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纳滤膜水处理过程中膜污染分析及膜过滤特性研究

李文凤

   随着水资源日益短缺和水质标准的进一步严格,饮用水的深度处理与污水回用处理等研究越加迫切,膜技术由于较少能耗、处理后出水水质好等优点,倍受关注。但膜污染会引起通量下降或膜压差上升,导致运行费用和制水成本增加,限制了膜技术的推广。膜特征、溶质特征、溶液物化特性、操作条件及膜—溶质—溶剂之间相互作用都会降低膜过滤分离性能,引起膜污染。其中有机物的相对分子质量分布和亲疏水性也是引起膜污染的重要因素。为了更好的减少膜污染、降低运行成本,研究有机物的相对分子质量分布和亲疏水性对纳滤膜性能的影响是非常重要的。 本试验分别以腐殖酸配水、二级处理水为原水,进行纳滤膜过滤试验,研究溶解性有机物的分子量分布、有机物亲疏水性质对纳滤膜过滤过程中膜透水通量、膜截留性能、膜表面阻力变化的影响。分别考察连续长时间运行32h和54h水处理过程中,纳滤膜水处理过程中的膜污染特征试验结果表明: 1)使用分子量分级膜和XAD-8树脂对城市污水厂二级出水的溶解性有机物分子量分布和亲疏水性有机物分子量分布进行测定,其中分子量数万的高分子有机物所占比例较小,分子量小于2kDa的低分子有机物所占比例较大,约占总含量的45.6%;二级出水溶解性有机物中疏水性有机物含量较大,亲水性有机物含量较小,且大部分的亲水、疏水有机物均以小分子形态存在。 2)用不同分子量分布的原水进行纳滤膜透水试验,结果表明分子量分布不同会影响膜的透水通量衰减程度和截留率的大小。分子量小于2kDa的低分子有机物的膜通量衰减最大,分子量小于100kDa的有机物截留率最大。试验结果表明,纳滤膜的截留和透水能力不仅仅依据有机物分子量大小,还和有机物的性质,膜面性质等很多因素有关的。 3)采用分子量相同,亲疏水性不同的原水进行透水试验,并对膜污染阻力进行分析,结果表明亲水性物质几乎不引起膜通量下降和膜面的污染,而疏水性物质是引起膜通量下降和膜表面阻力的主要因素。疏水性有机物比亲水性有机物更易沉积在膜表面形成凝胶层、吸附层等附着层,引起膜通量和截留率变化。分子量分布小于2kDa区间和小于50kDa区间内的亲水性有机物的截留率比小于100kDa区间内的亲水性有机物的截留率还大,可见影响纳滤膜截留与膜面污染不仅与分子量分布有关,也和有机物的亲疏水性质密切相关。 4)对比运行32h和运行54h后膜通量变化、膜截留率变化、膜表面各阻力所占比例变化可知膜过滤初期,溶解性有机物在膜表面被截留,迅速形成浓差极化阻力,随之膜透水通量大幅度下降,膜截留率和膜表面阻力大幅度上升,随着有机物不断在膜面积累,膜表面溶质从膜表面向料液主体的溶质扩散传递,此时膜过滤会进入一个较短暂的特别阶段,此阶段内膜透水通量稍有上升,膜截留率和膜表面阻力稍有下降。接着进入膜污染稳定阶段,在膜表面形成滤饼层,使膜污染阻力达到最大,此阶段内膜透水通量、膜截留率和膜表面阻力变化较平缓;纳滤膜过滤时间越长,吸附阻力Ra、表面凝胶阻力Rc均越大,其他阻力R(包括内部堵孔和浓差极化)却是先增大后逐渐减小。……   
[关键词]:纳滤;分子量分布;亲疏水性;膜污染
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2008年