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陶瓷膜联合处理饮用水

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-07 0:13:35 * 浏览: 65
该国大部分地表饮用水源受到不同程度的污染,例如,约55%的地表饮用水源超过有机标准。传统的饮用水处理工艺无法有效去除有机物,其废水难以满足《饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。膜技术是一种新型的加工技术,具有显着的技术可行性,并已在多种领域成功应用。膜通常分为有机膜和无机膜。多孔陶瓷膜是一种无机膜,具有较高的机械强度,化学稳定性和热稳定性,但由于其成本和加工工艺的限制,主要用于化学,制药等领域。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,饮用水处理的研究也逐渐增多。目前饮用水处理中陶瓷膜的研究主要集中在分离效果上,并经常与混凝等工艺相结合,以达到去除有机物,浊度和细菌的目的。 1陶瓷膜分离工艺陶瓷微滤膜和超滤膜在欧洲已使用多年,用于处理地表水。自1984年以来,法国一直在工业规模的饮用水生产中使用陶瓷膜。利用陶瓷膜处理饮用水和饮用水的研究主要集中在膜的改性和膜周围水力条件的改善上,以达到理想的处理效果并防止膜污染。普通陶瓷膜具有更好的去除浊度和其他污染物的能力。现有的中试研究表明,当过滤粒径为0.5μm,含量为0.1%至1.0%的悬浮固体颗粒时,0.1μm的陶瓷膜可以完全去除悬浮固体,并且经过一定的反冲洗间隔后,有效地减少了膜的结垢,当进行死端过滤时原水的回收率超过95%,表明陶瓷膜具有很强的去除原水中颗粒的能力。单独使用陶瓷膜过滤具有诸如过滤压力过快增加和难以去除膜污染的问题。因此,一些研究人员希望改变膜周围的水力条件,以减少膜污染并保持通量。目前,这些方法主要包括安装湍流促进器,增加搅拌装置,改变将膜置于流体中的方法,动态膜过滤和超声。水力条件的改善不利于在膜表面形成污染层,因此在控制膜污染和维持通量方面有更好的效果,但是超声不利于膜通量的恢复,因为超声可能导致较小的颗粒进入膜孔内部会导致不可逆的膜污染。液压条件的改善有助于控制膜的结垢和维持通量,但是这既增加了能量消耗,又设备的稳定性和成本也是限制其广泛应用的因素。因此,需要通过改变膜表面的水力条件来改善过滤效果的进一步研究。吕等人。使用一种新方法将纳米颗粒的银粘附到多孔陶瓷膜的表面。中间偶联剂的氨基用于与纳米银的表面形成N-Ag键,并与陶瓷膜的表面形成Si-O-Si键。纳米银颗粒粘附至陶瓷膜的表面。试验表明,改性的陶瓷膜对大肠杆菌具有抑制作用。溶液中的银离子可能直接杀死细菌,或者可能抑制细菌繁殖。然而,这种改性膜的主要问题是成本高,并且应当进一步研究改性陶瓷膜的稳定性。ch也是所有修改过程中都应考虑的问题。由于陶瓷膜的使用寿命至少为10至15年,因此改性陶瓷膜也应达到该寿命,但是结合到陶瓷膜表面的银能否在长期使用中保持其稳定性仍有待观察。讨论过。此外,银离子对人体的影响应进一步研究。隋宪东等。研究了使用硅藻土梯度陶瓷微滤膜净化自来水的方法。平均孔径为0.1μm的梯度陶瓷膜可以完全去除水中的大多数病原细菌和铁锈,红色昆虫和各种悬浮颗粒。 。通过简单的机械清洁可以完全回收被污染的膜。尽管机械清洁可以更好地恢复膜通量,但操作困难,尤其是工程应用中的膜组件不易清洁。 2陶瓷膜与混凝相结合的过程混凝是传统水处理过程中必不可少的环节,混凝与膜混相结合的过程也得到了广泛的应用。加入絮凝剂可以使较小的颗粒变成较大的颗粒,然后形成一层多层的空滤饼,可以减少膜的堵塞,延长使用周期,降低运营成本。由于陶瓷膜本身具有良好的除浊效果,因此对陶瓷膜与混凝相结合的过程的研究主要集中在去除有机物上。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。