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預處理對膜過濾性能影響的分析

发布时间:2011-12-27    来源:百斯特净水     浏览:

 超濾技術

    超濾技術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。

    超濾過程一般有兩種方式:終端過濾和錯流過濾。對濁度較低、水質較好的原水,一般采用終端過濾,這樣可以大大降低工藝的能耗;對于濁度較高、汙染較爲嚴重的水,就采用錯流過濾,這樣可以避免大量的汙染物累積在膜的表面,造成膜的汙染,降低過濾性能。

    超濾膜的形態結構和種類

    超濾膜的橫截面具有不對稱結構。它一般是由一層厚度<1微米,起到篩分作用的致密層和一層厚度較大(通常爲125微米)、具有海綿狀或指狀多孔結構的支撐層組成。目前,已經在工業生産和生活中常用的膜組件主要有:管式、板框式、卷式和中空纖維式等幾種。中空纖維膜又有內壓膜(致密層在內)、外壓膜(致密層在外)和雙向膜(內外都有致密層)三種結構。總的來說,還是存在膜品種少、膜孔徑分布較寬和性能不穩定等缺陷。

    超濾膜對有機物的去除效果及影響因素

    超濾膜的截留分子量範圍一般爲5000~10000ODalton,天然水體中有相當大一部分溶解性有機物的分子量低于該範圍,導致超濾膜對其攔截效果很差。事實上,天然水中這一類的低分子溶解性有機物所占的比例往往較大。

    超濾膜對有機物的去除,不同情況下差異很大。有學者用切割分子量爲10萬Dalton的中空纖維超濾膜對20種不同的原水進行過濾,TOC平均去除率爲18%,UV25的平均去除率爲28%。同樣爲去除水中的TOC,Laine等人用終端過濾的方式處理地表水,超濾膜對TOC的去除率在42%左右。

    所以,尋找合適的方式盡可能地減少這種差異,提高超濾膜的處理效率是關鍵。從膜方面著手,就是尋找新的膜材料或者對膜進行改性;從處理工藝方面著手,就是尋找合適的處理工藝與超濾膜相組合,從而達到優化處理的效果。

 預處理對膜過濾性能的影響

    水中的懸浮物、膠體雜質、細菌(病毒)等在過濾過程中會附著在膜表面,使膜受到汙染,被截留的雜質也會迅速在膜的表面産生濃差極化現象;同時,水中部分細小的顆粒物會進入膜孔內使水通道堵塞,水體中的微生物及其代謝産物也會粘附在膜表面。所有這些都會影響到膜的過濾性能,再加上前面提及的諸多影響因素,因此,膜供水必須進行適當的預處理,盡可能多的去除水中的溶解性有機物或者改變其在狀態、降低膜汙染、提高膜的過濾性能、延長使用壽命並降低水處理費用。預處理方法有很多:生物預處理、臭氧預處理、活性炭(顆粒炭GAC或者粉末炭PAC)預處理混凝預處理等。其中研究多的則是臭氧、活性炭(GAC或PAC)和混凝三種預處理方法。

    臭氧預處理對膜過濾性能的影響

    日本的SSawada等人研究了臭氧預氧化對孔徑爲0.1微米的PVDF微濾膜過濾性能的影響。試驗用5.0mg/l的腐殖酸和10mg/l的高嶺土配置原水,然後向水中投加4.5mg/l的,結果發現該狀況下的透水通量是未臭氧預處理時的2倍。並且,投加時,過濾阻力下降;停止投加,過濾阻力上升。他認爲臭氧能將水中本來對膜有汙染作用的有機物(腐殖酸)分解成不易汙染膜的、更分散的物質,減緩膜汙染,並使得反沖洗時膜表面的汙染層更容易去除。

    可見,臭氧預氧化對膜過濾性能的改善是有利的。但是臭氧氧化副産物(如溴酸鹽)和膜組件的耐臭氧性能是該預處理方法應該考慮的問題。

    活性炭(GAC或PAC)預處理對膜過濾性能的影響

    利用活性炭(GAC或PAC)和其他多孔的具有較大比表面積的吸附劑來吸附原水中能夠汙染膜的溶解性有機物,達到降低過濾阻力、提高透水通量和有機物的去除率的目的。

    董秉直等人,用粉末活性炭與超濾聯用技術處理黃浦江原水,試驗表明,粉末活性炭與膜聯用能有效提高有機物的去除效果;粉末活性炭不會造成膜過濾阻力的增加,並且膜過濾阻力隨著粉末活性炭投加量的增大而減小。

    JamesA.Nilisont等人用PAC作爲NF的預處理,試驗結果發現PAC並不能有效地防止膜汙染。他們認爲疏水性有機物是引起膜汙染,造成膜通量下降的主因。而PAC只能有效地去除親水性有機物,對疏水性有機物去除效果很差。所以,PAC對膜過濾沒有起到實質性作用。活性炭對膜過濾性能的影響,有利地一面是吸附大量可以汙染膜的有機物,減小過濾阻力,提高膜的透水通量;不利的一面就是在去除有機物方面,它也存在一定的局限性;同時,長期吸附在膜表面的活性炭有可能會在炭粒內部滋生微生物進而汙染膜。
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