停留,引起堵塞;③溶质的粒径大于膜孔径,溶质在膜表面被机械截留,实现筛分。

超滤过程一般有两种方式:终端过滤和错流过滤。对浊度较低、水质较好的原水,一般采用终端过滤,这样可以大大降低工艺的能耗;对于浊度较高、污染较为严重的水,就采用错流过滤,这样可以避免大量的污染物累积在膜的表面,造成膜的污染,降低过滤性能。

超滤膜的形态结构和种类

超滤膜的横截面具有不对称结构。它一般是由一层厚度<1 微米,起到筛分作用的致密层和一层厚度较大(通常为125 微米)、具有海绵状或指状多孔结构的支撑层组成。目前,已经在工业生产和生活中常用的膜组件主要有:管式、板框式、卷式和中空纤维式等几种。中空纤维膜又有内压膜(致密层在内)、外压膜(致密层在外)和双向膜(内外都有致密层) 三种结构。总的来说,还是存在膜品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷。

超滤膜对有机物的去除效果及影响因素

超滤膜的截留分子量范围一般为5000~10000ODalton,天然水体中有相当大一部分溶解性有机物的分子量低于该范围,导致超滤膜对其拦截效果很差。事实上,天然水中这一类的低分子溶解性有机物所占的比例往往较大。

超滤膜对有机物的去除,不同情况下差异很大。有学者用切割分子量为10 万Dalton 的中空纤维超滤膜对20 种不同的原水进行过滤, TOC 平均去除率为18%,UV25 的平均去除率为28%。同样为去除水中的TOC,Laine 等人用终端过滤的方式处理地表水,超滤膜对TOC 的去除率在42%左右。

所以,寻找合适的方式尽可能地减少这种差异,提高超滤膜的处理效率是关键。从膜方面着手,就是寻找新的膜材料或者对膜进行改性;从处理工艺方面着手,就是寻找合适的处理工艺与超滤膜相组合,从而达到优化处理的效果。

预处理对膜过滤性能的影响

水中的悬浮物、胶体杂质、细菌(病毒)等在过滤过程中会附着在膜表面,使膜受到污染,被截留的杂质也会迅速在膜的表面产生浓差极化现象;同时,水中部分细小的颗粒物会进入膜孔内使水通道堵塞,水体中的微生物及其代谢产物也会粘附在膜表面。所有这些都会影响到膜的过滤性能,再加上前面提及的诸多影响因素,因此,膜供水必须进行适当的预处理,尽可能多的去除水中的溶解性有机物或者改变其在状态、降低膜污染、提高膜的过滤性能、延长使用寿命并降低水处理费用。预处理方法有很多:生物预处理、臭氧预处理、活性炭(颗粒炭GAC 或者粉末炭PAC)预处理混凝预处理等。其中研究最多的则是臭氧、活性炭 (GAC 或PAC)和混凝三种预处理方法。

臭氧预处理对膜过滤性能的影响

日本的S Sawada等人研究了臭氧预氧化对孔径为0.1 微米的PVDF 微滤膜过滤性能的影响。试验用5.0mg/l 的腐殖酸和10mg/l 的高岭土配置原水,然后向水中投加4.5mg/l 的,结果发现该状况下的透水通量是未臭氧预处理时的2 倍。并且,投加时,过滤阻力下降;停止投加,过滤阻力上升。他认为臭氧能将水中本来对膜有污染作用的有机物(腐殖酸)分解成不易污染膜的、更分散的物质,减缓膜污染,并使得反冲洗时膜表面的污染层更容易去除。

可见,臭氧预氧化对膜过滤性能的改善是有利的。但是臭氧氧化副产物(如溴酸盐)和膜组件的耐臭氧性能是该预处理方法应该考虑的问题。

活性炭(GAC 或PAC)预处理对膜过滤性能的影响

利用活性炭(GAC 或PAC)和其他多孔的具有较大比表面积的吸附剂来吸附原水中能够污染膜的溶解性有机物,达到降低过滤阻力、提高透水通量和有机物的去除率的目的。

董秉直等人,用粉末活性炭与超滤联用技术处理黄浦江原水,试验表明,粉末活性炭与膜联用能有效提高有机物的去除效果;粉末活性炭不会造成膜过滤阻力的增加,并且膜过滤阻力随着粉末活性炭投加量的增大而减小。

JamesA.Nilisont等人用PAC 作为NF 的预处理,试验结果发现PAC 并不能有效地防止膜污染。他们认为疏水性有机物是引起膜污染,造成膜通量下降的主因。而PAC 只能有效地去除亲水性有机物,对疏水性有机物去除效果很差。所以,PAC 对膜过滤没有起到实质性作用。活性炭对膜过滤性能的影响,有利地一面是吸附大量可以污染膜的有机物,减小过滤阻力,提高膜的透水通量;不利的一面就是在去除有机物方面,它也存在一定的局限性;同时,长期吸附在膜表面的活性炭有可能会在炭粒内部滋生微生物进而污染膜。(来源:谷腾水网)

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