陶瓷膜结合饮用水的过程

该国大部分地表饮用水源都受到不同程度的污染。例如，约55％的地表水源含有过量的有机物质。传统的饮用水处理工艺不能有效去除有机物，其出水难以达到“饮用水卫生标准”（GB5749-2006）的要求。膜技术是一种具有重大技术可行性的新型加工技术，多年来已成功应用于各个领域。膜通常分为有机膜和无机膜。多孔陶瓷膜是一种无机膜，具有机械强度高，化学稳定性和热稳定性高的优点。然而，由于其成本和加工技术，它主要用于化学和制药领域。随着陶瓷膜制备技术的发展和经济条件的改善，陶瓷膜的应用范围越来越广，饮用水处理的研究逐渐增多。目前，陶瓷膜在饮用水处理中的研究主要集中在分离，并经常与凝结等工艺相结合，达到去除有机物，浊度和细菌的目的。 1个独立的陶瓷膜技术陶瓷微滤膜和超滤膜处理欧洲地表水多年。自1984年以来，法国一直将陶瓷膜用于工业规模的饮用水生产。陶瓷膜水在饮用水处理中的应用研究主要集中在膜的改性和膜周围水力条件的改善，以达到理想的处理效果，防止膜污染。普通陶瓷膜具有良好的去除污染物如浊度的能力。初步研究表明，0.1μm陶瓷膜在过滤悬浮固体颗粒时可以完全去除悬浮固体，颗粒尺寸为0.5μm，含量为0.1％~1.0％，并且可以在一定间隔内进行非常反洗。有效地减少了膜污染，并且当进行死端过滤时原水的回收率为95％或更高，表明陶瓷膜具有很强的去除原水中的颗粒物质的能力。单独使用陶瓷膜过滤存在诸如过滤压力太快和难以除去膜污染的问题。因此，研究人员希望通过改变膜周围的水力条件来减少膜污染并保持通量。目前，该方法主要包括添加湍流促进剂，添加搅拌装置，改变将膜置于流体中的方法，动态膜过滤和超声波。水力条件的改善不利于膜表面污染层的形成，因此对控制膜污染和保持通量具有良好的效果，但超声波不利于膜通量的恢复，因为超声波可能导致更小颗粒进入膜孔。内部导致不可逆的膜污染。水力条件的改善有助于控制膜污染和助焊剂的维持，但两者都增加了能量消耗，并且设备的稳定性和成本也是限制其广泛应用的因素。因此，通过改变膜表面的水力条件来改善过滤效果还有待进一步研究。 Lv等人。使用新方法将纳米粒子的银粘附到多孔陶瓷膜的表面，通过中间偶联剂的氨基与纳米银的表面形成N-Ag键，并形成Si-O -Si与陶瓷膜的表面结合，从而将纳米银颗粒附着在陶瓷膜的表面上。试验表明，改性陶瓷膜对大肠杆菌有抑制作用，可能是溶液中的银离子直接杀死细菌，也可能抑制细菌的增殖。但是，这种改性膜的主要问题是成本高，应进一步研究改性陶瓷膜的稳定性，这也是所有改性工艺的问题。sses应该考虑。由于陶瓷膜的使用寿命至少为10 - 15年，改性陶瓷膜也应该达到这个寿命，但是粘合在陶瓷膜表面的银能否在长期使用中保持稳定性仍有待讨论。此外，还应进一步研究银离子对人体的影响。严晓东等采用硅藻土梯度陶瓷微滤膜研究自来水的净化。平均孔径为0.1μm的梯度陶瓷膜可以完全滤除水和锈病，红虫和各种气溶胶中的大部分致病菌。 。通过简单的机械清洁完全回收污染的膜。虽然机械清洁可以更好地回收膜通量，但是难以操作，尤其是在工程应用中的膜组件中。 2陶瓷膜与混凝联合工艺混凝是传统水处理工艺中不可或缺的一部分，凝聚与膜处理的结合过程也得到了广泛的应用。添加絮凝剂可以将较小的颗粒形成大颗粒，从而形成一层长而空的滤饼，可以减少膜堵塞，延长使用寿命，降低运行成本。由于陶瓷膜本身具有良好的去除浊度的功能，因此对陶瓷膜与凝结的组合过程的研究主要集中在有机物的去除上。大量研究表明，在膜过滤之前添加絮凝剂可以提高有机物和消毒副产物的去除率并保持膜通量。 Konieczny等。用陶瓷膜处理含有高有机物（10-20毫克/升）的原水。凝结后，膜过滤通量几乎与单独的去离子水相同。这表明当膜过滤原水的高有机物含量时，凝结对于保持高膜过滤通量是重要的。