采用陶瓷膜处理来模拟高有机物含量(10〜20mg / L)的原水。凝结后,膜过滤通量几乎与单独过滤去离子水时相同。凝结对于维持高的膜过滤通量很重要。凝结后,大量的有机物可能会通过沉淀而被去除,这些有机物可能会在膜表面形成污染层或在膜孔中造成堵塞,从而延长了化学清洗的周期和膜的使用寿命。经过凝结和膜结合处理后,可以去除模拟原水中的大量有机物质。尽管单膜工艺也可以实现较高的有机物去除率,但其过滤通量迅速降低。该研究的不足之处是该研究中使用的水是由去离子水构成的模拟原水,与地表水的实际情况相去甚远。 Barbot和Jacangelo研究了不同的絮凝剂和陶瓷膜对有机物和消毒副产物的去除效果。 Barbot发现,絮凝和膜过滤相结合后,氯化铁絮凝剂对膜的过滤通量没有显着影响,而另外两种有机絮凝剂分别使膜通量增加了20%和减少了50%。研究人员还研究了明矾花的剪切强度,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,明矾花容易破裂并且膜孔可能被阻塞。因此,当使用氯化铁作为絮凝剂时,可以考虑采用其他加压方法(例如负压)进行膜过滤,以减少对明矾的影响。 Jacangelo认为,去除某些污染物可以通过去除TOC(总有机碳)来实现。当使用陶瓷管无机膜处理河水时,TOC的去除率约为30%,THMFP(三卤甲烷生成潜力)降低了10%至20%。加入絮凝剂后,TOC的去除率提高至约60%,THMFP也降低了近30%。这表明陶瓷膜和凝结的组合过程在去除有机物和消毒副产物方面具有更好的效果。 Konieczny等。研究了絮凝剂用量,膜孔径和凝结时间对采用陶瓷膜/凝结组合工艺去除地表水中病毒的影响。膜孔的数量和絮凝剂的数量都会影响他对病毒的清除作用。使用管道静态混合器后,与传统工艺相比,凝结时间大大缩短。采用组合工艺后,较小的明矾花可以满足膜过滤的要求,因此提高混凝效果可以节省凝结时间,减小结构体积。 3陶瓷膜和活性炭的结合工艺活性炭具有出色的吸附性能,在饮用水处理中有许多应用。活性炭对诸如气味物质之类的小分子有机物质具有良好的吸附效果。陶瓷膜和活性炭的结合过程可以实现污染物从水体中的吸附和分离[21,22],可以防止膜污染,延长过滤时间,增加过滤通量。 Lohwacharin等。利用非稳态过滤理论和阻力串联模型分析了超滤过程中膜通量下降的原因。膜孔的特殊结构会导致分子质量小的NOM(天然有机物)吸附在膜孔的表面并进入膜孔,从而堵塞膜孔。添加PAC(粉状活性炭)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。当陶瓷膜和PAC组合工艺运行时,弱耦合滤饼电阻是总电阻的主要部分。由于滤饼自身的致密性以及滤饼与膜之间的结合力相对较弱,因此当使用大颗粒PAC时,可以容易地液压清洗形成的滤饼层以恢复通量。并且由于PAC的存在使所形成的滤饼更加疏松,因此阻力较弱,这有助于保持较高的过滤通量。日本研究人员使用SPAC(超级活性炭)和微滤陶瓷膜工艺来处理水中的土壤异味。 SPAC的粒径远小于普通粉状活性炭,当其用量比普通PAC低90%时,其处理效果远高于普通PAC。使用普通的PAC去除气味物质时,需要较长的接触时间,效果不理想。使用SPAC可以将500ng / L模拟原水中的土壤气味降至10ng / L,显示出强大的吸附能力。但是,处理湖泊原水后,效果明显降低,表明去除水中有味物质时,原水质量对SPAC和微滤陶瓷膜的联合工艺影响很大。 PAC与陶瓷膜的联合工艺可以更好地达到污染物吸附和与水体分离的效果。然而,该方法的问题是PAC被吸附饱和。饱和PAC的后续处理是一项巨大的工程,PAC可能会繁殖微生物。尽管微生物可能有助于去除污染物,但应注意废水水质的影响。 4陶瓷膜与臭氧的结合工艺在传统的饮用水处理工艺中,臭氧通常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过程中,臭氧的主要目的是将有机物氧化为无机物和水,或将有害有机物降解为无害物质,同时减少膜污染并增加膜通量。