預(yù)處理技術(shù)對(duì)超濾膜污染的影響

馮榮芬

(張家口市煤氣總公司，河北 張家口 075000)

引言

近年來(lái)水源受污染情況日趨嚴(yán)重，常規(guī)的水處理工藝很難去除有機(jī)污染物以及由有機(jī)污染物所引起的色度、嗅味等問(wèn)題。如何提高污染物去除率、改善出水水質(zhì)是現(xiàn)階段需解決的首要問(wèn)題。超濾技術(shù)以優(yōu)越的去濁、除藻及病原性微生物等性能使其成為飲用水安全保障的重要技術(shù)之一。但是，膜污染卻是超濾膜工藝推廣應(yīng)用中的障礙，由于膜前預(yù)處理技術(shù)對(duì)膜污染有一定的緩解作用，于是超濾膜前預(yù)處理技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)備受人們關(guān)注。

一、膜污染主要物質(zhì)

1.顆粒物:Turdaud 等發(fā)現(xiàn)快速引起膜污染的顆粒粒徑在2μm 左右，粒徑大于3μm 的顆粒很少引起膜污染。Jermann 等在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)直接過(guò)濾高嶺土溶液時(shí)，膜運(yùn)行通量下降緩慢，但在高嶺土溶液中增加有機(jī)物后，運(yùn)行通量迅速下降，膜污染嚴(yán)重，由此可知，單純的顆粒污染物不易引起超濾膜污染，但可以和有機(jī)物相互作用，加重膜污染情況。

2.有機(jī)物:有機(jī)物包括天然有機(jī)物(腐殖酸)和內(nèi)源性的有機(jī)物污染物(藻類和微生物)。Yuan 等在研究腐殖酸對(duì)親水性膜污染的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)腐殖酸可吸附和沉積在膜表面，從而引起嚴(yán)重的膜污染，而且相對(duì)分子量較大的有機(jī)物引起的膜污染更為嚴(yán)重。Lin 等在研究腐殖酸不同成分對(duì)憎水性膜污染的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)腐植酸中親水性成分是導(dǎo)致膜污染的主要物質(zhì)。近年來(lái)，越來(lái)越多的試驗(yàn)研究證明，大分子親水性有機(jī)物可導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染，藻類及其釋放物也同樣會(huì)引起超濾膜的污染。Chiou 等對(duì)藻細(xì)胞的官能團(tuán)進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)多糖濃度的大小顯著影響著膜運(yùn)行通量，從而說(shuō)明藻類的多糖成分是導(dǎo)致膜污染的主要物質(zhì)。Lee 等通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有機(jī)膠體是膜污染的主要物質(zhì)。在對(duì)有機(jī)膠體的EEM 分析中發(fā)現(xiàn)縮氨鍵和醇羥基存在吸收峰，說(shuō)明了蛋白質(zhì)和多糖是引起膜污染的主要物物。Fan 等在利用混凝—沉淀—超濾技術(shù)處理二沉池出水的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)微生物代謝產(chǎn)物、類蛋白胞外有機(jī)物是膜污染的主要物質(zhì)。

二、膜前預(yù)處理對(duì)膜污染的緩解作用

1.吸附預(yù)處理:吸附劑有粉末活性炭(PAC)、鐵氧體顆粒、沸石粉和離子交換樹(shù)脂等。目前采用最多的吸附劑是PAC，PAC 比表面積大，從而對(duì)水中的污染物質(zhì)具有高效的吸附速率。PAC 的投加控制比較靈活，可根據(jù)水質(zhì)情況靈活調(diào)整。與傳統(tǒng)的投加技術(shù)相比，減少了PAC 的投加量，降低了凈水過(guò)程中的藥劑費(fèi)用。一些學(xué)者對(duì)PAC 和鐵氧體顆粒在緩解膜污染中的作用進(jìn)行了研究。Kang 等研究發(fā)現(xiàn)鐵氧體顆粒吸附的主要是分子量大于30 kDa 的有機(jī)物，活性炭吸附的主要是分子量在3～10kDa 的有機(jī)物，而引起膜污染的主要是大分子有機(jī)物，因此鐵氧體顆粒被認(rèn)為可以緩解大分子有機(jī)物引起的膜污染。Chang 等進(jìn)行氧化鐵—超濾聯(lián)合工藝研究時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化鐵顆粒表面吸附了大量的有機(jī)物，從而提高了水中有機(jī)污染物的去除效率，同時(shí)發(fā)現(xiàn)膜表面形成了一層氧化鐵顆粒濾餅層，減少了有機(jī)污染物和膜表面的直接接觸，從一定程度上降低了膜污染的幾率。

2.混凝預(yù)處理:向水中投加混凝劑，可以起到壓縮反離子擴(kuò)散層、吸附電中和網(wǎng)捕卷掃的作用，從而水中細(xì)小的膠體和懸浮顆粒聚集成較大顆粒，增加了后續(xù)沉淀和過(guò)濾的去除效果。一系列研究試驗(yàn)證明混凝預(yù)處理技術(shù)能夠提高出水水質(zhì)，有效地控制膜污染。尹華升等采用直接過(guò)濾和混凝一超濾處理微污染水庫(kù)水，研究中發(fā)現(xiàn)鐵鹽的混凝效果優(yōu)于鋁鹽的混凝效果;閆昭輝應(yīng)用在線混凝技術(shù)處理微污染水，發(fā)現(xiàn)混凝處理能有效的提高過(guò)濾通量，混凝劑最佳投加量為8mg/L;王曉昌等在混凝-超濾的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，膜污染速率較低，運(yùn)行通量較高，最佳pH 值為7。Kerry 等針對(duì)不同水源，采用不同的超濾膜和混凝劑進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明:低量投加鋁鹽會(huì)加重膜污染，強(qiáng)化混凝投加量，膜的透水性顯著提高，DOC 的去除率顯著提高。混凝可改變?cè)形廴疚镔|(zhì)的粒徑分布，因此對(duì)膜產(chǎn)生影響，預(yù)混凝技術(shù)是膜組合工藝研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。

3.預(yù)氧化處理:臭氧、氯、過(guò)錳酸鹽等強(qiáng)氧化劑可以將大分子有機(jī)物氧化成小分子物質(zhì)，提高水的可生化性，降低水體產(chǎn)生異臭味的可能性。臭氧預(yù)處理效果雖好，但是與聚合超濾膜的共存存在矛盾，只能夠與陶瓷膜聯(lián)用。而且臭氧的投加量對(duì)水處理的效果有著重要影響。較大的投加量可有效阻止膜通量的下降，有效降低膜污染。研究證明氯和高錳酸鹽作為預(yù)氧化劑時(shí)亦可以緩解膜污染，主要是通過(guò)抑制藻類及其繁殖物的形成來(lái)起到作用。但是氯預(yù)氧化技術(shù)會(huì)造成鐵、錳離子在膜表面沉淀、積累，所以研究高效可行的預(yù)氧化技術(shù)顯得極為重要。

三、結(jié)語(yǔ)

膜污染嚴(yán)重阻礙了超濾技術(shù)的推廣和應(yīng)用，要解決這一難題，必須掌握膜污染的形成機(jī)理，選擇合適的前處理工藝，同時(shí)，針對(duì)性的對(duì)不同原水進(jìn)行有機(jī)物的特點(diǎn)分析，爭(zhēng)取超濾技術(shù)可以廣泛應(yīng)用到水處理行業(yè)。

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