在凝结之后，可以在膜的表面上形成大量的有机物质，或者可以通过沉淀除去在膜的孔中堵塞的有机物质，这延长了化学清洁的循环和膜的使用寿命。在凝结和膜组合过程之后，可以很大程度地去除模拟原水中的有机物质。虽然单独的膜过程也导致有机物的更高去除率，但过滤通量迅速降低。该研究的缺点是研究中使用的水是去离子水的模拟原水，这远远不是地表水的真实情况。 Barbot和Jacmangelo研究了不同絮凝剂和陶瓷膜组合工艺去除有机物和消毒副产物。 Barbot发现，絮凝结合膜过滤后，氯化铁絮凝剂对膜过滤通量没有显着影响，而另外两种絮凝剂分别使膜通量增加20％和50％。研究人员还研究了花的抗剪切性，发现氯化铁絮凝剂的强度很低。当使用离心泵作为过滤压力时，绢花容易破碎，这可能导致膜孔堵塞。因此，当使用氯化铁作为絮凝剂时，可以通过其他加压手段（例如负压）考虑膜过滤以减少对花的影响。 Jacangelo认为，通过去除TOC（总有机碳）可以去除某些污染物。当用陶瓷管无机膜处理河水时，TOC的去除率约为30％，THMFP（三卤甲烷形成电位）降低10％至20％。加入絮凝剂后，TOC的去除率增加到约60％，THMFP也减少了近30％。结果表明，陶瓷膜与混凝组合工艺对去除有机物和消毒副产物具有良好的效果。 Konieczny等。采用陶瓷膜/混凝联合工艺研究絮凝剂用量，膜孔径和凝固时间对地表水中病毒去除的影响。膜的孔径和絮凝物的量都是如此蚂蚁可以影响病毒的清除。使用管道静态混合器后，与传统工艺相比，凝固时间大大缩短。在组合过程后，较小的鱿鱼可以满足膜过滤的要求，因此增加凝结效果可以节省凝结时间并减少结构体积。 3陶瓷膜和活性炭复合工艺活性炭由于其优异的吸附性能，在饮用水处理中有很多应用。活性炭对气味物质等小分子有机物具有良好的吸附效果。陶瓷膜与活性炭的结合可以实现水体中污染物的吸附和分离[21,22]，可以防止膜污染，延长过滤时间，增加过滤通量。 Lohwacharin等。利用非定常过滤理论和电阻系列模型分析了超滤过程中膜通量下降的原因。膜孔的特殊结构导致小分子量NOM（天然有机物质）在过滤的初始阶段吸附到膜孔表面并进入膜孔，膜孔阻塞膜孔。添加PAC（粉末状活性炭）可以吸附小分子量的NOM，从而减缓膜的堵塞。根据非稳态过滤理论的预测，膜过滤过程主要基于滤饼过滤。当陶瓷膜与PAC工艺结合时，弱组合滤饼阻力是总电阻的主要部分。由于滤饼本身的致密性和滤饼与膜的结合力相对较弱，因此当使用大颗粒PAC时，所形成的滤饼层易于进行液压清洁以恢复通量。此外，由于PAC的存在，形成的滤饼相对松散，因此电阻较弱，这有助于保持高过滤通量。日本研究人员使用SPAC（超活性炭）和微滤陶瓷膜工艺处理水中的土臭味素。 SPAC的粒径远小于普通粉末活性炭的粒径。与普通PAC相比，处理效果远高于普通PAC。当使用普通PAC去除有气味物质时，需要长的接触时间，并且效果不令人满意。使用SPAC，模拟原水中的500ng / L土臭素可降至10ng / L，显示出强大的吸附能力。然而，湖水原水处理的效果显着降低，表明SPAC和微滤陶瓷膜的组合在去除水中的有气味物质时受到原水质量的极大影响。 PAC与陶瓷膜的结合可以更好地达到污染物吸附和水体分离的效果。然而，该过程的问题在于PAC中存在吸附饱和。随后的饱和PAC处理是一个巨大的项目，PAC可能会滋生微生物。虽然微生物可能有助于去除污染物，但应注意出水水质的影响。 4陶瓷膜与臭氧的结合过程在传统的饮用水处理过程中，臭氧一般用作消毒剂或生物活性炭过滤的预处理氧化剂。在陶瓷膜与臭氧的结合中，臭氧的主要目的是将有机物氧化成无机物和水，或将有害有机物降解成无害物质，同时减少膜污染和增加膜通量。由于NOM容易与消毒剂反应并形成有害的副产物，因此常常引起人们的注意。腐殖质是NOM的重要组成部分。卡尼克等人。