膜污染防治与清洗指导手册完整指导版.docx
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1、膜污染防治与清洗指导手册完整指导版目录刖百污染现象在多孔膜中较为常见,发生污染的最直观表现就是通量的持续降低,一般用通量下降的程度以及污染物的质量来描述污染的状况。1 .污染物的类别1.1. 无机污染物以压力为驱动的膜分离系统中,由于膜的截留作用,在膜表面会发生体系中组分的浓缩,导致浓差极化现象的产生。对于可溶性的组分来说,当离子的含量积超过其溶解度后就会在膜表面和孔内形成沉淀或结垢。无机类污染物最主要的是钙和钢等的硫酸盐和碳酸盐所形成所谓的水垢层,其中以CaC03和CaS04最为常见。在大多数情况下,无机与有机污染物之间还存在着相互促进的作用,加剧膜的污染。1.2. 有机污染物有机污染物主要
2、为细菌胞外聚合物(EPS),蛋白质、多肽、脂肪类和多糖等大分子类的物质,其中含有活性基团的大分子物质可能与金属离子Ca2+, Mg2+和Ba2+等相互作用在膜的表面形成凝胶层,从而可使膜的通量下降或膜的过滤阻力上升。YasutoshiS等认为由于膜的截留作用,混合液中的溶解性有机物会在膜表面积累,并造成浓差极化现象。1.3. 微生物污染物微生物污染主要是由微生物及其代谢产物组成的粘性物质。膜的表面易吸附腐殖质、聚糖脂和微生物进行新陈代谢活动的产物等大分子物质,具备了微生物的生存条件,极易形成一层生物膜,因此造成膜的不可逆堵塞,使水通量下降。1.4. 胶体污染藻类、细菌和有机物都可能处于胶体尺寸
3、,这些胶体状物质有可能吸附于膜表面引起污染。胶体物质有不同的起源,它们产生的膜污染亦有很大差别。来自非生物过程的胶体物质有淤泥和黏土等无机物,它们引起的水通量衰减往往源于滤饼层污染,它们一般不会热力学不可逆地吸附在膜表面;积聚在膜表面的这些类型的胶体很容易为水力清洗(如反冲洗和空气擦洗)所去除。微生物新陈代谢产生的胶体物质往往永久性吸附在膜表面从而引起不可逆的吸附性污染。源于微生物过程的胶体污染被归类到微生物污染。2 .膜污染的影响因素及其防治2.1. 膜污染的影响因素膜本身的特性如膜孔径及其分布、膜结构、膜的物理特性、膜-溶质-溶剂之间的相互作用;被处理的污水水质,特别是水中有机物的种类和浓
4、度;操作条件如污泥泥龄、溶解氧浓度、膜面流速、温度等;膜组件的特征尺寸,高度、曝气系统布置等;其他因素如微生物种群之间的相互影响、膜本身对生物膜生长的影响、细菌胞外聚合物(EPS)的组成及浓度等。22膜污染的防治1)膜表面改性膜表面的改性可分为物理改性和化学改性。物理改性包括共混和表面层。共混是将亲水性高分子与成膜材料进行共混,以改善膜的亲水性;表面涂层是指在膜表面上形成一层功能性预涂覆层,防止膜材料与溶液中的组分发生吸附作用,从而提高分离膜的抗污染性。2)料液预处理对料液进行预处理是为了达到膜组件的进水的标准(如反渗透膜要求进料污染指数SDI小于5)。预处理是指在原料液过滤前向其中加入一种或
5、几种物质,使原料液的性质或溶质的特性发生变化。预处理包括化学处理和物理处理。物理处理通常包括预过滤和离心,以除去可能阻塞膜孔的悬浮颗粒;化学处理则包括调节料液pH值,使大分子或胶质污染物远离等电点,以减少形成凝胶层的趋势。二价离子,如Ca2+和Mg2+等通过在大分子链上架桥可以形成沉淀,而一价离子相反却可预防沉淀和污染。所以人们多通过离子交换以去除多价离子。化学过程还包括沉淀和絮凝,或用专门的化学药品抗污或杀菌。Otaki对原水紫外照射也可有效除去由有机微生物增长带来的膜污染。2.3. 操作条件的优化操作条件的优化包括控制初始渗透通量,反向放置微孔膜,利用高分子溶液的流变特性及脉动流操作和鼓泡
6、操作,采用两相流操作、离心操作、电超滤、振动膜组件和超声波辐射等。例如Laborie等人采用两相流超滤技术在中空纤维超滤膜制饮用水中用连续切向空气流,使膜表面产生气液两相流,可产生高剪切力和流体不稳定性,阻止颗粒物在膜表面上沉积,即使在很低气速下超滤通量也明显提高。空气喷射使滤饼膨松,亦使通量增加,极限气速下通量可增加155%。3 .膜污染的防止和清洗方法电渗析(Electrodialysis简称ED)是一种较为成熟的膜分离技术,广泛应用于苦咸水淡化、纯水生产、锅炉水软化处理、化工分离、物质纯化、废水处理等领域。目前我国约有4万多台电渗析器在运行,主要用于苦咸水淡化、锅炉水软化和纯净水生产。电
7、渗析脱盐过程中不可避免地有垢物和污染物产生,按其成因,分为以下4类(1)电极反应产生的垢物,主要沉积于电极上和极室,可能的垢物是Ca(0H)2、Mg(0H)2、CaCO3 MgC03和硫酸钙。(2)极化导致膜上形成的垢物极化使膜的浓水侧及内部形成Mg(0H)2、CaCO3 MgCC)3和硫酸钙沉淀。实际操作中,由于倒极操作,膜的两侧及其内部均可能有上述沉淀形成。(3)在浓水室因过饱和形成的垢物在阴、阳膜浓水一侧,由于膜面处离子浓度大大超过溶液中离子浓度,容易造成阴、阳膜浓水侧因过饱和形成沉淀,沉淀种类随处理水质而定,可能的沉淀一般情况为CaC()3、MgC()3和硫酸钙。(4)污染物污染基本上
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