恒压超滤水处理过程的影响因素及膜污染特性的评价研究

摘要

近年来，膜分离技术在水处理领域得到了快速的发展。在出水水质得以确保的基础上，保持稳定持久的透水性能己成为膜分离技术研究的中心课题。其中，核心问题是运行过程中膜污染的控制。有效地控制膜污染的形成，能降低膜分离技术的运行成本，实现膜分离技术的广泛普及应用。本文考察了恒压条件下处理有机污染水时跨膜压差、在线清洗频率、反洗压力、快洗压力、回收率、混凝预处理及运行模式(恒压模式和恒流模式)对超滤过程的影响，并采用膜结构参数模型对不同条件下的超滤过程进行了分析和评价。得出以下主要结论:
　　 (1)通过研究操作条件对恒压超滤过程的影响，发现在一定的试验压力范围内，减小跨膜压差，增加在线清洗频率，增大反洗压力，减小回收率均可起到减缓膜通量下降、抑制膜污染的作用。而快洗压力的改变对缓解膜污染作用不明显。
　　 (2)通过研究混凝预处理对恒压超滤过程的影响，发现混凝预处理能够一定程度地减缓膜通量下降、抑制膜污染。原水经切割分子量为100kDa的超滤膜过滤后，主要去除了分子量大于100kDa的物质，而对分子量小于10OkDa物质的去除率较小。在超滤过程中，产生的膜污染是以分子量大于100kDa大分子物质为主的表面污染。同时，研究发现混凝预处理能够去除一部分分子量大于10OkDa的物质，对缓解膜污染具有一定的作用。混凝、超滤工艺增加了对水中污染物的去除率，混凝预处理对进一步改善水质具有显著作用。
　　 (3)通过对恒压模式和恒流模式超滤过滤过程的比较，发现在相同过滤时间、相同产水量条件下，恒压模式下的膜污染程度比恒流模式大，且随着跨膜压差的增大，恒压模式的膜阻力增加的更快，即恒压模式比恒流模式更容易被污染。膜过滤过程中，采用恒流模式过滤可一定程度减轻膜污染，能够提高膜的产水能力。
　　 (4)利用膜结构参数模型对不同条件下的超滤过程进行了分析和评价。模型的表达式为(其中a1为膜孔径影响因子，m-1;a2为膜孔密度影响因子，m-1):
　　 Jv/J0=R0/Rv=(1-a2q)(1-a1q)4(恒压过滤过程)(1)
　　 P0/Pv=R0/Rv=(1-a2q)(1-a1q)4(恒压过滤过程)(2)
　　 结果发现:
　　 ①用模型评价跨膜压差、在线清洗频率、反洗压力对膜过滤影响时，膜孔径影响因子a1和膜孔密度影响因子a2随着跨膜压差的减小、清洗频率的加大、反洗压力的增加均逐渐减小，说明跨膜压差越小、清洗频率越大、反洗压力越大则膜孔窄化和膜面覆盖堵塞作用越弱，膜污染越轻。
　　 ②用模型评价快洗压力对膜过滤的影响时，膜孔径影响因子a1和膜孔密度影响因子a2基本没有变化，说明快洗压力的改变对缓解膜污染的作用不明显。
　　 ③用模型评价回收率和混凝预处理对膜过滤的影响时，膜孔密度影响因子几随回收率减小、混凝剂投加量加大而减小，而膜孔径影响因子a1则增大，说明回收率越小、混凝剂投加量越大则膜面覆盖堵塞作用越弱而膜孔窄化作用越强，总体过滤过程的污染是由膜表面污染所控制，此时膜污染相对较轻。
　　 ④用模型评价恒压与恒流模式的膜过滤过程时，恒压过滤模式的膜孔径影响因子a1和膜孔密度影响因子a2均要比相应恒流过滤模式的大，表明恒压模式膜孔窄化和膜面覆盖堵塞作用均比恒流模式明显，恒压模式的膜污染相对严重。且随着跨膜压差的增大，恒压模式的膜孔密度影响因子变的更大，即恒压模式的膜阻力增加的更快，恒压模式比恒流模式更容易被污染。
　　 膜结构参数模型得出的结论与前面的试验结果相一致，表明膜结构参数模型适合评价膜污染过程。

目录

1 绪论

2 试验设汁

3 试验结果与分析

4 用膜结构参数模型分析评价膜过滤过程

5 结论

致谢

参考文献

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