研究了臭氧浓度，膜孔径和氧化时间对陶瓷膜和臭氧复合工艺去除水中有机物的影响。研究了模拟配水系统中的过滤后水氯消毒及其TTHM（总三卤甲烷）。并且HAAs（卤乙酸）的浓度发生变化。臭氧和膜过滤可以去除50％的溶解有机物质，并且水中的腐殖质物质是pa在物理氧化的情况下，产物不易与氯反应，配水系统中TTHM和HAAs的浓度分别可降低80％和65％。该研究还发现，臭氧与TTHM和HAAs前体的反应比臭氧和UV吸收材料的反应慢，表明臭氧对不同类型的有机物的反应不同。在低pH下，DOC（溶解的有机物质）的去除率更高，因为臭氧在这种条件下更稳定，并且溶解的臭氧浓度也更高，增加了臭氧或二次氧化剂与有机物质接触的可能性。研究表明，有效溶解臭氧浓度和臭氧与天然有机物的接触概率是影响过程效果的主要因素。然而，研究发现单独增加臭氧浓度并不会显着提高DOC的去除率，并且有可能降低膜与有机物的保留效率，因为臭氧只能将一小部分DOC矿化成水和二氧化碳。 。部分大分子DOC被转化为小分子并且可渗透膜。在泰国，研究人员利用示范项目研究陶瓷膜和臭氧活性炭的组合对热带气候条件下地表水处理的影响。在水质随季节变化显着的情况下，当组合过程过滤污染严重的地表水时，可以保持70％和35％的纯水过滤通量，一些原水可以到达当地饮用水水标准，表明该过程适用于热带气候的分布式供水。已经发现，较高的温度导致在膜表面上形成大量的生物膜。生物膜不仅可以覆盖膜的表面，还可以进入膜的支撑层，使其紧密地粘附在陶瓷膜的表面上。反洗是无效的。但是，在简单的反冲洗下，臭氧的存在会消除生物膜。因为臭氧一方面可以抑制微生物的生长，另一方面，溶解的分子臭氧附着在膜表面或膜孔上，防止污染物在膜孔或膜表面积聚，臭氧氧化和分解污染物。氧气可以防止污染物沉积在膜上，此外，臭氧可以逐渐使由有机物质和无机物质形成的涂层矿化，形成气态二氧化碳。这一切都有助于控制膜污染。总之，臭氧和陶瓷膜组合工艺是处理地表水的有效方法，其可以防止膜污染。然而，其对有机物的去除效果需要进一步研究。如何更好地利用臭氧氧化能力是后续研究的重点。 5陶瓷膜与光催化氧化的结合目前，陶瓷膜与光催化氧化的结合主要有两种形式：一种是将催化剂分散在水中进行光催化氧化，陶瓷膜用于拦截和回收催化剂，另一种是催化剂负载有光催化氧化陶瓷膜表面。陶瓷膜与光催化氧化的结合可以大量催化有机物的降解，防止膜污染。研究发现，不同性质的NOM的吸附和降解能力也不同。通过使用分散在水中的TiO 2粉末进行水中有机物的光催化氧化。光催化作用改变了有机物的化学性质。吸附在粉末上的腐殖酸难以在解吸后再次吸附，并被部分氧化。腐殖酸也难以再次氧化。这可能与光催化产生的强氧化剂的量有关。在光催化反应器中，有机物质的光催化降解使得陶瓷膜保持在基本上没有污染的较高通量。另一位研究人员使用硅改性的TiO2来支撑商业陶瓷膜的表面用于形成具有光催化作用的复合膜。在紫外线照射下掺杂硅的复合薄膜对活性红色染料的降解速率常数是传统TiO2薄膜的2.7倍，具有很强的催化氧化能力。改性锐钛矿晶体具有增加的孔隙率和表面积。较大的表面积和孔隙率可以增加染料与过滤通道中的锐钛矿晶体的接触概率。在紫外线照射下，锐钛矿晶体是催化剂。降解染料的部分。因此，传统的陶瓷膜过滤可以通过膜表面功能化或与其他先进技术相结合，实现更强大的加工能力。结论陶瓷膜及其在饮用水中的组合工艺的应用正在增加。陶瓷膜组合工艺优于单一陶瓷膜工艺。陶瓷膜和凝固组合工艺是研究最广泛和最广泛使用的工艺之一。陶瓷膜与臭氧的结合过程是当前研究和应用的热点，具有很大的发展潜力。陶瓷膜与光催化氧化的结合是一个相对较新的研究方向，可能需要在大规模工程应用中进一步创新。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器