超滤膜技术在饮用水处理中的应用和研究进展

介绍了超滤膜技术及其与预处理联用在饮用水净化中的研究进展,分析了膜污染及其防治措施,展望了超滤膜技术在我国饮用水处理方面的应用前景和发展方向。     

预涂膜工艺应用于超滤膜系统

为提高超滤膜系统对污水处理厂二级出水中有机物和TN的去除效果,并降低超滤膜污染速率,改善超滤膜性能,分析了沸石粉、硅藻土2种预涂膜工艺在超滤膜系统中的应用效果. 结果表明:沸石粉/超滤工艺对超滤膜系统的膜通量恢复良好,反冲洗后能恢复到原来的膜通量;而硅藻土/超滤工艺中膜通量较初期下降0.01 L/(m2·h),对照组下降0.04 L/(m2·h). 沸石粉/超滤工艺对污水处理厂二级出水中COD_Cr、UV₂₅₄和TN的去除率分别为17.5%、13.5%和11.7%,相比对照组均有较大程度提高. 通过电镜扫描分析发现,沸石粉能够在超滤膜表面有效形成一层保护膜,降低有机物在膜表面的沉积,保障膜系统的高效率及长期稳定运行. 通过比较各实际运行工况效果并进行筛选,确定沸石粉为预涂膜工艺的最佳材料.      

城市污水二级出水超滤膜污染与膜特性的研究

以城市污水二级出水为过滤介质,考察了PVA、PVP、PMMA等与PVDF的二元及三元共混超滤膜的过滤污染行为.结果表明,共混优化了PVDF超滤膜的结构参数,添加剂PVP、PVA可有效改善膜的亲水化程度,提高膜渗透通量.超滤膜的亲水性和结构特性对膜抗污染性能影响较大;堵孔阻力是二级出水过滤膜污染不可逆的主要原因.亲水性较强的超滤膜,二级出水过滤初期易因浓差极化而导致滤饼层污染,造成一定的通量衰减,但易清洗恢复,不可逆污染指数(rir)为0,抗污染性能好.致密的超滤膜表面有利于防止二级出水中的中低分子量污染物进入膜内部,而断面通透大孔和疏松海绵层结构的超滤膜,能减少二级出水中的污染物在膜中沉积形成堵孔阻力.膜表面多孔,内部大孔发育不充分,易形成堵孔污染,通量衰减大且不易清洗恢复,膜污染不可逆.     

预涂动态膜强化超滤去除海水中有机物及其对膜污染的影响

以粉末活性炭和硅藻土为涂膜材料,在聚醚砜超滤膜表面形成预涂动态膜,考察了预涂动态膜对海水中有机物的去除效果和作用机制,通过比较分析直接超滤和预涂动态膜过滤海水前后膜表面亲疏水性、形貌结构、粗糙度及膜阻力分布的变化,探讨了活性炭和硅藻土预涂覆对超滤膜污染的影响.结果表明,预涂动态膜可提高超滤膜对海水中溶解有机碳(DOC)和UV_(254)的去除率,活性炭预涂动态膜对海水中DOC和UV_(254)的去除率较直接超滤分别提高11.2%和11.3%.硅藻土预涂膜主要利用超滤膜表面形成的硅藻土滤饼层强化海水中蛋白质类有机物的截留,活性炭对海水中小分子有机物的额外吸附导致海水过滤过程中活性炭预涂膜对有机物的去除效果优于硅藻土预涂膜.与直接超滤相比,预涂动态膜过滤海水后膜表面亲水性更好,膜表面粗糙度更低,膜过滤阻力也更小,活性炭预涂动态膜净化海水时膜过滤总阻力较直接超滤降低50.3%.利用涂膜材料在超滤膜表面形成的滤饼层将超滤膜与有机物进行了"隔离",避免了超滤膜与有机污染物直接接触,降低了小分子有机物在膜孔内的吸附堵塞,能够有效减缓超滤膜的不可逆污染.     

