超滤膜污染的机理和控制_张原
超滤膜在水处理中的污染及其控制措施
超滤膜在水处理中的污染及其控制措施关键词：超滤膜膜污染污染机理一、前言膜滤技术在水处理工艺中应用得到飞速发展，它能有效地分离去除水中的微生物、细菌、无机颗粒和有机物质等，并且具有处理水质稳定高效、占地面积小、节省药剂投加量、易于实现自动化操作等优点。
但由于膜表面极易污染堵塞，造成膜通量减少，只有通过增加反冲洗频繁，保证制水能力，导致膜的使用寿命大大缩短，从而增加了运行和经营成本。
膜过滤工艺的最终目标是要实现最低能耗下的高膜通量，现以陕西陕焦化工有限公司（下称陕焦）脱盐水站程控超滤的运行状况为基础分析如何控制膜污染速度。
二、膜污染过程机理掌握膜污染的机理是膜滤技术的关键，影响膜污染的最主要的因素是处理溶液中粒子与膜材料的互相作用，广义的膜污染不仅包括由于堵塞引起的污染，不可逆的吸附污染，而且包括由于浓差极化形成的凝胶层的可逆污染。
在水处理中比超滤膜孔径大的溶解性有机物是构成膜污染的主要成分，产生的膜阻力超过总膜阻力的50%，整个膜污染过程分为三个阶段：第一阶段是随着生物聚合物浓度的不断提高，可供使用的活性孔数量越来越少；第二阶段是迁移性生物聚合物沉积在孔内吸附的生物聚合物上，从而形成膜污染。
第三阶段，越来越多的迁移性生物聚合物聚集在膜表面，形成凝胶层和泥饼层。
随着生物聚合物浓度的变化，膜污染阶段可以合并变成两个阶段或阶段之间可相互转换。
三、膜污染的影响因素影响膜污染的因素主要有：膜结构及特性、膜使用条件、原水水质。
1.膜结构及特性膜结构及特性对控制膜污染十分重要。
在超滤过程中，膜、溶质和溶剂之间的相互作用受到膜材质、膜孔结构、膜的憎水性、膜表面电荷、膜的表面粗糙度等因素的影响，同时膜表面特性对于细菌的生存也起着重要作用。
当膜孔与粒子或溶质的尺寸相近时，极易产生堵塞作用，而当膜孔小于粒子或溶质的尺寸时，由于横切流作用，它们在膜表面很难停留聚集，不易堵孔。
膜孔径分布或分割分子量敏锐性，也对膜污染产生重大影响。
超滤技术中膜污染的控制研究
超滤技术中膜污染的控制研究超滤技术是一种利用微孔膜过滤的分离技术，被广泛应用于饮用水处理、废水处理、食品加工、药物制备等领域。
在超滤过程中，随着膜孔的不断被污染，膜通量逐渐下降，膜阻力增加，最终导致膜的失效。
膜污染成为制约超滤技术应用的主要问题之一。
本文主要探讨超滤技术中膜污染的控制研究，旨在为超滤技术的应用提供参考和指导。
一、膜污染的类型膜污染是指在膜分离过程中，由于悬浮物、胶体、无机盐、有机物等杂质在膜表面或孔隙中沉积、吸附、结垢、胶结等构成的膜表面或孔隙部位的物质堵塞，导致膜通量下降、透过率降低的现象。
根据污染物在膜表面附着的方式，膜污染可以分为物理性污染、化学性污染和生物性污染三种类型。
1. 物理性污染物理性污染主要包括颗粒物的截卡和沉积、气泡的附着和悬浮物的覆盖等。
这些污染物使得膜孔阻塞、膜表面粗糙、膜孔径减小，从而导致膜通量下降。
化学性污染主要包括有机物和无机盐的结垢、胶结、凝聚等。
有机物和无机盐在膜表面或孔隙中沉积形成结垢，使得膜孔阻塞，降低膜的通透性。
生物性污染主要是微生物在膜表面或孔隙中产生生物膜，形成生物覆盖层，这些生物膜不仅增加了膜的阻力，还影响了膜的分离效果。
二、膜污染的控制方法针对不同类型的膜污染，可以采取不同的控制方法，包括物理清洗、化学清洗、生物防控等，下面将对各种方法进行详细介绍。
物理清洗是利用物理力学的方法去除膜表面和孔隙中的污染物，主要包括气泡喷洗、超声波清洗、高压水冲洗等。
这些方法能够有效地清除膜表面和孔隙中的颗粒物、气泡等物理性污染，恢复膜的通透性。
2. 化学清洗3. 生物防控生物防控是通过改变超滤工艺操作参数，抑制污染物在膜表面或孔隙中的附着和生长，减轻膜的生物性污染。
包括优化进料水质、调整进料水的PH值、加入抗生素等措施。
