預(yù)處理對膜過濾性能影響的分析

  超濾技術(shù) 

    超濾技術(shù)是一種以壓力差為推動力，利用膜的透過性能，達(dá)到分離水中離子、分子以及某種微粒為目的的膜分離技術(shù)。超濾膜的孔徑范圍大致在0.005~1微米之間，填補(bǔ)了微濾和納濾之間空隙。國內(nèi)外學(xué)者提出超濾過程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：①溶質(zhì)在膜表面以及微孔壁內(nèi)產(chǎn)生吸附；②溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔中停留，引起堵塞；③溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被機(jī)械截留，實(shí)現(xiàn)篩分。

    超濾過程一般有兩種方式:終端過濾和錯流過濾。對濁度較低、水質(zhì)較好的原水，一般采用終端過濾，這樣可以大大降低工藝的能耗;對于濁度較高、污染較為嚴(yán)重的水，就采用錯流過濾，這樣可以避免大量的污染物累積在膜的表面，造成膜的污染，降低過濾性能。

    超濾膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和種類 

    超濾膜的橫截面具有不對稱結(jié)構(gòu)。它一般是由一層厚度<1微米，起到篩分作用的致密層和一層厚度較大(通常為125微米)、具有海綿狀或指狀多孔結(jié)構(gòu)的支撐層組成。目前，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)和生活中常用的膜組件主要有:管式、板框式、卷式和中空纖維式等幾種。中空纖維膜又有內(nèi)壓膜(致密層在內(nèi))、外壓膜(致密層在外)和雙向膜(內(nèi)外都有致密層)三種結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，還是存在膜品種少、膜孔徑分布較寬和性能不穩(wěn)定等缺陷。

    超濾膜對有機(jī)物的去除效果及影響因素 

    超濾膜的截留分子量范圍一般為5000~10000ODalton，天然水體中有相當(dāng)大一部分溶解性有機(jī)物的分子量低于該范圍，導(dǎo)致超濾膜對其攔截效果很差。事實(shí)上，天然水中這一類的低分子溶解性有機(jī)物所占的比例往往較大。

    超濾膜對有機(jī)物的去除，不同情況下差異很大。有學(xué)者用切割分子量為10萬Dalton的中空纖維超濾膜對20種不同的原水進(jìn)行過濾，TOC平均去除率為18%，UV25的平均去除率為28%。同樣為去除水中的TOC，Laine等人用終端過濾的方式處理地表水，超濾膜對TOC的去除率在42%左右。

    所以，尋找合適的方式盡可能地減少這種差異，提高超濾膜的處理效率是關(guān)鍵。從膜方面著手，就是尋找新的膜材料或者對膜進(jìn)行改性；從處理工藝方面著手，就是尋找合適的處理工藝與超濾膜相組合，從而達(dá)到優(yōu)化處理的效果。

 預(yù)處理對膜過濾性能的影響 

    水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)、細(xì)菌(病毒)等在過濾過程中會附著在膜表面，使膜受到污染，被截留的雜質(zhì)也會迅速在膜的表面產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象；同時(shí)，水中部分細(xì)小的顆粒物會進(jìn)入膜孔內(nèi)使水通道堵塞，水體中的微生物及其代謝產(chǎn)物也會粘附在膜表面。所有這些都會影響到膜的過濾性能，再加上前面提及的諸多影響因素，因此，膜供水必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，盡可能多的去除水中的溶解性有機(jī)物或者改變其在狀態(tài)、降低膜污染、提高膜的過濾性能、延長使用壽命并降低水處理費(fèi)用。預(yù)處理方法有很多:生物預(yù)處理、臭氧預(yù)處理、活性炭(顆粒炭GAC或者粉末炭PAC)預(yù)處理混凝預(yù)處理等。其中研究最多的則是臭氧、活性炭(GAC或PAC)和混凝三種預(yù)處理方法。

    臭氧預(yù)處理對膜過濾性能的影響 

    日本的SSawada等人研究了臭氧預(yù)氧化對孔徑為0.1微米的PVDF微濾膜過濾性能的影響。試驗(yàn)用5.0mg/l的腐殖酸和10mg/l的高嶺土配置原水，然后向水中投加4.5mg/l的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該狀況下的透水通量是未臭氧預(yù)處理時(shí)的2倍。并且，投加時(shí)，過濾阻力下降;停止投加，過濾阻力上升。他認(rèn)為臭氧能將水中本來對膜有污染作用的有機(jī)物(腐殖酸)分解成不易污染膜的、更分散的物質(zhì)，減緩膜污染，并使得反沖洗時(shí)膜表面的污染層更容易去除。

    可見，臭氧預(yù)氧化對膜過濾性能的改善是有利的。但是臭氧氧化副產(chǎn)物(如溴酸鹽)和膜組件的耐臭氧性能是該預(yù)處理方法應(yīng)該考慮的問題。

    活性炭(GAC或PAC)預(yù)處理對膜過濾性能的影響 

    利用活性炭(GAC或PAC)和其他多孔的具有較大比表面積的吸附劑來吸附原水中能夠污染膜的溶解性有機(jī)物，達(dá)到降低過濾阻力、提高透水通量和有機(jī)物的去除率的目的。

    董秉直等人，用粉末活性炭與超濾聯(lián)用技術(shù)處理黃浦江原水，試驗(yàn)表明，粉末活性炭與膜聯(lián)用能有效提高有機(jī)物的去除效果;粉末活性炭不會造成膜過濾阻力的增加，并且膜過濾阻力隨著粉末活性炭投加量的增大而減小。

    JamesA.Nilisont等人用PAC作為NF的預(yù)處理，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)PAC并不能有效地防止膜污染。他們認(rèn)為疏水性有機(jī)物是引起膜污染，造成膜通量下降的主因。而PAC只能有效地去除親水性有機(jī)物，對疏水性有機(jī)物去除效果很差。所以，PAC對膜過濾沒有起到實(shí)質(zhì)性作用?；钚蕴繉δみ^濾性能的影響，有利地一面是吸附大量可以污染膜的有機(jī)物，減小過濾阻力，提高膜的透水通量；不利的一面就是在去除有機(jī)物方面，它也存在一定的局限性；同時(shí)，長期吸附在膜表面的活性炭有可能會在炭粒內(nèi)部滋生微生物進(jìn)而污染膜