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预处理对膜过滤性能影响的研究与分析
作者:皓泉水处… 信息来源:本站原创 点击数: 更新时间:2011-8-17
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SSawada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。

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