砂濾池對(duì)超濾膜污染的影響

砂濾池對(duì)超濾膜污染的影響

近年來，超濾技術(shù)在飲料處理中的研發(fā)和應(yīng)用取得了迅速的進(jìn)展。膜污染是指在膜過濾過程中,水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象因此,實(shí)際工程中在保證出水水質(zhì)的前提下如何減輕膜污染及減緩污染速率成為水處理工作者的研究熱點(diǎn)。本中試研究砂濾池對(duì)超濾膜污染的影響。1裝置見圖1中試在廣州某水廠進(jìn)行,水廠原水為西江原水。工藝流程如圖1所示。實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備與參數(shù):1)折流式反應(yīng)池1座,斜管沉淀池1座,處理水的體積流量為70m2)超濾裝置1套,為某公司的聚氯乙烯(PVC)復(fù)合膜,殼體和端頭材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。組件公稱尺寸140mm×140mm×2220mm,有效膜面積15m3)砂濾池2座,規(guī)格為1.5m×2m的方形池。由下往上的填料分別為:粒徑8~16mm墊層厚1mm,粒徑4~8mm墊層為50mm,2~4mm礫石墊層為50mm;粒徑為1.0~1.25mm的濾砂1.2m。反沖洗周期為24h,方式為氣水連沖,歷時(shí)10min,氣沖強(qiáng)度為5~10L/(m2結(jié)果與討論2.1tmp與過濾阻力變化規(guī)律該階段實(shí)驗(yàn)平均膜通量為35L/(m按照形成過程和程度,膜污染可以分為3個(gè)階段,即初始階段、發(fā)展階段及污堵階段過濾阻力由膜外阻力(濾餅層+濃差極化引起)和膜內(nèi)阻力(污染物在膜孔及膜表面的吸附堵塞引起)組成膜污染對(duì)微孔膜過濾效果的影響直接表現(xiàn)之一為恒通量下TMP的升高式中,J為膜通量,Δp為TMP,η在保持通量恒定的情況下,TMP將隨著過濾阻力及水黏度之積同比增大。一般來講,溫度是影響水黏度主要因素,而本中試過程溫度變化并不明顯。因此,此時(shí)的超濾膜TMP與過濾阻力呈同比增長趨勢(shì)。由圖2可知,組合①的TMP遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于組合②,平均分別為-31.03、-17.43kPa,即砂濾池的存在降低了超濾膜在運(yùn)行過程中的所需的過濾阻力。同時(shí),超濾膜均在運(yùn)行了一段時(shí)間后TMP大幅度上升,但組合②增加速度小于組合①,且組合①在運(yùn)行了120h后TMP顯著增加,組合②在運(yùn)行了360h后TMP上升較明顯。組合①、組合②運(yùn)行120h后TMP分別為-16.31、-10.2kPa,運(yùn)行360h后TMP分別為-29.44、-15.32kPa,即前砂濾池有效延緩了膜污染速率,約為無濾池時(shí)的1/3;且運(yùn)行相同的時(shí)間,前砂濾池的存在使得膜外及膜內(nèi)阻力減小了約62.54%和52.04%。目前,膜污染及其形成機(jī)理的研究較多,對(duì)于微污染水源水而言,許多研究者認(rèn)為濁度和有機(jī)物是導(dǎo)致膜污染主要的污染物質(zhì)就水質(zhì)而言,中試中砂濾池存在與否對(duì)超濾最終出水并沒有顯著影響(見圖3和圖4),組合①和組合②出水濁度平均為0.058NTU、COD平均為0.997mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GB5749-2006要求2.2膜污染程度直減效果該階段通過變頻泵和膜池液位計(jì)控制池內(nèi)恒定壓力,保持超濾膜運(yùn)行壓力分別為-30、-50、-80kPa,其余參數(shù)不發(fā)生變化,2種組合情況下產(chǎn)水通量隨時(shí)間的變化如圖5所示。膜通量反映TMP與過濾阻力之間動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果,因此,膜污染的另一直觀表征參數(shù)為恒壓條件下膜通量衰減按照膜污染形成過程,分為初始階段、發(fā)展階段和污堵階段,初始階段過濾阻力的水利可逆性,此時(shí)膜污染衰減波動(dòng)較大,發(fā)展階段衰減幅度變緩,污堵階段通量衰減幅度最小。由圖5可知,隨著運(yùn)行時(shí)間的延長,組合①中污染3階段的分界點(diǎn)異常明顯,壓力分別為-50、-80kPa時(shí),超濾膜在運(yùn)行時(shí)間分別為28、13d后就進(jìn)入了污堵階段,此時(shí)超濾膜膜孔和表面被污染物污染嚴(yán)重,濾餅層出現(xiàn)壓實(shí)不可逆情況,產(chǎn)水率持續(xù)降低,易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象,使得出水水質(zhì)惡化。雖然超濾膜在-30kPa運(yùn)行時(shí)通量衰減速率幾乎為0,但此時(shí)通量較小,最終產(chǎn)水率較低,對(duì)制水成本不能有效降低;在-50、-80kPa壓力下運(yùn)行,此時(shí)通量提高對(duì)提高產(chǎn)水率有利,然而,研究表明,初始膜通量較大時(shí),濃差極化現(xiàn)象越嚴(yán)重,膜通量衰減更劇烈3砂濾池的運(yùn)行效果恒通量時(shí),砂濾池的存在降低了超濾膜在運(yùn)行過程中的所需的過濾阻力,降低了運(yùn)行時(shí)的TMP,“混凝沉淀-超濾”組合和“混凝沉淀-砂濾-超濾”組合平均TMP分別為-31.03、-17.43kPa。砂濾池存在的條件下,TMP上升曲率遠(yuǎn)低于無砂濾池時(shí)的上升曲率,且跟直接超濾相比,砂濾池有效減緩了初始階段的膜污染速率,約為無砂濾池時(shí)的1/3,且運(yùn)行相同的時(shí)間,前砂濾池的存在使得膜外及膜內(nèi)阻力減小了約62.54%和52.04%。砂濾池對(duì)濁度和有機(jī)物的平均去除率分別為85.81%、21.54%,大大減低了后續(xù)超濾膜污染物負(fù)荷,有效地減緩了膜污染速率,