反沖洗水化學(xué)組成對(duì)超濾膜不可逆污染的影響.pdf

1、超濾技術(shù)是應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的水危機(jī)及滿足日益嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的理想技術(shù)之一，然而膜污染始終限制著超濾技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。不可逆膜污染因其關(guān)系著生產(chǎn)的運(yùn)行穩(wěn)定性而為城市大型飲用水凈水廠所關(guān)注。采用有效的水力反沖洗以控制不可逆污染，可減少化學(xué)藥劑的使用，并延長(zhǎng)膜使用壽命，對(duì)于超濾技術(shù)在水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用具有重要意義。然而，在飲用水處理領(lǐng)域，水力反沖洗只是作為超濾膜日常運(yùn)行的一項(xiàng)基本操作，有關(guān)其對(duì)不可逆膜污染的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究。
　　

2、本文首先對(duì)反沖洗效果的關(guān)鍵影響因素進(jìn)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(yù)處理和反沖洗操作條件對(duì)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(wú)機(jī)顆粒、酵母懸浮顆粒以及完整藻細(xì)胞，而對(duì)超濾膜有機(jī)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(jī)物的反沖洗效率。預(yù)處理方式（預(yù)過(guò)濾、混凝、吸附和氧化）通過(guò)改善進(jìn)水水質(zhì)，一定程度上緩解了超濾膜的總污染，進(jìn)而降低了不可逆膜污染；反沖洗效率受預(yù)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(guò)優(yōu)化反沖洗時(shí)間、頻率和強(qiáng)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(dāng)以有機(jī)污染為主時(shí)），并由生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)。
　　其次，針對(duì)常規(guī)水力反沖洗難以去除的有機(jī)污染，考察了當(dāng)超純水、超濾出水、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液和有機(jī)物溶液（即腐殖酸或海藻酸鈉）作為反沖洗水時(shí)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(shí)

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(jià)陽(yáng)離子（即Na+）或有機(jī)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(dòng)電位系數(shù)與（不可逆）污染特性相吻合。膜特性對(duì)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(jì)分析顯示，相對(duì)于膜特性，反沖洗水組分對(duì)水力反沖洗效率影響更顯著。在反沖洗過(guò)程中，膜上有機(jī)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(guān)，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(guān)。水力反沖洗緩解膜污染涉及多種機(jī)理，純水或有機(jī)物溶液反沖洗效果較好，可由壓縮雙電層機(jī)理的釋放來(lái)解釋，而一價(jià)陽(yáng)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(jìng)爭(zhēng)絡(luò)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(jià)態(tài)、鹽類型、鹽濃度、溫度、過(guò)濾通量和反沖洗工況等方面，進(jìn)一步考察了鹽溶液反沖洗對(duì)超濾膜有機(jī)污染控制的適應(yīng)性。結(jié)果表明，反沖洗水中存在的多價(jià)（二價(jià)或三價(jià)）陽(yáng)離子均惡化反沖洗效效果，但是反沖洗水中這些陽(yáng)離子含量（如Ca2+）只有達(dá)到一定濃度時(shí)才顯著惡化反沖洗效率。不同類型的一價(jià)鹽溶液均可有效緩解有機(jī)物引起的膜污染，并且一價(jià)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(shí)一價(jià)鹽溶液較高的反沖洗效率由河水和二沉池出水證實(shí)。采用一價(jià)鹽溶液反沖洗時(shí)，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(qiáng)度下（600mmol/L），反沖洗效率由于電荷屏蔽效應(yīng)而略有下降，但仍優(yōu)于超純水反沖洗。一價(jià)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(guò)濾通量的影響，但過(guò)濾通量對(duì)超濾出水的反沖洗效率影響較為顯著。在考察的反沖洗強(qiáng)度和頻率下，一價(jià)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(shí)間過(guò)短時(shí)，才出現(xiàn)反沖洗效率的下降。涉及溫度、過(guò)濾通量和反沖洗運(yùn)行參數(shù)等因素的反沖洗實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了鹽溶液反沖洗相對(duì)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(duì)超濾膜水力不可逆污染的影響，并提出了可采用一價(jià)鹽溶液反沖洗來(lái)控