三種預(yù)處理技術(shù)對超濾膜污染的影響及其機理研究.pdf

1、近年來，超濾膜在水處理中的應(yīng)用價值得到了廣泛認可。而超濾膜在凈水過程中，自身會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)域研究的重點和難點。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實用性、可操作性和成本優(yōu)勢的三種預(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)及不同運行方式時，浸沒式超濾膜的運行效能，重點考察了三種預(yù)處理技術(shù)對膜污染的影響及其機理。

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水中UV254和溶解性有機碳（DOC）的去除率分別達到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)運行至280小時后，無混凝預(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）并不會影響有機物的去除效果和膜污染程度，混凝劑的投量由有機物的濃度

3、決定。
　　盡管省略絮凝過程的微絮凝-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)的膜通量下運行250小時后，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UV254的去除率僅降低了8%，但對DOC的去除率降低了20%。當運行300小時后，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，當運行330小時后，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濾性能得到改善。
　　研究發(fā)現(xiàn)粉末活性炭預(yù)吸附對提高超濾系統(tǒng)去除有機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，尤其對于超濾膜幾乎無法截留的中小分子有機物去除能力很強，50mg/L粉末活性炭的投量對乙草胺和異丙甲草胺兩種目標污染物的去除率分別達到了85%和90%左右。
　　粉末活性炭在

6、低投量下對膜污染的影響不明顯，而在高投量下會加劇膜污染，10L/(m2h)的膜通量下，運行200小時后，系統(tǒng)跨膜壓差比低投量時提高了約10kPa。水中腐殖酸會將炭顆粒粘結(jié)在膜表面，并進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明顯差別。運行約300小時后，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、表面更嚴重的炭顆粒沉積。超濾膜表面預(yù)涂粉末活性炭層后對膜污染速率的影響并不顯著，說明了預(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)對有機污染物的去除能力，還可以有效降低膜污染。浸沒式超濾膜持續(xù)運行一段時間后，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)氧化使整個系統(tǒng)對CODMn、DOC和UV254的去除率分別提高了17%、13%和30%左右。運行55天后，在10-L/(m2h)的膜通量下

8、，無臭氧預(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)氧化使進水中類腐殖酸物質(zhì)含量降低了30-40%，使類蛋白質(zhì)物質(zhì)含量降低了60-70%，對應(yīng)出水中兩類物質(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蛋白質(zhì)物質(zhì)的含量，此類物質(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蛋白質(zhì)物質(zhì)的含量明顯降低，以及類腐殖酸物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；同時