聚砜膜和聚乙烯膜对石油微污染水源水的处理效果研究

采用聚砜膜和聚乙烯膜对石油微污染水源水的超滤处理效果进行了中试试验,研究了原水中含油浓度、pH值、温度对两种超滤膜处理效果的影响。结果表明:当原水含油浓度≤0.5mg/L时,两种超滤膜对石油类污染物的去除率可以达到100%,当原水含油浓度≤1.0mg/L时,采用聚乙烯膜更加经济有效,当原水含油浓度>1.0mg/L时,采用聚砜膜石油类污染物的去除率可以达到90%以上,当原水含油浓度>2.0mg/L时,采用聚砜膜可以得到更为良好的处理效果;在酸性和碱性条件下,两种超滤膜对石油类污染物的去除率均随着酸性和碱性的增强而提高;当原水的温度上升时,两种超滤膜对石油类污染物的去除率明显降低。     

超滤技术处理乳化油废水的影响因素分析

采用超滤工艺处理乳化油废水，选用聚乙烯乙二醇超滤膜（PEG）和卷式膜组件。在不同的实验条件下处理乳化油废水。对超滤膜透水率的不同影响因素进行了实验分析，实验结果表明超滤工艺对乳化油废水具有良好的处理效果。     

超滤膜净化微污染水效果及污染机理分析研究

粉末活性炭+超滤组合工艺(PAC-UF)对去除微污染水效果明显,实验结果表明此工艺对CODcr、NH3-N、UV254和浊度的去除率分别为80%~92%、40%~70%、71%~95%、95%~97%.在此基础上,进一步研究了不同材质和不同孔径超滤膜的膜污染行为,根据Hermia模型分析膜污染发现,三种材质超滤膜中,PVDF膜具有较好的抗污染性能;而不同孔径的超滤膜所对应的膜污染模型是不同的,分析膜污染模型发现,滤饼层阻力在膜过滤中占有重要地位.     

浸入式超滤膜工艺稳定运行影响因素研究

以确定浸入式超滤膜工艺稳定运行工况为目标,进行了混凝.浸入式超滤膜工艺处理滦河原水的中试研究.采用横跨膜压差(TMP)做为表征膜稳定运行的工艺参数,考察了膜通量、制水周期、原水水质条件的改变对膜工艺的影响.结果表明,采用浸入式膜处理滦河水时,膜通量为53.3 L/(m2·h)且制水周期为30 min时膜工艺运行稳定,能较好控制膜污染;水温变化对膜工艺运行影响较大,低温期单个过滤周期TMP比高藻期增加了76%;EFM和化学清洗结合是一种有效地控制膜污染、强化稳定运行的措施.     

荷电超滤膜去除水中天然有机物的研究进展

较传统的超滤过程,使用荷电膜的超滤技术能实现对水中天然有机物(NOM)更高的去除率,并同时减少膜污染。文章从膜材料性质、溶液环境和NOM性质这几方面来综述荷电超滤膜去除水中天然有机物的研究进展。最后对荷电超滤膜去除NOM方面的进一步研究工作提出了建议。     

在超滤草浆黑液过程中膜阻力的分布

采用截留分子量30000,20000,10000和6000的超滤膜,对草浆黑液进行了超滤过程中膜阻力分布的研究.通过测定不同条件下膜样品的通量,对聚乙二醇标准物的截留率,指出在超滤黑液过程中各部分阻力的比例和超滤膜的分离特性的变化.各种膜样品的热重分析结果表明,膜污染是由微量有机物引起的污染.     