除了以上几种常见的膜污染控制方法外，还可以根据实际情况采取一些特殊的控制措施，比如改变超滤工艺参数、提高超滤流速、增加反冲洗频率等。
超滤膜污染预防与控制技术
超滤膜污染预防与控制技术摘要：以超滤技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术，引起了人们越来越多的关注，成为给水处理领域研究的热点，也大量应用于电厂锅炉补给水除盐系统中，但超滤膜污染一直是超滤技术在实际工程推广应用中所面临的一大障碍。
总结了近年来超滤膜污染预防与控制方面的新进展，包括膜污染的成因及机理、膜污染防治以及膜清洗方法，为电厂除盐系统超滤膜污染预防和控制提供思路。
关键词：超滤膜；污染预防；控制技术1 引言目前，超滤技术已被广泛应用于市政、工业、特种分离等领域的水处理系统中，也大量应用于火力发电厂的锅炉补给水除盐系统中。
超滤膜是膜集成技术的重要组成部分，一般安装于反渗透装置的前级，它能非常有效地减少反渗透膜的污堵，保障反渗透装置的安全稳定运行，提高反渗透系统的产水率，减少浓水量。
但在实际应用的过程中，超滤膜污染情况时有发生，如果处理不当就会严重影响制水量，甚至影响电厂机组安全运行。
因此，掌握正确的预防、控制超滤膜污染的措施和清洗方法是电厂锅炉补给水除盐系统中非常重要的技术。
2 膜污染的形成2.1膜污染定义膜污染是指被处理物料中的微粒、胶体粒子和大分子溶质由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用，而引起的膜表面或膜孔内吸附、堵塞，使膜产生透过通量与分离特性的不可逆变化的现象。
包括膜的孔道被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加；溶质在孔内壁吸附；膜面形成凝胶层增加传质阻力。
组分在膜孔中沉积将造成膜孔减小甚至堵塞，实际上减小了膜的有效面积。
组分在膜表面沉积形成的污染层所产生的额外阻力可能远大于膜本身的阻力，而使渗透流率与膜本身的渗透性无关。
膜污染程度同膜材料、保留液中溶剂以及大分子溶质的浓度、性质、溶液的 pH 值、离子强度、电荷组成、温度和操作压力等有关，污染严重时能使膜通量下降80%以上。
2.2超滤膜污染的成因及机理超滤膜污染过程一般可分为三个阶段：第一阶段，超滤开始过滤时，大颗粒物质在溶液不断透过膜的过程中被带至并吸附在膜的表面，使膜面的大颗粒物质浓度高于主体溶液的浓度形成浓差极化层，浓差极化层所引起的传质阻力较小，对膜的选择性和过滤影响不明显。
超滤处理高藻水过程中膜污染特性及控制研究共3篇
超滤处理高藻水过程中膜污染特性及控制研究共3篇超滤处理高藻水过程中膜污染特性及控制研究1超滤处理高藻水过程中膜污染特性及控制研究随着工业化和城市化的不断加快，水资源的供需矛盾不断加剧。
同时，水质也面临着日益严峻的挑战，其中藻类水华污染也不容忽视。
藻类水华是指水中藻类数量异常增加，形成一定密度的藻类生物群落的现象。
藻类会利用水中营养物质大量繁殖，使得水质急剧下降，造成环境污染、水生态系统的破坏，甚至对人体健康构成一定威胁。
针对藻类水华的处理方法很多，其中超滤是目前较为常见的一种处理方式。
超滤是一种压力驱动的膜分离技术，其微孔膜可以去除水中的悬浮物、胶体物质、大分子有机物和微生物等颗粒，同时保留水中的小分子有机物、无机盐等。
超滤的好处在于能够高效、快速地去除水中的污染物，同时使水质稳定，桥接了传统物理化学处理和后续的生物处理两个阶段，为水源净化提供了一条新的途径。
然而，超滤处理藻类水华也存在一些膜污染问题，主要表现为：1. 挂膜污染：藻类水华中含有大量的胶体质，粘附在膜上，导致膜孔阻塞，降低了膜通量和水处理效率。
2. 膜污染：当水中有较高的有机物和微生物时，容易滋生膜污染物质，使膜表面出现结垢，破坏膜分离效果。
3. 段污染：由于膜孔小，水通量低，容易在膜表面形成局部的水流沉积，导致局部压力过高，甚至发生膜猝发。
