PAC混凝剂中Al3+对超滤膜分离性能及膜污染的影响

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随着经济社会的不断发展,生产技术的不断提高,带来了一系列的水环境问题,给饮用水处理带来了挑战。超滤作为一种新型的水处理方式,操作简单,运行稳定,应用范围日渐广泛。而超滤过程中遇到的如膜污染等问题,一直是阻碍其发展应用的巨大障碍。在超滤工艺前增加混凝预处理工艺,凭借其处理效率高,出水水质好等优点,已经成为饮用水处理工艺中备受关注的技术手段,然而该工艺有其独特优势的同时也带来了一些挑战,如投加混凝剂后,混凝剂会在膜表面残留,成为膜表面累积污染物凝胶层和滤饼层中的一部分,加快膜污染速率,甚至一部分无法被物理清洗去除,形成加快膜老化,减少膜使用寿命的重要污染物。
  本课题以PAC聚合氯化铝混凝剂和PES聚醚砜超滤膜为例,探究混凝-超滤联用工艺中,PAC的加入给超滤膜分离性能带来的变化;探究Al3+与原水中有机物的相互作用机理以及Al3+自身的水解聚合反应,在膜表面残留的物理清洗无法去除的物质的主要官能团种类等,据此为PAC混凝-PES超滤联用工艺的膜污染程度的减轻提出一些建议。首先,为检测膜分离性能,测试在混凝剂最佳投加量下混凝-超滤工艺的膜通量、截留率、物理清洗可去除污染物与物理清洗不可去除污染物比例以及膜阻力分析,发现随着反应进行,膜通量逐渐下降,截留率也有所下降但幅度不大,而不可物理清洗去除物质的比例逐渐增加,膜阻力由开始的固有阻力主导逐渐转变为不可逆污染阻力主导。因此混凝-超滤联用工艺中,膜分离性能随着膜滤过程的进行而整体上逐渐降低,膜污染程度逐渐加深。
  其次,为探究Al3+水解聚合反应状态,进行Al-Ferron逐时络合比色实验,发现超滤膜截留的主要是中聚合态和高聚合态的Alb和Alc(Al>2),具体产物由于反应过程十分复杂而无法得出。
  为探究Al3+与有机物作用后截留在膜表面的官能团种类,以便根据研究结果提出减轻膜污染程度,延长膜使用寿命的办法,本课题对不同周期过滤清洗后的膜进行ATR-FTIR傅里叶衰减全反射红外光谱分析和XPS光电子能谱分析,红外测试结果未检测到特征官能团,通过一系列实验推测可能是原水中污染物含量太少红外无法测出。通过XPS分析发现膜表面C元素含量相对减少,O、Al元素含量相对增加,证实了混凝剂的加入确实在超滤膜表面残留了物理清洗无法去除、影响膜使用的污染物。
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