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

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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已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100kDa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100kDa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α1为膜孔径影响因子,m-12为膜孔密度影响因子,m-1):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α1和膜孔密度影响因子α2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α1和膜孔密度影响因子α2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α2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α1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α1和膜孔密度影响因子α2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。
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