因此，膜污染是超滤处理藻类水华的关键问题之一。
为了更好地控制膜污染，可以从以下几个方面入手：1. 操作条件优化：包括温度、pH值、清洗剂种类和清洗时间等，从而减少反冲洗的次数和强度。
2. 先进的预处理措施：如氧化法、Fenton法、超声波等先进氧化技术（AOP）处理前进行预先处理，能够使膜污染物质变为容易分离的物质。
3. 对膜材料的优化：采用新型的膜材料，如纳米氧化锆膜（ZrO2），膜孔径比常规膜小，能够更有效地去除藻类水华中的胶体物质。
4. 膜回收：采用污染物的物理、化学、生物修复等方法，使膜恢复原来的性能。
超滤膜污染类型及原因
超滤膜污染类型及原因超滤过程中的膜污染被理解为在保持透过液流量不变的情况下，跨膜压力（TMP）逐渐增加的现象（反之亦然，即进料压力不变的情况下，透过液流量逐渐减少），这通常是由于进料中污染物沉积或吸附在膜表面或膜孔内部引起。
膜表面的污染有时也会由以下原因造成：•预处理不充分•上游工艺混凝剂投加过量•材质（如泵、管道等）选择不当•化学加药系统出现故障•反冲洗不充分及停车不当•操作控制不当•长期缓慢积累的沉淀物•进料成分发生改变•进料或透过液中生物污染•进料中油和无机物污染从污染的机理来看，污染基本上可分为三类，即形成滤饼层、膜孔吸附和膜孔堵塞。
滤饼层通常由于污染物尺寸过大无法进入到膜孔内，从而沉积在膜表面引起，对水的透过造成额外阻力，导致跨膜压力升高。
膜孔吸附通常发生在污染物尺寸小于膜孔径时，污染物沉积在膜孔内壁上，造成孔径减小，增加了水的流动阻力。
最后，当污染物尺寸大小与膜孔径相当时就会出现膜孔堵塞，导致膜孔的数量下降，也增加了水的流动阻力。
根据污染物的性质，污染也可分为以下四类：颗粒污染：此类污染是由进料中含有的有机和无机颗粒物、悬浮固体、胶体以及浑浊物所引起，这些污染物的尺寸通常大于膜的孔径，可以通过上游预处理（如絮凝、沉淀、澄清或介质过滤）来降低。
此类污染常见的清洗方法是空气擦洗和反洗。
生物污染：此类污染是由微生物在膜上附着和生长所引起，可能还会形成粘性生物膜。
可以通过在线加氯或杀菌剂，以及使用吸附（如粉末活性炭或颗粒活性炭）消除营养物，或在上游进行混凝来减少生物污染。
生物污染常用的清洗方法是使用氧化剂或杀菌剂（如次氯酸钠、氯气、过氧化氢、亚硫酸氢钠）进行清洗。
无机污染：此类污染是因无机物（如钙、镁、铁、锰）在膜上沉淀所引起，可以通过氧化/沉淀和过滤预处理，或者在某些情况下使用低硬度水源进行碱性化学加强反洗来减少。
无机污染常用的清洗方法是使用酸（如盐酸、硫酸、柠檬酸或草酸）进行化学加强反洗或者化学清洗。
水处理中超滤膜污染成因及其控制方法研究
水处理中超滤膜污染成因及其控制方法研究摘要：为应对人均淡水资源较低的问题，需要开展环保工程水处理工作，使水资源的利用率能显著提高。
目前主要是利用净化、沉淀等方式来对水资源进行净化处理，但随着水资源污染的逐步严重，对于水资源的净化处理有了更高的要求。
超滤膜技术是基于传统技术的升级，来提升水处理的效率和效果。
相关部门应结合实际来加强环保工程水处理中超滤膜技术的应用和研究，从而促进水处理工作开展。
关键词：水处理；超滤膜；污染成因；控制方法1超滤膜技术概述随着人们对水资源使用需求的不断增加，污水处理的急迫性也更高，可以有效解决我国环境面临的问题，因此，要加大超滤膜技术的普及力度，充分发挥超滤膜技术的价值，使环境工程得到更有效地发展。
传统水处理技术通常使用消毒剂和净水装置净化水资源，虽然其净化效果显著，但会对水质产生一定的破坏，而超滤膜技术可以改善这一问题，该技术既可以使水资源得到有效处理，还可以降低对水质的破坏。
利用超滤膜技术可以使污水中的杂质得到有效过滤和处理，不会对环境造成影响，在确保水质的同时，还可以有效控制污水处理成本。
超滤膜技术相较于传统的污水处理技术，操作更加简单，减少了人工的使用量，使资源得到有效利用。
