三種預(yù)處理技術(shù)對(duì)超濾膜污染的影響及其機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，超濾膜在水處理中的應(yīng)用價(jià)值得到了廣泛認(rèn)可。而超濾膜在凈水過(guò)程中，自身會(huì)不可避免地受到污染。如何在保證水質(zhì)的前提下降低膜污染，是膜技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。預(yù)處理技術(shù)具有降低膜污染的潛能，本研究中選取了具有較強(qiáng)實(shí)用性、可操作性和成本優(yōu)勢(shì)的三種預(yù)處理技術(shù)——混凝預(yù)處理、吸附預(yù)處理和氧化預(yù)處理，選擇常用試劑為代表，研究了采用不同預(yù)處理技術(shù)及不同運(yùn)行方式時(shí)，浸沒(méi)式超濾膜的運(yùn)行效能，重點(diǎn)考察了三種預(yù)處理技術(shù)對(duì)膜污染的影響及其機(jī)理。

2、　　采用硫酸鋁為混凝劑，在中性pH值條件下，研究發(fā)現(xiàn)預(yù)混凝-超濾系統(tǒng)在常規(guī)最佳混凝劑投量下對(duì)水中UV254和溶解性有機(jī)碳（DOC）的去除率分別達(dá)到82％和67%?；炷A(yù)處理還能夠有效降低膜污染，在恒定膜通量10 L/(m2h)條件下，系統(tǒng)運(yùn)行至280小時(shí)后，無(wú)混凝預(yù)處理的超濾系統(tǒng)跨膜壓差比有混凝預(yù)處理的超濾系統(tǒng)高出13.5kPa。原水中含有少量顆粒物（濁度8-10NTU）并不會(huì)影響有機(jī)物的去除效果和膜污染程度，混凝劑的投量由有機(jī)物的濃度

3、決定。
　　盡管省略絮凝過(guò)程的微絮凝-超濾系統(tǒng)縮短了工藝流程，不影響膜的出水水質(zhì)，但在10L/(m2h)的膜通量下運(yùn)行250小時(shí)后，微絮凝-超濾系統(tǒng)的跨膜壓差比常規(guī)混凝-超濾系統(tǒng)高出11kPa。原因是微絮凝過(guò)程產(chǎn)生了體積百分比約占50%的尺寸在20μm以下的微絮體，這部分絮體更容易造成膜污染。盡管減量投藥可減少藥劑的投加和絮體污泥的生成，對(duì)UV254的去除率僅降低了8%，但對(duì)DOC的去除率降低了20%。當(dāng)運(yùn)行300小時(shí)后，減量投藥

4、混凝-超濾系統(tǒng)的跨膜壓差比常規(guī)最優(yōu)投量混凝-超濾系統(tǒng)高出10kPa。原因是此時(shí)絮凝速率降低，絮凝階段末期絮體的平均尺寸降低了約25%，絮體分形維數(shù)從常規(guī)最優(yōu)投量下的2.69增加到2.79，均對(duì)降低膜污染不利。將混凝劑在混合和絮凝階段二次投加的新型投藥方式明顯降低了膜污染，當(dāng)運(yùn)行330小時(shí)后，二次投藥混凝-超濾系統(tǒng)的跨膜壓差比常規(guī)單次投藥混凝-超濾系統(tǒng)低了16kPa。原因是二次投藥下平衡時(shí)絮體平均尺寸提高了近25%，分形維數(shù)從單次投藥的2

5、.68降低至2.51，同時(shí)膜的內(nèi)部污染程度明顯減輕。這可能由于新生成的混凝劑水解產(chǎn)物具有不同的表面特性，使最終形成的絮體過(guò)濾性能得到改善。
　　研究發(fā)現(xiàn)粉末活性炭預(yù)吸附對(duì)提高超濾系統(tǒng)去除有機(jī)污染物的效能作用顯著，去除率隨著粉末活性炭投量的增加而顯著提高，尤其對(duì)于超濾膜幾乎無(wú)法截留的中小分子有機(jī)物去除能力很強(qiáng)，50mg/L粉末活性炭的投量對(duì)乙草胺和異丙甲草胺兩種目標(biāo)污染物的去除率分別達(dá)到了85%和90%左右。
　　粉末活性炭在

6、低投量下對(duì)膜污染的影響不明顯，而在高投量下會(huì)加劇膜污染，10L/(m2h)的膜通量下，運(yùn)行200小時(shí)后，系統(tǒng)跨膜壓差比低投量時(shí)提高了約10kPa。水中腐殖酸會(huì)將炭顆粒粘結(jié)在膜表面，并進(jìn)入膜表面沉積的活性炭層孔隙中將其堵塞，二者的協(xié)同作用導(dǎo)致了復(fù)合膜污染。在膜池前的混合池中投加粉末活性炭與直接投加到膜池中的膜污染速率無(wú)明顯差別。運(yùn)行約300小時(shí)后，在膜池中連續(xù)投加比間歇投加跨膜壓差低了7kPa，這是由于間歇投加造成粉末活性炭分布不均勻和膜

7、表面更嚴(yán)重的炭顆粒沉積。超濾膜表面預(yù)涂粉末活性炭層后對(duì)膜污染速率的影響并不顯著，說(shuō)明了預(yù)涂層技術(shù)是否能夠降低膜污染與膜材料的性質(zhì)有關(guān)。
　　臭氧預(yù)氧化不僅能夠提高超濾系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物的去除能力，還可以有效降低膜污染。浸沒(méi)式超濾膜持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，膜反應(yīng)器內(nèi)還存在微生物的降解作用。研究發(fā)現(xiàn)臭氧預(yù)氧化使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)CODMn、DOC和UV254的去除率分別提高了17%、13%和30%左右。運(yùn)行55天后，在10-L/(m2h)的膜通量下

8、，無(wú)臭氧預(yù)氧化-超濾系統(tǒng)的跨膜壓差比有臭氧預(yù)氧化-超濾系統(tǒng)高出12.5kPa。
　　三維熒光光譜技術(shù)的研究結(jié)果顯示，臭氧預(yù)氧化使進(jìn)水中類(lèi)腐殖酸物質(zhì)含量降低了30-40%，使類(lèi)蛋白質(zhì)物質(zhì)含量降低了60-70%，對(duì)應(yīng)出水中兩類(lèi)物質(zhì)也有相應(yīng)含量的減少。臭氧預(yù)氧化顯著降低了混合液胞外聚合物中類(lèi)蛋白質(zhì)物質(zhì)的含量，此類(lèi)物質(zhì)與膜表面濾餅層阻力密切相關(guān)。臭氧預(yù)氧化能夠使外部膜污染物中類(lèi)蛋白質(zhì)物質(zhì)的含量明顯降低，以及類(lèi)腐殖酸物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；同時(shí)