基于膜特征参数变化的蛋白质超滤过程膜污染研究

为进一步研究多种蛋白质体系超滤过程的膜污染机制,采用切割相对分子质量为50×103的聚醚砜(polyethersulfone,PES)超滤膜,对溶菌酶(lysozyme,LYS)、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、LYS+BSA等3种不同蛋白质溶液的超滤过程进行了研究.运用接触角仪、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)测定了不同污染阶段膜特征参数的变化.结果表明,超滤膜通量变化明显呈现3个阶段:初期(约0~5min)衰减迅速、中期(约5~60 min)衰减缓慢、后期(约60~120 min)趋于稳定;整个超滤过程中,LYS污染膜的通量衰减幅度最大,LYS+BSA次之,BSA最小.膜特征参数变化表明:LYS对膜的初期污染主要以膜孔窄化为主,中期污染由膜孔堵塞和膜孔窄化共同控制;BSA初期膜污染以膜孔堵塞为主,中期污染以膜孔窄化为主;滤饼层过滤是BSA、LYS后期膜污染的主要机制.LYS+BSA二元混合溶液中的LYS对膜污染的产生起主导作用.     

pH值对有机物(BSA)膜污染的影响

选用BSA(牛血清蛋白)代表有机污染物,使用QCM-D技术考察了BSA在PVDF膜面的吸附行为及吸附层结构随pH值的变化特征,并采用原子力显微镜定量测定了相应pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间作用力,结合膜污染试验,解析pH值对有机物污染膜行为的影响机理.结果发现,在BSA的等电点,PVDF-BSA及BSA-BSA之间的静电排斥力最小,导致BSA迅速吸附累积于膜面,形成密实的BSA污染层,引起超滤膜通量大幅度衰减.当pH值偏离BSA等电点后,BSA间静电排斥力的增强有效削弱了BSA在膜面的吸附量,相应BSA污染层松散度增大,膜污染减弱.在实际的水处理中,通过适当的pH值调节,针对性将超滤膜及污染物调整至带有相同电性、并增大二者所带净电荷量,是减缓超滤膜污染的有效手段.     

铝基无机有机复合絮凝剂对超滤膜性能的影响研究

采用铝基无机有机复合絮凝剂(PAC-JY01)对含有腐殖酸与高岭土的模拟水样进行强化混凝处理,取混凝后出水进行超滤,通过测定超滤前后出水水质以及超滤膜运行状况,探讨PAC-JY01对超滤膜工艺效能的影响.结果表明,在强化混凝-超滤联用工艺中PAC-JY01的最佳投加量为3mg/L,最佳pH=6.在最佳条件下,UV254和浊度的去除率分别达到79.30%、99.70%;在实验运行条件下,较大的絮体容易在膜表面沉积而造成膜污染.     

内压式中空纤维超滤膜污染模型研究

以流体力学和过滤理论为基础,建立了一个描述内压式中空纤维超滤膜污染的数学模型。该模型将膜的性质、原水的性质、清洗条件等多种因素对超滤过程的影响,用一个参数——膜堵塞系数表示。实验以造纸黒液稀释水为原水,对模型参数进行了拟合、验证,模拟计算结果与实验实测数据比较吻合,说明该模型能较好的模拟内压式中空纤维超滤膜过滤过程。     

荷电超滤膜对天然有机物去除及膜污染行为的影响

以Aldrich 腐殖酸溶液为水样,研究比较了溶液环境(pH值、离子强度和钙离子)对荷电改性再生纤维素超滤膜和传统中性未改性再生纤维素超滤膜过滤过程的影响.结果表明, ①pH值主要通过质子化作用影响荷电膜以及腐殖酸分子的荷电量,进而影响荷电超滤过程.溶液pH值从7.5下降到3.5时,荷电超滤膜对腐殖酸的截留率从92%减少到79%,超滤4 h时,膜通量下降从26%增加到36%.②离子强度的改变是通过影响腐殖酸分子的物化性质和静电屏蔽作用来影响超滤过程的.当溶液离子强度为0、 3和100 mmol/L时,初始截留率依次降低,分别为92%、 87%和48%,超滤4 h时,荷电超滤膜的通量下降依次增加,分别为26%、 35%和63%.③Ca2+浓度的影响,需要综合考虑静电屏蔽作用、Ca2+的架桥作用以及滤饼层的压实性等各方面的影响.④pH值、离子强度和钙离子对中性超滤膜过滤行为的影响趋势与荷电超滤膜相似,但其影响程度有着较大的差别.研究结果对荷电超滤膜技术在实际应用中选择合适环境条件提供了参考.     