作为一种新型、高效的水处理技术，超滤膜技术弥补了传统水处理技术的不足。
传统水处理技术的每一个处理过程都要用到化学药剂，但是在超滤膜处理技术中化学药剂的用量非常少，因而降低了化学污染发生的概率。
另外，超滤膜技术基本实现了设备自动化，很少用到人工操作，既降低了成本，还能够保护人们的生命安全。
超滤膜技术在实施过程中，化学性质和物理性质非常稳定，能够承受强酸碱、高温和抗水解等极端环境，技术的安全程度很高。
该技术主要是利用过滤膜净化和过滤水资源，有效分离其中的有害物质，使水资源能够得到循环利用。
在处理电子工业废水时，要考虑其特殊性质，保证过滤膜具有抗腐蚀性能，不会受到酸性物质的腐蚀。
2环保工程污水处理现状分析环保工程污水处理的问题主要包括了以下几个方面：首先是缺乏完善的基础设施。
超滤膜污染预防与控制技术
超滤膜污染预防与控制技术摘要：以超滤技术为核心的组合工艺作为微污染水源水处理的一项新技术，引起了人们越来越多的关注，成为给水处理领域研究的热点，也为农村和小城镇水厂提供了很好的处理工艺，但膜污染一直是超滤技术在实际工程中推广应用所面临的一大障碍。
总结了近年来超滤膜污染预防与控制方面的新进展，包括膜污染的成因及机理、膜污染防治以及膜清洗方法等，并提出了今后超滤膜污染研究的重点和方向。
关键词：超滤；膜污染；膜通量；清洗膜分离技术由于无相变、能耗低、体系干净等优点，应用范围越来越广泛，特别是对处理热敏物质领域如食品、药物和生物工程产品，显示出极大的优越性，与传统分离操作相比，不仅可避免组分受热变性或混入杂质，还具有显著的经济效益, 因而发展相当迅猛。
但在膜分离过程中存在膜污染现象，使膜的渗透通量及截留率等性能发生改变，膜的使用寿命缩短，极大地影响了膜分离技术的实际应用，膜污染分析及膜污染清洗的研究已成为膜分离技术研究中的一个热点问题。
1膜污染的形成1.1 膜污染定义。
膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象[1]。
对于膜污染, 应当说，一旦料液与膜接触，膜污染即开始。
操作运行开始后，由于浓差极化产生，尤其在低流速、高溶质浓度情况下，在膜面达到或超过溶质饱和溶解度时，便有凝胶层形成，导致膜的透量不依赖于所加压力，引起膜透过通量的急剧降低影响其性能。
1.2 超滤膜污染的成因及机理关于膜污染机理没有统一的理论，但文献中一致肯定的是原液中的粒子与膜材料的相互作用是影响膜污染的最主要因素。
通常认为膜污染主要由浓差极化、滤饼层的形成和压缩、吸附、孔堵引起的。
超滤过程中膜的吸附现象被认为是造成膜污染的关键。
由于膜组分的化学性质、结构不同，产生吸附作用的机理也不同，一般可分为范德华力、静电作用、疏水性、氢键等。
水处理中超滤膜污染成因及其控制方法研究
水处理中超滤膜污染成因及其控制方法研究摘要：超滤膜的污染问题一直困扰着水处理领域的发展，不仅会降低膜的性能，还会对膜的使用寿命造成严重的损害。
为此，本文将深入探讨超滤膜的污染机理，并提出一系列有效的控制措施，包括膜前预处理、膜清洗、改性膜的应用，以及超滤和其他工艺的联合控制，从而有效地减少膜的污染，并为未来的膜污染防治提供可靠的参考。
关键词：超滤；膜污染；预处理；膜清洗；改性膜引言：超滤膜的孔径介于20~50nm之间，它可以有效地去除大部分颗粒和胶体，并且具有较低的驱动压力，从而有效地保证饮用水的安全性。
然而，由于孔径狭小，超滤膜会截留或吸附溶液中的大分子污染物，而且还会与水中的污染物发生反应，导致膜孔径变小、堵塞甚至破坏膜结构，从而降低了膜的渗透通量，严重阻碍了膜技术的发展和膜产业的发展。
随着环境污染日益严重，膜污染已经成为限制超滤技术应用的主要因素之一，因此，有效地解决膜污染问题显得尤为重要。
一、超滤膜污染机理及类型（一）膜污染的形成机理“膜污染”通常指的是在超滤过程中，由于某些因素，如固态颗粒、有机物和大分子物质，会对膜造成损害，从而影响其透水和分离能力。
