預處理技術對超濾膜污染的影響

馮榮芬

(張家口市煤氣總公司，河北 張家口 075000)

引言

近年來水源受污染情況日趨嚴重，常規的水處理工藝很難去除有機污染物以及由有機污染物所引起的色度、嗅味等問題。如何提高污染物去除率、改善出水水質是現階段需解決的首要問題。超濾技術以優越的去濁、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之一。但是，膜污染卻是超濾膜工藝推廣應用中的障礙，由于膜前預處理技術對膜污染有一定的緩解作用，于是超濾膜前預處理技術的研究和開發備受人們關注。

一、膜污染主要物質

1.顆粒物:Turdaud 等發現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 等在試驗中發現直接過濾高嶺土溶液時，膜運行通量下降緩慢，但在高嶺土溶液中增加有機物后，運行通量迅速下降，膜污染嚴重，由此可知，單純的顆粒污染物不易引起超濾膜污染，但可以和有機物相互作用，加重膜污染情況。

2.有機物:有機物包括天然有機物(腐殖酸)和內源性的有機物污染物(藻類和微生物)。Yuan 等在研究腐殖酸對親水性膜污染的影響時發現腐殖酸可吸附和沉積在膜表面，從而引起嚴重的膜污染，而且相對分子量較大的有機物引起的膜污染更為嚴重。Lin 等在研究腐殖酸不同成分對憎水性膜污染的影響時發現腐植酸中親水性成分是導致膜污染的主要物質。近年來，越來越多的試驗研究證明，大分子親水性有機物可導致嚴重的膜污染，藻類及其釋放物也同樣會引起超濾膜的污染。Chiou 等對藻細胞的官能團進行了深入分析，發現多糖濃度的大小顯著影響著膜運行通量，從而說明藻類的多糖成分是導致膜污染的主要物質。Lee 等通過對比試驗發現有機膠體是膜污染的主要物質。在對有機膠體的EEM 分析中發現縮氨鍵和醇羥基存在吸收峰，說明了蛋白質和多糖是引起膜污染的主要物物。Fan 等在利用混凝—沉淀—超濾技術處理二沉池出水的試驗中發現微生物代謝產物、類蛋白胞外有機物是膜污染的主要物質。

二、膜前預處理對膜污染的緩解作用

1.吸附預處理:吸附劑有粉末活性炭(PAC)、鐵氧體顆粒、沸石粉和離子交換樹脂等。目前采用最多的吸附劑是PAC，PAC 比表面積大，從而對水中的污染物質具有高效的吸附速率。PAC 的投加控制比較靈活，可根據水質情況靈活調整。與傳統的投加技術相比，減少了PAC 的投加量，降低了凈水過程中的藥劑費用。一些學者對PAC 和鐵氧體顆粒在緩解膜污染中的作用進行了研究。Kang 等研究發現鐵氧體顆粒吸附的主要是分子量大于30 kDa 的有機物，活性炭吸附的主要是分子量在3～10kDa 的有機物，而引起膜污染的主要是大分子有機物，因此鐵氧體顆粒被認為可以緩解大分子有機物引起的膜污染。Chang 等進行氧化鐵—超濾聯合工藝研究時發現氧化鐵顆粒表面吸附了大量的有機物，從而提高了水中有機污染物的去除效率，同時發現膜表面形成了一層氧化鐵顆粒濾餅層，減少了有機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.混凝預處理:向水中投加混凝劑，可以起到壓縮反離子擴散層、吸附電中和網捕卷掃的作用，從而水中細小的膠體和懸浮顆粒聚集成較大顆粒，增加了后續沉淀和過濾的去除效果。一系列研究試驗證明混凝預處理技術能夠提高出水水質，有效地控制膜污染。尹華升等采用直接過濾和混凝一超濾處理微污染水庫水，研究中發現鐵鹽的混凝效果優于鋁鹽的混凝效果;閆昭輝應用在線混凝技術處理微污染水，發現混凝處理能有效的提高過濾通量，混凝劑最佳投加量為8mg/L;王曉昌等在混凝-超濾的試驗研究中發現，膜污染速率較低，運行通量較高，最佳pH 值為7。Kerry 等針對不同水源，采用不同的超濾膜和混凝劑進行試驗研究，結果表明:低量投加鋁鹽會加重膜污染，強化混凝投加量，膜的透水性顯著提高，DOC 的去除率顯著提高。混凝可改變原水中污染物質的粒徑分布，因此對膜產生影響，預混凝技術是膜組合工藝研究領域中的一個熱點。

3.預氧化處理:臭氧、氯、過錳酸鹽等強氧化劑可以將大分子有機物氧化成小分子物質，提高水的可生化性，降低水體產生異臭味的可能性。臭氧預處理效果雖好，但是與聚合超濾膜的共存存在矛盾，只能夠與陶瓷膜聯用。而且臭氧的投加量對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氧化劑時亦可以緩解膜污染，主要是通過抑制藻類及其繁殖物的形成來起到作用。但是氯預氧化技術會造成鐵、錳離子在膜表面沉淀、積累，所以研究高效可行的預氧化技術顯得極為重要。

三、結語

膜污染嚴重阻礙了超濾技術的推廣和應用，要解決這一難題，必須掌握膜污染的形成機理，選擇合適的前處理工藝，同時，針對性的對不同原水進行有機物的特點分析，爭取超濾技術可以廣泛應用到水處理行業。

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