珠江水超滤过程中化学可逆不可逆膜污染行为识别及控制研究

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超滤在给水深度处理具有潜在的优势,然而膜污染是限制其推广和应用的瓶颈。根据污染物能否被化学药剂洗脱,膜污染可分为化学可逆污染(CRF)和化学不可逆污染(CIF)。现有文献对水力可逆/不可逆污染报道较多,而对CRF/CIF方面的报道较少。基于此,本课题以珠江地表水为水源,系统的研究超滤过程中CRF/CIF的污染行为及不同预处理组合对污染的控制作用,主要结论如下:以水厂不同工艺节点出水作为超滤进水,造成的膜污染程度为原水>沉淀池出水>滤池出水;对于不同材质的膜,PES膜污染程度轻于PVDF膜污染。通过对洗膜液成分分析及对污染前后的膜进行红外表征可知:原水中造成超滤膜污染的物质有腐殖类、多糖类、蛋白类物质物质,其中CRF主要成分以腐殖类、蛋白类为主,而CIF主要成分以多糖类为主。针对原水中天然有机物的去除,聚铝(PACl)、粉末炭(PAC)和高锰酸钾(KMn O4)氧化预处理的最佳投加量分别为20mg/L、30mg/L、0.1mg/L;对于CRF的主要成分(腐殖类和蛋白类),PACl和KMn O4对其的去除效果优于PAC;对于CIF的主要成分(多糖),三种预处理去除效果均不佳(<40%),其中PAC对其的去除效果稍微好于PACl和KMn O4;不同预处理组合均可有效增强对CRF及CIF的去除效果,去除率可达到65%以上;并能进一步有效缓解膜污染。综合考虑,PACl(20mg/L)+PAC(30mg/L)组合预处理对CRF/CIF的去除效果最好且对膜通量的改善作用最佳。在过滤初期,膜孔径的尺寸越大或者进水浓度越高,则污染物与膜碰撞频率越高,导致膜污染越严重;在膜污染后期,由于膜表面被污染物覆盖,粘附效率基本相同,膜污染程度不依赖于膜孔径和进水污染物浓度,不同条件下膜最大稳定通量(即极限通量)基本相同。此外,膜孔径较小的超滤膜能够截留更多的污染物,使它们沉积在膜表面上,因此通过膜的污染物质较少;进水污染物浓度较高的会导致更多的污染物质积累在膜表面并且在膜渗透液中也会发现更多的污染物质。Ca2+离子从0mmol增加到5mmol时,膜污染会加剧,当Ca2+离子浓度从5mmol增加到10mmol时继续增加时膜污染程度减轻。
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