由于NOM容易与消毒剂反应并形成有害的副产物,因此经常引起关注。腐殖质是NOM的重要组成部分。 Karnik等。研究了陶瓷膜与臭氧结合的过程中臭氧浓度,膜孔径和氧化时间对去除水中有机物的影响,并研究了模拟水中过滤后的氯消毒及其TTHM(总三卤甲烷)分发系统。和HAAs(卤乙酸)。臭氧和膜过滤可以去除50%的溶解有机物,并如果水中的腐殖质被部分氧化,则产品不易与氯发生反应,这可使配水系统中的TTHM和HAAs浓度分别降低80%和65%。研究还发现,臭氧与TTHMs和HAAs前体的反应比臭氧与吸收紫外线的物质的反应要慢,这表明臭氧与不同类型的有机物的反应速率不同。在低pH条件下,DOC(溶解有机物)的去除率较高,因为在此条件下,臭氧相对稳定,溶解臭氧浓度也很高,这增加了臭氧或二次氧化剂与有机物接触的可能性。研究表明,有效溶解的臭氧浓度以及臭氧与天然有机物接触的可能性是影响过程效果的主要因素。但是,研究发现,仅通过增加臭氧浓度,就无法显着提高DOC的去除率,并且有可能降低有机物的膜截留效率,因为臭氧只能将一小部分DOC矿化成水和水。二氧化碳。大分子DOC的一部分转化为小分子并穿透膜。在泰国,研究人员使用示范项目研究了热带气候条件下陶瓷膜和臭氧活性炭联合处理对地表水的影响。在水质随季节变化显着的条件下,组合过程在过滤受污染的地表水时可以保持纯水过滤通量的70%和35%,部分原水可以满足当地饮用水标准,表明该方法适用于热带气候中的分散式供水。研究发现,较高的温度会在膜表面形成大量生物膜。生物膜不仅覆盖了膜的表面,而且还进入了膜的支撑层,使其紧密粘附于陶瓷膜的表面。反洗对此无能为力。但是,臭氧的存在使得生物膜可以通过简单的反冲洗去除。一方面,臭氧可以抑制微生物的生长,另一方面,溶解的分子臭氧会附着在膜表面或膜孔上,从而防止污染物在膜孔或膜表面积聚,并且臭氧会氧化并自我氧化。分解污染物。氧气可以防止污染物在膜上的沉积,此外,臭氧可以使由有机和无机物质形成的涂层逐渐矿化并生成气态二氧化碳。这有利于控制膜结垢。综上所述,臭氧与陶瓷膜的结合工艺是处理地表水的有效方法,可以防止膜污染。但是,其对去除有机物的作用仍有待进一步研究。如何在过程中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过程目前,陶瓷膜与光催化氧化的结合过程主要有两种形式:一种是将催化剂分散在水中进行光催化氧化,而陶瓷膜则用于保留和回收催化剂。 ,该催化剂支持陶瓷膜表面的光催化氧化。陶瓷膜与光催化氧化的结合过程可以催化有机物的大量降解,防止膜污染。研究发现,NOM在催化剂上的吸附和降解能力不同,其特性也不尽相同。分散在水中的TiO2粉末用于光催化氧化水中的有机物。光催化作用导致有机物的化学性质发生变化。吸附在粉末上的腐殖酸解吸后,很难再次吸附。腐植酸也很难再次被氧化。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,有机物的光催化降解使陶瓷膜保持在相对高的通量下,从而形成无污染。其他研究人员已经在商用陶瓷膜的表面上使用了硅改性的TiO2来形成具有光催化作用的复合膜。在紫外辐射下,掺硅复合膜对的反应性红色染料的降解速率常数是普通TiO2膜的2.7倍,表现出很强的催化氧化能力。改性锐钛矿晶体的孔隙率和表面积增加,而较大的表面积和孔隙率可以增加染料和锐钛矿晶体在过滤通道中接触的可能性。在紫外线照射下,锐钛矿晶体催化降解染料的位点。因此,传统的陶瓷膜过滤器在膜表面功能化或与其他先进技术结合后,可以实现更强大的处理能力。结论陶瓷膜及其组合工艺正越来越多地用于饮用水中。组合陶瓷膜工艺的效果要好于单一陶瓷膜工艺的效果。陶瓷膜与混凝相结合的方法是目前研究最广泛的方法之一。陶瓷膜与臭氧的结合工艺是目前研究和应用的热点,具有巨大的发展潜力。陶瓷膜与光催化氧化的结合工艺是一个相对较新的研究方向,在大规模工程应用中可能需要进一步的应用。陶瓷过滤器,陶瓷膜,陶瓷膜过滤器