超濾技術(shù)

    超濾技術(shù)是一種以壓力差為推動(dòng)力，利用膜的透過(guò)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(guó)內(nèi)外學(xué)者提出超濾過(guò)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(guò)程一般有兩種方式:終端過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾。對(duì)濁度較低、水質(zhì)較好的原水，一般采用終端過(guò)濾，這樣可以大大降工藝的能耗;對(duì)于濁度較高、污染較為嚴(yán)重的水，就采用錯(cuò)流過(guò)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，降過(guò)濾性能。

    超濾膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和種類(lèi)

    超濾膜的橫截面具有不對(duì)稱(chēng)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)。總的來(lái)說(shuō)，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(duì)物的去除及影響因素

    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)大一部分溶解性的分子量低于該范圍，導(dǎo)致超濾膜對(duì)其攔截很差。事實(shí)上，天然水中這一類(lèi)的低分子溶解性有機(jī)物所占的比例往往較大。

    超濾膜對(duì)物質(zhì)去除，不同情況下差異很大。有學(xué)者用切割分子量為10萬(wàn)Dalton的中空纖維超濾膜對(duì)20種不同的原水進(jìn)行過(guò)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(guò)濾的方式處理地表水，超濾膜對(duì)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(duì)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。

 預(yù)處理對(duì)膜過(guò)濾性能的影響

    水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)、病毒等在過(guò)濾過(guò)程中會(huì)附著在膜表面，使膜受到污染，被截留的雜質(zhì)也會(huì)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(huì)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(huì)粘附在膜表面。所有這些都會(huì)影響到膜的過(guò)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物或者改變其在狀態(tài)、降低膜污染、提高膜的過(guò)濾性能、延長(zhǎng)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(duì)膜過(guò)濾性能的影響

    日本的SSawada等人研究了臭氧預(yù)氧化對(duì)孔徑為0.1微米的PVDF微濾膜過(guò)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(guò)濾阻力下降;停止投加，過(guò)濾阻力上升。他認(rèn)為臭氧能將水中本來(lái)對(duì)膜有污染作用的物(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(jiàn)，臭氧預(yù)氧化對(duì)膜過(guò)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(wèn)題。

    活性炭(GAC或PAC)預(yù)處理對(duì)膜過(guò)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(lái)吸附原水中能夠污染膜的溶解性物，達(dá)到降低過(guò)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)用能有效提高物的去除;粉末活性炭不會(huì)造成膜過(guò)濾阻力的增加，并且膜過(guò)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(duì)疏水性物去除很差。所以，PAC對(duì)膜過(guò)濾沒(méi)有起到實(shí)質(zhì)性作用?；钚蕴繉?duì)膜過(guò)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(guò)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(zhǎng)期吸附在膜表面的活性炭有可能會(huì)在炭粒內(nèi)部滋生微生物進(jìn)而污染膜。
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