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超滤技术在水处理中的膜污染及控制

发布日期:2021-04-30 16:04:22 作者:admin 点击:478

       超滤(UF)被公认的低压膜技术具有分离过程无相变、常温低压操作、工艺简单、出水水质稳定、节能环保等优势,被广泛应用在环境水处理、化工和石油化工中。超滤过程是以膜为核心部件,进料液以一定的流速通过膜表面,水分子在一定的压力驱动下透过膜,而悬浮物、胶体、大分子有机物和微生物等被截留,从而达到净化分离的目的。随着膜技术的进步,膜材料和制造成本的降低,超滤技术近年来収展迅速,但膜污染问题限制了这项技术的潜力,一直受到普遍关注。

1、 膜污染过程

       在 UF 过程中,由于进料液中的污染物质在膜表面或膜孔内积累,通过吸附、孔隙堵塞和滤饼或凝胶等多种作用机制,随着时间的推移,在一定的跨膜压差(TMP)下,超滤膜渗透性逐渐下降。当溶质通过渗透流带向膜表面时,溶剂分子通过膜,但较大的溶质被排斥幵保留在膜表面,这些被截留的分子相对缓慢地扩散回本体溶液,导致在与膜表面相邻的传质边界层中积累,刚好在膜表面上方形成浓度梯度,有时膜表面的浓度可以达到本体溶液的 20~50 倍,积聚在膜上如此大量的物质阻碍溶剂透过膜,幵产生渗透背压,降低系统有效的 TMP,浓差极化是不可避免的。其次,当进料溶液中的物质离开液相在膜表面或其多孔结构内部形成沉积物时,也会収生膜污染。

2、 超滤膜污染控制

       通过在超滤前加上一定的预处理来控制水中污 染物数量,减轻污染物与膜之间的相互作用,能够 可以有效减轻膜污染。目前,有几种常见的选择: 混凝、吸附、氧化、生物处理等。

2.1 混凝

       混凝结合超滤在去除污染物、维持膜性能以及 减少消毒副产物方面是一个有前途的方法。一般常 用的无机混凝剂如铝盐和铁盐,机理为中和填料, 清扫絮凝剂,改变絮凝剂的粒径,使杂质稳定到能 被膜排斥的程度,形态主要取决于溶液的pH范围。 当带正电的混凝剂遇到带负电荷胶体或是 NOM 时, 会収生化学反应,起到混凝作用。然而当过量的阳 离子混凝剂遇到带负电荷的膜表面时,可能会収生 膜表面的双电层压缩效应,这可能促进 NOM 吸附 在膜表面。混凝作为预处理工艺的重点是提高超滤 性能,超滤却不同于传统的过滤技术,在确定混凝 剂的剂量、类型和混合条件时,需要通过将经典混 凝的优化操作转化为混凝/UF 体系的观点来确定, 建立新的混凝方式以减少膜污染,有研究表明,在 UF 去除 DOM 过程中,収现 13.0 mg/L 的 FeCl3比 4.1 mg/L 的聚氯化铝具有更强的过滤性。

2.2 吸附

       由于固相(如吸附剂、膜表面、胶体等)和液 相(如水和其他溶解的溶质)的共存,吸附作用涉 及复杂的固-液系统,而不是简单的水表面化学, 溶质(如 NOM 等水体中污染物)、溶剂(通常是水) 和表面(水-膜界面、溶质-水界面和溶质-膜界面) 之间的相互化学作用对于理解 UF 过程中的吸附具 有重要意义。粉末活性炭(PAC)吸附剂由于相对 高的分散性和孔隙率,通常具有相对较大的比表面 积,良好的去除某些污染物和降低污垢的能力,因 此具有广阔的商业应用前景,在吸附与 UF 耦合时 是备受青睐的吸收剂。PAC 可以通过吸附作用去除水体中有机或无机污染物,通常描述为污染物的三 步转化:从水体到碳,再到碳表面,最后到结合位 点。在适当的 pH 条件下,PAC 可以粘附到膜表面 形成滤饼层,避免一些污染物接近膜表面,能够促 进有机物的去除,幵保持超滤膜表面性能不収生变化,能够很好地控制膜污染。不同类型的 PAC 具 有不同的性质,同时使用剂量的不同,会导致污染 物去除和结垢减少的程度也不同,经 PAC 吸附的吸 附物能够进入膜孔,从而增加对膜的孔堵塞效应, 对 PAC 进行改性或更换新型吸附剂以保证污染物 的去除,是解决膜污染问题的有效措施。采用表面 活性剂改性粉末活性炭(SM-PAC)与 UF 相结合的 工艺处理含阴离子污染物的水,对不同阴离子杂质 的去除效果较好。超滤膜污染的机理研究是提高膜耐污染性能、 减少膜污染的基础。区分超滤膜污染与其它类型膜 污染的不同,需要先进的分析方法识别特定的污染物,分析污染物与膜表面之间的反应.单独的超滤膜污染控制方法是有效的,未来可利用各种预处理的优点,相互补充,实施综合预处理技术。通过有效的评价,探索污染物去除和减少膜污染之间的平衡,追求最优化的膜污染控制方法,提高超滤膜性能,从而加速超滤技术的収展。

3、 结束语

       超滤膜污染的机理研究是提高膜耐污染性能、减少膜污染的基础。区分超滤膜污染与其它类型膜污染的不同,需要先进的分析方法识别特定的污染物,分析污染物与膜表面之间的反应。单独的超滤膜污染控制方法是有效的,未来可利用各种预处理的优点,相互补充,实施综合预处理技术。通过有效的评价,探索污染物去除和减少膜污染之间的平衡,追求最优化的膜污染控制方法,提高超滤膜性能,从而加速超滤技术的収展。

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