这些因素可以通过机械截留和物理化学反应来产生影响，并可能会导致膜的孔径减小甚至堵塞。
当污染物从超滤膜表面渗入时，较小的颗粒会被超滤膜捕获，而较大的颗粒会被截留，从而使得污染物在超滤膜表面的浓度不断上升，最终超出膜内的主要浓度，形成一个明显的浓度梯度。
随着超滤膜的使用时间延长，其表面上的微粒会积聚，这会增加滤水的阻力，从而导致膜的污染程度加剧。
通常，膜污染的机制可以分为滤饼过滤、完全堵塞、中间堵塞和标准堵塞四种类型[1]。
（二）膜污染类型在实践中，膜污染的类型可按照污染物种类分为固体颗粒污染、有机污染、无机污染和微生物污染。
此外，膜污染还可以根据其形成的位置来划分，如表面沉积污染和内部阻塞污染。
膜污染还可以根据其是否能够被消除来划分，如果是，则属于可消除性污染。
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研究与探索超滤膜污染的机理和控制张 原(深圳市自来水集团有限公司,广东 深圳 518031)摘要 文章介绍了超滤膜污染的机理和模型,然后试验证明引起膜污染的主要因素包括:膜材料的性能、膜材料与所处理液的相互配合、处理液的浓度与流速等。
通过改善膜材料的性能、合理处理好膜与所处理液之间的各种参数匹配,可以有效地解决膜的污染问题。
关键词 超滤膜 范德华力 双电层 吉布氏吸附方程 弗雷德里希方程Mechanism and Control of the Pollution of Ultrafiltration MembraneZhang Yuan(Shenzheng Water S upply (Group )Co .Ltd .,Guangdong Shenzheng 518031)A bstract In this paper ,mechanism and model of the pollution of ultra -filtration membrane are in -trouduced and then the main facto rs including the characteristics of the materials membrane m ade of ,m atchingof the membrane and the liquid to be treated ,make the mem brane polluted were approved .To improre the char -acteristics of the membrane and match well the parameters related to the membrane may be solved .Keywords ultra -fillration membrane van der weals force electric double layer Gibb 's adsorption e -quation freundlich isotherm 1 膜技术在给排水行业的应用由于在给排水领域内,超滤膜应用较广,而系统在运行过程中,特别是废水处理领域内,因膜污染而引起的过滤阻力不断增加,膜过滤通量严重衰减,是阻碍该项技术应用推广的关键所在。
本文拟通过对超滤膜污染的实验,总结污染的控制因素,提高膜技术在给排水领域内有效应用的认识。
2 超滤膜污染机理与模型2.1 污染的机理与模型从宏观理论上讲,溶液在膜表面的吸附过程比较复杂,因为在吸附过程中,溶质和溶剂之间,或者吸附剂混合物(膜)各组分之间始终存在着竞争吸附,所以溶液的吸附等温线必须在测量表观等温吸附线后,加上适当的蒸气吸附数据进行计算才能得到。
但在实际上,从定性的角度可以认为,膜对溶质的吸附与两者之间的极性密切相关,极性材料的膜倾向于强烈的吸附极性物质,对非极性物质的吸附就弱得多。