超滤膜技术在环境工程水处理中的研究与进展

水污染在"水、气、固"污染中污染范围大,危害强,影响人群广,占环境污染的主导地位。环境工程中的超滤膜技术是一种高效节能环保的水处理技术,但目前此技术还存在一些缺点。本文综述了近年来超滤膜技术研究的主要方向,并结合当前环境工程水处理现状从水通量、排盐性、通量恢复、抗菌性能等多个超滤膜技术研究重点的最新研究进展进行了分析评价,为今后超滤膜技术发展提供了参考。     

溶液环境对荷电超滤膜和传统中性超滤膜去除天然有机物的影响

以Aldrich 腐殖酸溶液为水样,研究比较了溶液环境(pH值、离子强度和钙离子)对荷电改性再生纤维素超滤膜和传统中性未改性再生纤维素超滤膜过滤过程的影响.结果表明, ①pH值主要通过质子化作用影响荷电膜以及腐殖酸分子的荷电量,进而影响荷电超滤过程.溶液pH值从7.5下降到3.5时,荷电超滤膜对腐殖酸的截留率从92%减少到79%,超滤4 h时,膜通量下降从26%增加到36%.②离子强度的改变是通过影响腐殖酸分子的物化性质和静电屏蔽作用来影响超滤过程的.当溶液离子强度为0、 3和100 mmol/L时,初始截留率依次降低,分别为92%、 87%和48%,超滤4 h时,荷电超滤膜的通量下降依次增加,分别为26%、 35%和63%.③Ca2+浓度的影响,需要综合考虑静电屏蔽作用、Ca2+的架桥作用以及滤饼层的压实性等各方面的影响.④pH值、离子强度和钙离子对中性超滤膜过滤行为的影响趋势与荷电超滤膜相似,但其影响程度有着较大的差别.研究结果对荷电超滤膜技术在实际应用中选择合适环境条件提供了参考.     

预处理技术对超滤膜污染控制的研究现状

针对超滤膜污染问题,论述了污染物的类型与组成,分析了膜污染的原因和影响因素,探讨了混凝、氧化、吸附三种预处理工艺的效果和控制参数。分析认为：针对不同水质及膜污染类型,应基于混凝机理、氧化分解作用和吸附作用筛选预处理工艺并优化控制参数;为解决膜通量减小及膜阻力增大等关键问题,应根据原水水质条件、主要污染物的类型和超滤膜的材料性质选择预处理工艺;预处理在防止膜孔堵塞、降低滤饼层的厚度进而延长膜的使用寿命、降低能耗和生产成本等方面,具有重要意义。     

PVC合金超滤膜在油田采出水回用中的应用研究

试验采用改性的PVC合金超滤膜法对油田采出水进行深度处理,其处理出水水质达到榆树林油田特低渗透油层要求的回注水水质指标,通过超滤膜组件的运行,采用死端过滤,运行周期为12min,正冲线速度为0.4m/s,时间为10s,反冲洗通量为150L(/m2.h),时间为10s,进水压力为0.1MPa最佳;化学清洗时,采用表面活性剂+酸洗+碱洗,可以获得最佳的清洗效果。     

错流膜生物反应器水力清洗特性研究

采用外压管式聚砜－聚丙烯腈共混超滤膜进行错流膜生物反应器水力清洗特性研究,结果表明,清洗时采用高膜面流速、低操作压力和限制透过液对流传递作用有利于错流膜生物反应器通量的恢复,这符合膜藏去除过程中的传质机理;适宜的膜面流速应稍大于临界流速ｖｋ＝１．９２ｍ／ｓ,清洗时间应控制在１０ｍｉｎ,适宜的清洗操作压力为０．０７ＭＰａ。