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預處理對膜過濾性能影響的研究與分析
作者:皓泉水處… 信息來源:本站原創 點擊數: 更新時間:2011-8-17
超濾技術

    超濾技術是一種以壓力差為推動力,利用膜的透過性能,達到分離水中離子、分子以及某種微粒為目的的膜分離技術。超濾膜的孔徑范圍大致在0.005~1微米之間,填補了微濾和納濾之間空隙。國內外學者提出超濾過程實際上同時存在三方面的情形:①溶質在膜表面以及微孔壁內產生吸附;②溶質的粒徑大小與膜孔徑相仿,溶質在孔中停留,引起堵塞;③溶質的粒徑大于膜孔徑,溶質在膜表面被機械截留,實現篩分。

    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、污染較為嚴重的水,就采用錯流過濾,這樣可以避免大量的污染物累積在膜的表面,造成膜的污染,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(通常為125微米)、具有海綿狀或指狀多孔結構的支撐層組成。目前,已經在工業生產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范圍一般為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范圍,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為10萬Dalton的中空纖維超濾膜對20種不同的原水進行過濾,TOC平均去除率為18%,UV25的平均去除率為28%。同樣為去除水中的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,使膜受到污染,被截留的雜質也會迅速在膜的表面產生濃差極化現象;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產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、降低膜污染、提高膜的過濾性能、延長使用壽命并降低水處理費用。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。其中研究最多的則是臭氧、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為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,然后向水中投加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。并且,投加時,過濾阻力下降;停止投加,過濾阻力上升。他認為臭氧能將水中本來對膜有污染作用的有機物(腐殖酸)分解成不易污染膜的、更分散的物質,減緩膜污染,并使得反沖洗時膜表面的污染層更容易去除。

    可見,臭氧預氧化對膜過濾性能的改善是有利的。但是臭氧氧化副產物(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。

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