相反,非极性材料的膜则更容易吸附非 另据试验表明,2%浓度的稳定性ClO 2,由于浓度低,活化后转化率不高,ClO 2含量低,如能采用高纯ClO 2发生器(如上海技源科技有限公司的产品),ClO 2转化率在95%以上,效果更佳。
参考文献1 王升坤:《Cl O 2用于油田采出水处理的研究》,工业水处理,1999,3.2 陈雷等:《石油开采废水处理技术的现状与展望》,中国给水排水,1999,11.3 唐晓东等:《含硫气油水的综合治理技术》,工业水处理,1999,4.4 李佐东等:《稳定性ClO 2在油田解堵中的应用》,资料,1999,4.5 李超等:《关于大庆地区净化水处理中应用稳定性ClO 2的可行性研究》,资料,1997,5.6 陆柱、郑士忠等:《油田水处理技术》,石油工业出版社,1990,2.第一作者简介:项成林 上海吴泾化工有限公司副总工程师,教授级高级工程师,上海市净水技术学会副理事长,中国工业水处理学会理事 收稿日期:2001年7月11 净水技术Vol .20NO .42001极性溶质。
另一方面,根据相似相溶的原理,极性溶质易在极性溶剂中溶解,而非极性溶质易在非极性溶剂中溶解,而越容易溶解,也就越不容易被膜表面吸附。
综上所述,溶质的极性若越与溶剂相近而与膜相反,则溶质在膜表面的吸附越少。
从微观的角度来看,膜表面吸附的难易程度以及吸附层的稳定性这两大污染特征指标,与大分子溶质和膜表面、大分子溶质之间的相互作用力有关,其间的作用力一般分为范德华力和双电层作用力。
2.1.1 范德华力两个物体间的范氏力大小可用Hamaker 比例常数H 表征。
对于水(1)、溶质(2)和膜(3)的三元体系:H 213=[H 1/211-(H 22×H 33)1/4]2式中H 11、H 22、H 33分别为水、溶质、膜的Ham aker 常数。
对疏水性膜,H 33下降;对疏水性溶质,H 22下降;两者均会导致H 213增加,使膜与溶质间范氏力增大,加重膜面的污染。
因此,疏水性膜与溶质均会使膜面更易被污染。
2.1.2 双电层的作用力膜在与溶液相接触时,由于离子吸附、偶极取向、氢键等作用会使膜表面带上电荷,表面电荷能够影响表面附近溶液中的离子分布:带异性电荷的离子受到表面电荷的吸引而趋向膜的表面;带同性电荷的离子被表面电荷所排斥而远离膜的表面,使得膜表面附近溶液中的正负离子发生相互分离的趋势;同时,热运动又使得正负离子有恢复到均匀混合的趋势,在这两种相反趋势的综合之下,过剩的异号离子以扩散的方式分布在带电膜表面附近的介质中,就形成了双电层。
当膜所带电性与溶液电性相同时,污染吸附较小;反之,则吸附较大。
膜面污染吸附量取决于上述两种作用力的综合结果。
膜污染吸附模型可用吉布斯吸附方程和弗雷德里希吸附方程表示。
其中吉布斯吸附方程重点表征等温条件下的吸附关系:Γ=(C /RT )[d (γCOS θ)/dC ]2.1……………式中:Γ为单位面积膜的污染吸附量C :为溶液浓度T :为溶液体系温度R :为气体常数γ:为溶液表面张力θ:为润湿角度而在吸附热与表面覆盖程度有关的情况下,采用弗雷德里希方程:Γ=k ×c 1/n 2.2…………………………………式中:Γ为单位面积膜的污染吸附量k ,n 为相关常数 c 为溶液的平衡浓度3 膜污染的控制根据膜污染的机理和污染吸附模型,膜污染主要可以通过调节以下的影响因素加以控制:膜材料的亲水性能;膜材料的荷电性能;处理液的浓度;处理液的流速。
本文通过有关实验对以上四种膜污染影响因素进行研究,以寻求各种因素的变化对膜污染的控制。
3.1 实验设备及材料本实验所用设备有自制平板式超滤池、自制料液罐、超级恒温水浴池、WZJ -Ⅱ型计量循环泵、C14同位素测定仪、石英弹簧秤、测高仪等。
所用的材料有标准BSA 溶液、配制的酒精发酵液、截留分子量为3万的聚砜(PS )、聚砜酰胺(PSA )、聚丙烯腈(PAN )和醋酸纤维平板超滤膜各若干。
