浸沒式超濾膜處理地表水的性能及膜污染控制研究.pdf

1、當(dāng)前我國的地表水源普遍受到污染，常規(guī)給水處理工藝已經(jīng)無法滿足要求日益嚴(yán)格的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，迫切需要開發(fā)新型水處理技術(shù)。隨著膜技術(shù)的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)包括微濾和超濾在內(nèi)的低壓操作膜分離過程能滿足要求，其中又以超濾出水水質(zhì)更佳而得到更多的關(guān)注。浸沒式超濾膜由于其過濾面積較大并且安裝操作方便而具有更廣泛的應(yīng)用潛力，但就其在飲用水處理中的實(shí)際應(yīng)用而言，仍存在一些關(guān)鍵問題需要解決。
　　本論文主要針對膜特性、預(yù)處理和運(yùn)行方式等對浸沒式超濾膜過濾

2、性能的影響進(jìn)行研究，從預(yù)處理和運(yùn)行條件兩方面來研究膜污染控制技術(shù)，提出膜運(yùn)行優(yōu)化工藝方案，并分析用浸沒式超濾膜來替代常規(guī)飲用水生產(chǎn)工藝的可行性，為浸沒式超濾膜在水廠的實(shí)際應(yīng)用提供重要技術(shù)支撐。
　　首先針對不同截留分子量和材質(zhì)的超濾膜對原水中有機(jī)污染物等的去除效能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，隨著膜截留分子量的減小，超濾膜對濁度和有機(jī)物的去除率逐漸升高，但超濾膜對溶解性有機(jī)物的去除率較低。不同材質(zhì)的超濾膜對有機(jī)物的去除率存在差異，表明不同材

3、質(zhì)的超濾膜與有機(jī)物之間存在著不同的相互作用。進(jìn)而，試驗針對膜材質(zhì)和有機(jī)物對膜污染的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明，大于30KDa的親水性有機(jī)物和憎水酸容易引起可逆膜污染，而小于1KDa的親水性有機(jī)物容易引起不可逆膜污染，但有機(jī)物引起不同材質(zhì)超濾膜污染的程度不同，并且引起不同材質(zhì)超濾膜污染的有機(jī)物種類也有所不同。長期膜過濾過程中，聚偏氟乙烯（PVDF）膜對分子量小于1K和1K~3KDa有機(jī)物的吸附速度比聚氯乙烯（PVC）膜和聚砜（PS）膜要快，膜

4、污染也較快，聚砜（PS）膜抗有機(jī)污染的能力較好。
　　由于浸沒式超濾膜對有機(jī)物的去除作用有限，并且污染較快，試驗考察了預(yù)處理對膜出水水質(zhì)的改善效果及其對膜污染的控制作用。預(yù)膜濾試驗中，隨著預(yù)過濾膜孔徑或截留分子量的減小，預(yù)膜濾對原水濁度和有機(jī)物的去除率逐漸升高，而且膜運(yùn)行過程中的表面餅層阻力逐漸減小，堵孔阻力也有明顯降低，但由于吸附阻力主要由小分子有機(jī)物引起，試驗中采用的預(yù)膜濾不能有效降低膜的吸附阻力。其他預(yù)處理方式包括混凝、粉末

5、活性炭（PAC）預(yù)吸附+混凝、污泥回流、炭泥回流四種，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膜前預(yù)處理對原水濁度和有機(jī)物具有較好的去除效能，可顯著提高膜出水水質(zhì)，其中炭泥回流對膜出水水質(zhì)的改善作用最為明顯，在本試驗條件下其對原水中濁度、DOC、UV254、CODMn、BDOC和THMFP的去除率分別達(dá)到93.8％、37.3%、41.1%、48.7%、83.0%和57.9%。各預(yù)處理可對水中顆粒物和膜污染有機(jī)物有不同程度的去除作用，因而膜前預(yù)處理可以有效降低膜運(yùn)行的

6、跨膜壓力，從而延緩膜污染。對膜運(yùn)行過程中的膜阻力分析可知，各預(yù)處理均能有效降低膜表面餅層阻力和濃差極化阻力，而炭泥回流預(yù)處理還可有效降低膜的吸附阻力，且其總阻力值也最低，這主要是由于炭泥回流對原水濁度以及容易引起可逆膜污染和不可逆膜污染的有機(jī)物均具有較好的去除效能。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行條件也是影響膜過濾性能的重要因素，試驗主要研究了過濾方式對膜出水水質(zhì)和膜污染的影響以及臨界通量的影響因素。結(jié)果表明，恒壓和恒流兩種過濾條件下，膜對

7、顆粒物和有機(jī)物的去除作用相差不大。在長期運(yùn)行過程中，恒壓過濾引起的不可逆膜污染比恒流過濾嚴(yán)重，而通過選擇合理的膜通量和清洗方式，采用恒流過濾可使膜在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定運(yùn)行。曝氣、間歇過濾間歇曝氣和混凝均可以提高超濾膜過濾原水時的臨界通量，幾種操作方式相結(jié)合可以在膜長期運(yùn)行過程中有效緩解膜污染。此外，短期通量階梯增加試驗所得出的臨界通量值對浸沒式超濾膜的實(shí)際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。
　　在前面實(shí)驗室研究的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)兩處地表水進(jìn)

8、行了浸沒式超濾膜處理地表水的中試研究，在浸沒式超濾膜處理蘇州內(nèi)河水的研究中，混凝、PAC預(yù)吸附+混凝、污泥回流和炭泥回流四種預(yù)處理可以提高超濾膜的出水水質(zhì)，另外炭泥回流預(yù)處理對原水中顆粒物和有機(jī)物的去除率比其他三種預(yù)處理要高，因而炭泥回流可以更加有效的緩解膜污染。對運(yùn)行條件的研究結(jié)果表明，曝氣和間歇過濾相結(jié)合可以較好的控制膜污染，但在應(yīng)用時應(yīng)選擇合理的曝氣強(qiáng)度?；炷A(yù)處理可降低膜運(yùn)行的TMP，其與曝氣和反洗方式相結(jié)合可以更好的緩解膜污染