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防止膜污染的措施

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2021-01-25 20:41:16 * 浏览: 0

膜污染是由于金属氧化物、有机或无机胶体、细菌或其它小颗粒有机物而引起的。防止膜污染的措施很多,例如改进膜材料性能和膜组件结构。现在膜制备的关键就是要解决膜污染问题,使生产的膜不仅具有高的物理化学稳定性,而且具有强的抗污染性能。化学清洗、空气反洗和维持反应器中一定浓度的PAC是降低膜有机污染的有效方法,用次氯酸钠进行化学清洗能有效去除有机污染物。每间隔1h进行空气反洗3min可以有效防止PAC颗粒沉积和凝胶层形成。

陶瓷膜反应器在高通量下稳定运行时,反洗强度影响膜污染程度,实验证实降低膜污染的方法是保持短的反洗周期。通过分析发现,通过加大反洗强度可以使由铝絮体颗粒引起的不可逆污染变为可逆污染。研究表明,用陶瓷膜结合预混凝系统处理河水,在高强度的反洗和酸洗条件下,维持通量高达250~417L/m2·h是可能的。高强度反洗指缩短反洗周期,增大反洗水量或者用气水联合反洗,该法可以有效防止微小颗粒污染。

有报道通过改进反洗方式来降低膜污染,改进后的反洗技术与常规的反洗不同,常规反洗在每个反洗周期,只反冲一次,而新的反洗是在每个反洗周期连续反冲两次,实验证明是很有效的。利用这种新的反洗技术结合超滤用水库水生产饮用水,需要的混凝剂投量小并且出水水质好。当污染发生时,进行化学清洗可以基本恢复到初始状态,清洗剂为0.1%的柠檬酸溶液。

虽然高浓度PAC膜生物反应器有很多优点,对NOM和DBPs有很高的去除率,但是膜污染是膜生物反应器用于饮用水处理的一个限制因素。韩国的GTSeo等人通过中试实验研究膜污染机理,实验分别在TMP为0.04MPa下运行20d和3年。实验证明PAC浓度越高,在相同TMP下,运行时间就越短,这是由于膜表面的PAC层阻力导致的,但是当PAC浓度为40g/L时,TMP可以维持在0.04MPa以下。滤饼层和凝胶层阻力占总阻力的90%,用空气反洗(150L/m2·h)可以使运行时间增加两倍。进水中憎水有机物和亲水有机物所占比重是影响膜污染的主要因素,憎水和亲水成分分别在进水中占15%和74.4%,出水中憎水部分稍有降低。但是在膜内部的有机污染组成却不同,憎水部分和亲水部分分别占41.4%和38.9%,说明亲水有机物比憎水有机物更容易通过亲水膜。

韩国的Chul-WooJung等人研究了膜材料和混凝预处理对NOM的去除以及对膜污染的影响,超滤去除NOM的能力主要取决于膜材料及膜的切割分子量,还有NOM与膜表面的相互作用以及操作条件等。吸附动力学表明憎水有机物比亲水有机物更快的吸附在超滤膜上,亲水膜的污染速率较低。混凝预处理可以显著提高通量,不管有无预处理,憎水膜比亲水膜通量降低显著。过滤动力学表明混凝预处理不仅可以有效降低膜污染,而且可以提高对溶解性有机物的去除,憎水膜由于颗粒沉积导致膜孔减小要比亲水膜严重。

日本KatsukiKimura等人研究了用超滤技术处理地表水时混凝预处理对防止膜污染所起的作用。实验证明,混凝沉淀预处理可以显著消除膜的可逆污染,但是对不可逆污染却没有什么作用。主要因为不可逆污染主要是由多糖和蛋白质引起的,混凝预处理不能有效去除多糖和蛋白质。由于水库和湖水富营养化,严重影响饮用水质量,泰国SandhyaBabel等人研究了藻类对微滤膜的污染情况。实验表明,藻类能引起显著的膜污染,滤饼层阻力与膜材料无关。在较低的进水藻类浓度下,滤饼层阻力很低可以忽略,但是当藻类沉积较多时,滤饼层阻力就很显著。在不变的TMP和相同沉积量下,藻类浓度较低的进水所过滤的体积要大于藻类浓度较高的进水。当藻类沉积密度大于2g/m2时,滤饼层阻力与进水浓度呈线性关系。化学混凝和臭氧氧化预处理可以有效的降低滤饼层阻力、延长膜的使用寿命。

当前饮用水处理领域,多数研究者关心如何提高对NOM的去除率以及通过把小的胶体变为大的絮体来控制膜污染,但很少有人研究改变絮体结构对膜过滤性能的影响。韩国的Min-HoCho等人用不规则度来说明絮体结构对过滤性能的影响,絮体不规则度越小,滤饼层孔隙率越高、密度越小;相反,絮体不规则度越大意味着滤饼层孔隙率越低、密度越大。混凝剂投量和胶体浓度的比值影响絮体的不规则度,通过调节混凝剂和胶体的比例确定混凝条件,使形成的絮体具有小的不规则度和大的尺寸,形成的滤饼层具有更好的过滤性能,降低滤饼层阻力。实验证明当混凝剂投量与胶体浓度的比值在0.25~0.5范围时,形成的絮体结构。溶液中的离子力只影响絮体尺寸,当离子浓度增加时,絮体颗粒变大,但是不规则度基本不变。


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