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膜蒸馏(MD)是将膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程,具有操作温度低、操作压力低、对非挥发溶质的截留率高、操作简单等优点,是近年来最具发展前景的脱盐技术之一。
随着膜蒸馏技术研究的日趋深入,膜污染问题也越来越受到专家学者的关注。大量研究证明微溶性无机盐容易在膜面结垢,严重污染膜表面,是造成通量快速衰减,甚至破坏膜疏水性能的主要原因。也有研究认为当料液中同时存在有机物和难溶性无机盐时,膜蒸馏过程膜污染的程度会加剧,这是因为这类有机物的存在,能够在膜表面形成有机基质污染层,诱导碳酸钙在膜表面异相成核,成长为稳定的晶体,加速膜内表面的污染。因此,控制污水中有机污染物含量可有效缓解膜蒸馏过程中膜污染的发生。
首先,根据天津某钢铁厂二沉池出水经连续微滤-反渗透处理(CMF-RO)后的浓水水质特点,本文设计了絮凝与超滤集成预处理方法。着重研究了絮凝、一次絮凝-超滤集成、二次絮凝-超滤集成、分步二次絮凝-超滤集成等预处理方法对反渗透(RO)浓水CODcr的去除效果的影响。结果表明,在以聚合氯化铝(PAC)为絮凝剂,投加量为8mg/L时,絮凝与超滤集成,可使RO浓水的CODcr含量降低40%。而PAC絮凝-超滤后,再进行阴离子型聚丙烯酸钠(PAAS)二次絮凝-超滤预处理对RO浓水CODcr的去除率亦能达到40%。
其次,本文采用研究所自制聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜,利用浸没式减压膜蒸馏(VMD)技术,对经过预处理后的RO浓水进行深度浓缩处理,考察预处理方法对膜蒸馏性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)分析膜表面形貌及污染物组成。结果表明,经过PAC+UF预处理后,整个VMD浓缩过程中通量有所提高,浓缩至7-8倍时,较之预处理前,通量衰减率降低约20%。经过PAC+UF预处理的RO浓水进行VMD浓缩至8倍时再进行PAAS二次絮凝-超滤处理后,通量能够提高10%。
最后,采用蒸馏水和盐酸溶液对无预处理及经PAC+UF预处理后的两组VMD浓缩过程中受污染的膜组件进行清洗,结果显示水洗和酸洗的效果均很好。验证性膜清洗试验结果表明,膜表面污染物主要成份为CaSO4和NaCl等无机盐晶体,无需按照一般程序添加任何药剂采用化学清洗,仅通过控制清水清洗的时间间隔就可以有效控制膜污染,恢复通量,且经絮凝-超滤集成预处理后的膜污染更容易清洗,说明絮凝预处理能够缓解膜污染。