3.2 实验循环流程及控制条件图1 试验流程首先将各种材料的超滤膜,按超滤池大小及形状要求分别制作成块,并在纯水中浸泡24小时,秤湿膜重量;然后,将按同样方法配制不同浓度的酒精发酵液或标准BSA 溶液分别倒入料液罐,按图1所示的流程进行恒温、空压循环,待超滤膜吸附平衡后,再测定吸附平衡后膜块重量,以确定实验膜块的平衡污染吸附量。
对于标准BSA 溶液和酒精发酵液分别采用C14同位素法和石英弹簧秤加测高仪进行膜重的测定;料液的流速利用调节阀和计量泵联合控制,并采用秒表、量筒法测量校正;酒精发酵液的pH 值采用PHB -4型酸度计测量,并分别使用1N 的HCl 和NaOH 溶液调整。
3.3 实验结果与讨论3.3.1 膜材料的亲水性能实验我们选取了最具代表性的亲水性膜材料醋酸纤维超滤膜(CA )和最具代表性的疏水性膜材料聚砜超滤膜(PS )在标准BSA 溶液中进行了平衡吸附测试的对比实验,并采用C14同位素测得膜污染的平衡曲线见图2:从图2中看出,疏水性PS 膜对BSA 的污染平衡吸附量约为1.0mg /m 2,是同等条件下12超滤膜污染的机理和控制亲水性CA 膜的5倍,其达到污染平衡吸附量的时间60分钟,为CA 膜所用时间的6倍。
可见,采用亲水性材料制成的膜,由于其H amaker 增大,使得H 213减小,从而降低了膜材料与溶质之间的范氏力,可以有效的降低膜面的污染程度。
对照吉布斯方程可以清楚的看出C 、T 、R 、γ等参数确定后,Γ仅随θ变化,材料疏水性越强,则d (γCOS θ)/dC 越大,膜的污染越严重。
图2 膜污染的平衡曲线实验显示亲水性膜有污染平衡吸附量低的优点;而疏水性膜有达到污染吸附平衡时间长的优势。
因此,实际上目前国外的超滤膜一般采用在疏水性基膜的基础上,复合亲水性材料的做法,既降低膜面污染,同时延长达到膜面污染吸附平衡的时间,对超滤膜的性能起到了有效的改善作用。
3.3.2 膜材料的荷电性能实验我们选择了较具代表性意义的荷正电PAN 膜与荷负电PAN 膜来做对比实验,实验条件为,压力:空压运转;温度:25℃;发酵液浓度:0.333g /L ,pH 为3.5;流速:43.7cm /min 。
表1和图3所示分别为荷正电及荷负电聚丙烯腈超滤膜(PAN )在酒精发酵液的平衡污染吸附量及其吸附平衡曲线。
从图表分析中可以看出在酸性荷正电的酒精发酵液环境中,带有荷正电的PAN 超滤膜的平衡污染吸附量要远低于荷负电的PAN 膜的平衡吸附量;pH 值越低即溶液的正电性越强,两种膜的污染平衡吸附量的差别越大,而当溶液pH 值接近等电点时,两种膜的吸附量趋于一致,而两种膜的最大吸附量之差可达75%以上。
可见由于双电层的效应,膜与溶液荷电性(pH 表1 丙烯腈超滤膜在酒精发酵液平衡污染吸附量pH 值3.03.54.04.55.0荷正电PAN 膜0.20670.25690.29690.30360.3152荷负电PAN 膜0.35580.35020.34700.32960.3154图3 丙烯腈超滤膜在酒精发酵液的吸附平衡曲线值)的相互关系会对膜污染产生非常大的影响。
当膜的荷电性与溶液的荷电性相同时,被截留的溶质一般远离膜面,所造成的污染较小;当膜的荷电性与溶液的荷电性相反时,被截留的溶质极易在膜面吸附沉积,所造成的污染较大。
因此,在给排水处理,尤其是在废水处理工艺过程中,应特别注意处理液的荷电性(通常以pH 表示),当处理液呈酸性时,选择荷正电的超滤膜;而处理液呈碱性时,选择荷负电超滤膜。
3.3.3 处理液的浓度根据弗雷德里希方程Γ=k ×c 1/n,我们选择了聚砜(PS )、聚砜酰胺(PSA )、聚丙烯腈(PAN )和醋酸纤维(CA )等四种材质的超滤膜,对其在不同浓度的酒精发酵液中所形成的污染进行测定,实验条件为,压力:空压运转;温度:25℃;发酵液流速:43.7cm /min 。