全站搜索
浊度和腐植酸对超滤膜污染过程的研究
作者:管理员    发布于:2016-03-19 13:45:04    文字:【】【】【

  浊度和腐植酸对超滤膜污染过程的研究王锦王晓昌何自琦(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安710055)析,结合用国产中空纤维超滤膜对浊度和腐植酸混合液进行直接过滤试验的结果,证明两种模型均可描述超滤膜污染过程,并说明腐植酸是造成膜污染的主要物质,但膜孔污染主要发生在膜过滤的初期,而膜表面沉积污染发生在膜过滤的中期。

  膜处理在水工业中是一项相对较新的技术。其中超滤从70年代进人工业应用后发展迅速,已成为应用领域中为广泛的一种。但是目前超滤膜污染问题仍是影响其可靠性的关键因素,并被膜科技界专家列为超滤优先研究的课题之一。为此必须加强对膜污染有关基础理论和工程实践的研究。

  天然水体中存在多的两种物质是无机浊度物质和天然有机物质(NOM),前者的存在形态为悬浮颗粒,粒径在―的范围内,后者为溶解性有机物,主要物质为腐植酸,分子量在102-104的范围内。水处理中常用超滤膜的切割分子量为104~105,相应的孔径约为0.05fxm~2nm,显然超滤对这两种物质的截留性能以及去除机理有很大差别。在两种物质单独存在或共存的情况下,造成膜污染的程度也会明显不同。为了探讨在利用超滤工艺进行原水直接过滤处理过程中的膜污染机理,本研究从理论上分析了超滤膜污染模型,并通过人工定量加浊、加腐植酸配制原水的超滤。

  表1不同系列试验对浊度和有机物的处理效果试验系列UVw平均浊度平均去除率/去除率/系列从表1中可看出超滤对浊度物质几乎能够全部去除,对有机物来说,UV254的去除率为40~53,但DOC的去除率略低,为2838.系列2中原水DOC由5mg/L增加到8mg/L,其去除率也从28提高到38,说明膜孔内的污染物和膜表面的沉积层对有机物有一定的截留作用。另外,浊度的添加,也提高了有机物的去除率,这是因为浊度物质增加提高了对有机物的吸附。

  3.2不同系列试验结果比较不同系列试验正规化比渗透通量随过滤时间的变化如所示。不同系列试验数据分别用滤饼层过滤模型和膜孔窄化模型验证,其结果如表2所示。

  从中看到,不同原水在过滤周期内渗透通量下降程度不同,反映了膜污染的状况不同。系列1浊度水通量下降慢,系列2有机水通量下降快,而系列3浊度与有机物混和的原水通量下降程度居中。纯有机物配制的原水随有机物浓度的增加,DOC浓度从5 mg/L增加到8mg/L,对膜的污染也越严重。系列3与系列2比较,相同有机物浓度的原水,在加入一定的浊度物质后,减轻了膜的污染。

  从表2中可看出滤饼层过滤模型和膜孔窄化模型与试验结果都有较高的相关性。这说明两种污染不同试验系列两种模型系数的变化试验系列滤饼层过滤模型膜孔窄化模型浊度/过滤时间/h平均回收率/注和Kp为试验周期内的平均值。

  机理同时存在。系列1中两种模型相应的滤饼层过滤阻力系数和膜孔吸附系数CP都比其它系列小,说明当浊度物质单独存在时,既不容易形成滤饼层,杂质对膜孔的吸附性也很小。系列2与系列1相因可能有两点:一是高岭土颗粒对腐植酸高分子有一定的吸附作用,这样避免了腐植酸分子与膜表面之间的直接接触;二是在剪切力作用下,与高岭土颗粒粘附的腐植酸分子有可能随浓缩液带离膜表面。比心和iCp值都很大,并且随DOC增加,心和Kp但在第3系列中,油度增加Kc和Kp也有所增加,都增大,说明腐植酸在膜表面沉积和对膜孔的吸附这主要是因为该组试验的回收率(92)比前面试验都较强。从上面的(8)式和(4)式可得出,的回收率(82)有所提高,从而减少了膜面剪切水加,首先与沉积层孔隙率的减少有关,其次与被过滤,可见,滤饼层过滤阻力系数的增颗粒的分散性降低有关,即颗粒越细,对应的阻力越大。腐植酸天然有机篼分子远小于浊度颗粒,因此,系列2中形成的滤饼层阻力远篼于系列1.系列3与系列2相比,和CP都减小了,说明高岭土一定程度上减弱了腐植酸对膜的沉积和吸附污染。原流,影响了横向流的剪切作用。对于不同系列试验,两种模型系数的变化与中超滤膜渗透通量的变化相一致。

  3.3不同时段饼层阻力系数Kp和的变化将每组试验数据都分成3个时段:开始时段(0~1h),中间时段(1.5~6h),后时段(6~10h),然后用两种模型分析,结果如、所示。

  从的4个图(a)~(d)中都明显地看到膜孔吸附系数Kp(图中直线的斜率)在每组试验的开始阶段(0~1h)值大,中间阶段次之,后阶段小。说明膜孔吸附污染在运行开始1h内为严重,随后有所缓解。

  从的4个图(a)(d)中都明显地看到滤饼层过滤阻力系数Ke(图中直线的斜率)在开始时段和终时段值较小,而在中间段值大。这说明膜装置开始运行1h内,沉积速度大于扩散速度(包括布朗扩散和剪切扩散),沉积污染正在逐渐形成;在中间时段,两者达到了平衡,沉积污染严重;而在后时段随沉积厚度增加,扩散速度又略大于沉积速度,滤饼层阻力系数又有所减少。

  从上述现象看,水中腐植酸类有机物首先吸附于膜孔之中导致膜孔窄化,然后在膜面形成滤饼层进行污染物截留。这是膜过滤和膜污染的主要机理。

  滤饼层过滤模型中过滤阻力系数/的变化4结论超滤膜污染过程可以用滤饼层过滤和膜孔窄化两种模型来描述,前者强调污染物在膜表面的沉积,后者强调污染对膜孔的吸附。

  用切割分子量10万的国产膜进行不同水质的直接过滤试验结果表明,对于浊度和腐植酸两种物质,膜表面沉积污染和膜孔污染同时存在,但腐植酸对膜的污染比浊度物质严重得多,是造成膜污染的主要物质,当浊度物质与腐植酸共存时,腐植酸对膜的污染被减弱。

  膜孔污染主要发生在膜过滤初期的1h内,而膜表面沉积污染主要发生在膜过滤开始1h之后。水中腐植酸类有机物首先吸附于膜孔之中导致膜孔窄化,然后在膜面形成滤饼层进行污染物截留。

访问统计
51客服