反沖洗水化學組成對超濾膜不可逆污染的影響.pdf

1、超濾技術是應對日益嚴峻的水危機及滿足日益嚴格的水質(zhì)標準的理想技術之一，然而膜污染始終限制著超濾技術的大規(guī)模推廣應用。不可逆膜污染因其關系著生產(chǎn)的運行穩(wěn)定性而為城市大型飲用水凈水廠所關注。采用有效的水力反沖洗以控制不可逆污染，可減少化學藥劑的使用，并延長膜使用壽命，對于超濾技術在水處理領域的推廣應用具有重要意義。然而，在飲用水處理領域，水力反沖洗只是作為超濾膜日常運行的一項基本操作，有關其對不可逆膜污染的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。
　　

2、本文首先對反沖洗效果的關鍵影響因素進行解析。以超濾膜出水作為反沖洗用水，考察了污染物類型、預處理和反沖洗操作條件對反沖洗效果的影響。結(jié)果表明，超濾出水反沖洗可有效去除無機顆粒、酵母懸浮顆粒以及完整藻細胞，而對超濾膜有機污染的去除效率較低，但是顆粒物的存在一定程度上提高了有機物的反沖洗效率。預處理方式（預過濾、混凝、吸附和氧化）通過改善進水水質(zhì)，一定程度上緩解了超濾膜的總污染，進而降低了不可逆膜污染；反沖洗效率受預處理形式的影響較大，其中

3、混凝在提高反沖洗效率和降低不可逆污染方面最為有效。通過優(yōu)化反沖洗時間、頻率和強度等操作條件，反沖洗效果雖有一定程度的提升，但是提升空間不大（尤其當以有機污染為主時），并由生產(chǎn)實踐證實。
　　其次，針對常規(guī)水力反沖洗難以去除的有機污染，考察了當超純水、超濾出水、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液和有機物溶液（即腐殖酸或海藻酸鈉）作為反沖洗水時超濾膜的不可逆污染特性。結(jié)果表明，反沖洗水組分顯著影響反沖洗效果。采用超濾出水或氯化鈣溶液作為反沖洗水時

4、，反沖洗效果較差；超純水反沖洗可在一定程度上控制膜污染，反沖洗水中一價陽離子（即Na+）或有機組分（即腐殖酸或海藻酸鈉）的存在，能夠有效緩解腐殖酸或海藻酸鈉污染。不同組分反沖洗水清洗后，超濾膜的傅里葉紅外光譜結(jié)果、總表面張力以及跨膜流動電位系數(shù)與（不可逆）污染特性相吻合。膜特性對超濾膜污染的水力不可逆污染具有顯著影響（p＜0.05），聚偏四氟乙烯（PVDF）膜的不可逆污染污染最重，其次是聚醚砜（PES）膜，最輕的是醋酸纖維素（CA）膜，

5、并且較大孔徑的超濾膜相比于小孔徑超濾膜更易遭受不可逆污染。統(tǒng)計分析顯示，相對于膜特性，反沖洗水組分對水力反沖洗效率影響更顯著。在反沖洗過程中，膜上有機污染物的去除和Ca2+的釋放是同步的，水力不可逆污染的程度與殘留污染物的含量顯著相關，而膜上殘留污染物（如腐殖酸或海藻酸鈉）含量又與殘留Ca2+含量密切相關。水力反沖洗緩解膜污染涉及多種機理，純水或有機物溶液反沖洗效果較好，可由壓縮雙電層機理的釋放來解釋，而一價陽離子的反洗效果更好是由于離

6、子交換作用，腐殖酸溶液反沖洗還由于存在競爭絡合而表現(xiàn)出比純水反沖洗更高的效果。
　　根據(jù)以上結(jié)論，從離子價態(tài)、鹽類型、鹽濃度、溫度、過濾通量和反沖洗工況等方面，進一步考察了鹽溶液反沖洗對超濾膜有機污染控制的適應性。結(jié)果表明，反沖洗水中存在的多價（二價或三價）陽離子均惡化反沖洗效效果，但是反沖洗水中這些陽離子含量（如Ca2+）只有達到一定濃度時才顯著惡化反沖洗效率。不同類型的一價鹽溶液均可有效緩解有機物引起的膜污染，并且一價鹽溶液優(yōu)

7、異的反沖洗效果不受膜材質(zhì)（PES、PVDF或CA膜）的影響，同時一價鹽溶液較高的反沖洗效率由河水和二沉池出水證實。采用一價鹽溶液反沖洗時，在一定濃度范圍內(nèi)（如小于50mmol/L），反沖洗效率隨鹽濃度的增加而增加，低濃度（如1mmol/L）的鹽溶液即可有效控制膜污染，在特別高的離子強度下（600mmol/L），反沖洗效率由于電荷屏蔽效應而略有下降，但仍優(yōu)于超純水反沖洗。一價鹽溶液反沖洗能夠在低溫及高通量情況下仍保持較高的反沖洗效率，且其

8、優(yōu)異的反沖洗效率不受溫度和過濾通量的影響，但過濾通量對超濾出水的反沖洗效率影響較為顯著。在考察的反沖洗強度和頻率下，一價鹽溶液均可維持良好穩(wěn)定的反沖洗效果；只有在反沖洗時間過短時，才出現(xiàn)反沖洗效率的下降。涉及溫度、過濾通量和反沖洗運行參數(shù)等因素的反沖洗實驗均證實了鹽溶液反沖洗相對于超濾出水反沖洗更好的不可逆膜污染控制效果。
　　本論文研究了水力反沖洗的水量與水質(zhì)兩方面對超濾膜水力不可逆污染的影響，并提出了可采用一價鹽溶液反沖洗來控