MIEX-UF一体式组合工艺对膜污染的控制及机理研究

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超滤技术(UF)是当前应用于饮用水处理工艺中热点技术,膜污染问题一直是制约其发展的主要瓶颈,将UF与其他工艺联用是当前控制膜污染的主要方法。磁性阴离子交换树脂(MIEX)作为饮用水处理的一种新型技术,因其对有机物的卓越去除性能而备受关注。将MIEX与UF联用能够获得优良的出水水质,但MIEX对UF膜污染控制方面的研究还很少,特别是MIEX-UF一体式组合工艺在控制膜污染方面的长期运行规律及控制机理目前还鲜有报道。本课题系统研究了MIEX-UF一体式和分体式两种不同组合工艺形式在长期连续运行过程中对UF膜污染的控制规律,在此基础上深入探讨了MIEX-UF一体式组合工艺控制膜污染的机理。  连续85天的运行结果表明,MIEX-UF一体式工艺控制膜污染的性能明显优于分体式工艺。在定压水力反洗条件下,整个运行期间一体式工艺的水力反洗周期平均较分体式延长了1.6倍,反洗频次降低了39%,膜面水力不可逆污染累积速率较分体式工艺显著降低;在一体式工艺中UF的化学不可逆增长速率仅是分体式工艺的51%,在定压化学清洗条件下一体式工艺中UF的化学清洗周期平均是分体式的两倍。膜表面及剖面形貌分析、膜面滤饼层凝胶色谱分析及化学清洗液成分分析表明,水力反洗前一体式工艺中的膜面污染层厚度明显比分体式薄,膜污染程度更轻,水力反洗和化学清洗后膜面恢复效果更加明显。阻力构成分析证明一体式工艺中膜的总阻力及孔堵阻力都比分体式工艺更低。  基于MIEX-UF一体式工艺控制膜污染的卓越性能,进一步研究了一体式工艺控制膜污染的机理。研究结果表明,一体式工艺对膜污染的控制机理主要取决于近膜壁面MIEX动态膜的形成,而与液相主体中有机物的去除、膜面水流剪切及树脂颗粒刮擦关系不大。MIEX动态膜的存在有效降低膜过滤总阻力及膜孔堵阻力。SEM电镜观察发现,在UF膜表面沉积的MIEX树脂颗粒会吸附大量有机物,从而减少有机物在裸露膜面及膜孔内的累积。同时由于反洗时树脂离开膜面时会对膜面污染物产生携带效应,进而有效改善了UF膜的水力反洗效果。
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