超濾技術在水處理中的應用
90年代(dai)初超(chao)(chao)濾(lv)技術曾在(zai)(zai)礦泉水(shui)(shui)生產(chan)中得到(dao)廣泛的應用,近(jin)年來超(chao)(chao)濾(lv)技術在(zai)(zai)反滲透制備純(chun)水(shui)(shui)和超(chao)(chao)純(chun)水(shui)(shui)系統中作(zuo)預處理(li)及終端處理(li)也逐(zhu)漸(jian)被認可(ke)。但在(zai)(zai)水(shui)(shui)處理(li)過程中超(chao)(chao)濾(lv)如何正常發揮作(zuo)用仍然存(cun)在(zai)(zai)問題。
當超(chao)(chao)濾(lv)(lv)膜在(zai)使(shi)用時,由于(yu)其對水或溶液中細菌(jun)、微生物(wu)、膠體(ti)、懸浮性(xing)(xing)固體(ti)及可溶性(xing)(xing)高分子化合(he)物(wu)具有(you)極高的截(jie)留效果(guo),沉積(ji)于(yu)膜表(biao)面(mian)(mian)形(xing)成污染,使(shi)膜的透過(guo)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和截(jie)留性(xing)(xing)能(neng)(neng)惡化。此外細菌(jun)、微生物(wu)的附著,其代謝產物(wu)在(zai)膜表(biao)面(mian)(mian)形(xing)成黏液。這些因(yin)素都將導致超(chao)(chao)濾(lv)(lv)膜性(xing)(xing)能(neng)(neng)降(jiang)低。因(yin)此,必須根據超(chao)(chao)濾(lv)(lv)過(guo)濾(lv)(lv)的客觀規律運行,使(shi)超(chao)(chao)濾(lv)(lv)處于(yu)最佳工作態。
膜材料的優選超濾膜材料眾多,國內可供選擇的中空纖維(毛細管)型超濾膜,主要材料為聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯等(PVDF)等。此外聚芳砜、聚酰胺等由于制備工藝與膜材料價格原因,尚無生產。醋酸纖維素則因耐酸堿性能的限制較少使用。近年來有以拉伸致孔的聚丙烯微孔濾膜中空纖維,因其制造成本低廉,而
在市場上充作中空纖維超濾膜使用,實際上其長形網狀孔尺寸較超濾膜大1~2個數量級,長形孔的變形使細菌、微生物泄漏率可達50%以上,對膠體及微粒截留效果較差。
聚砜以其獨特的化學穩定性、較高的抗氧化性、較寬的pH值使用范圍(pH1~13)、耐熱性能好等因素而被首選。但聚砜屬疏水性膜、透水性能低、對某些物質吸附性能強,在水處理應用中有一定局限性。聚丙烯腈膜耐溶劑性、耐熱性、對日光及大氣的穩定性,特別是成膜性能良好、對制備孔徑均一的超濾膜是極為有利的,輕度的極性于某些廢水的處理,
在國外超濾膜領域中優先生產,占有較大的比例。我國近年來在純水制備的大規模使用中已成功的應用。膜的透水性能、截留性能均已達到較高的水平。
膜(mo)微結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)選擇膜(mo)斷面結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)有單皮(pi)(pi)層(ceng)指狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)與雙皮(pi)(pi)層(ceng)針(zhen)(zhen)(zhen)狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)兩(liang)種。當(dang)較小(xiao)物(wu)質穿過單皮(pi)(pi)層(ceng)指狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)時(shi),即可(ke)從(cong)另一(yi)側透(tou)出,不(bu)致引起(qi)微孔(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)堵塞。而雙皮(pi)(pi)層(ceng)針(zhen)(zhen)(zhen)狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)如小(xiao)分(fen)子能透(tou)過一(yi)側皮(pi)(pi)層(ceng),進入膜(mo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)內部(bu)時(shi),有可(ke)能被另一(yi)側皮(pi)(pi)層(ceng)截留(liu)而留(liu)存于(yu)膜(mo)內形成(cheng)堵孔(kong)(kong)(kong)(kong)。但雙皮(pi)(pi)層(ceng)針(zhen)(zhen)(zhen)狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)有利于(yu)反(fan)沖洗(xi)。在選用雙皮(pi)(pi)層(ceng)針(zhen)(zhen)(zhen)狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)超濾(lv)膜(mo)時(shi)在滿(man)足透(tou)水(shui)量的(de)同(tong)時(shi)應選擇切(qie)割分(fen)子應小(xiao)于(yu)被截留(liu)溶質分(fen)子約一(yi)個數量級。用作礦泉水(shui)與純凈水(shui)預處(chu)理時(shi)應選取雙皮(pi)(pi)層(ceng)針(zhen)(zhen)(zhen)狀孔(kong)(kong)(kong)(kong)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)毛細(xi)管(guan)式超濾(lv)膜(mo),切(qie)割分(fen)子量在1~2萬左右,對細(xi)菌、微生物(wu)、膠(jiao)體都(dou)有良好的(de)分(fen)離性能,并且有利于(yu)反(fan)沖洗(xi)。
組件結構的選擇當溶液中可被截留的溶質濃度較小時,組件結構有較大的選擇余地,而溶質濃度較大時,帶有隔網的卷式膜組件易于在膜表面沉積而不宜采用。實際上,在水處理工程中最多采用內壓型毛細管或中空纖維超濾膜組件,有利于提高管內流速而達到減少沉積堵塞現象。如若提高流速則阻力損失較大。因而宜選用較大直徑毛細管膜,有利于流速的提高。以日本旭化成公司聚丙烯腈毛細管膜為例,其內徑為0.8~1.4mm,外徑1.4~2.3mm,原水只需通過40目篩網過濾即可,即機械雜質不大于毛細管內徑即可通過。 選擇
適當直徑的毛細(xi)管膜,達到必(bi)要的流速,有利(li)于(yu)減少溶質在膜表面(mian)的沉積(ji),這對于(yu)超(chao)濾膜的正常運(yun)行是必(bi)要的。
超濾(lv)膜(mo)設(she)備裝置(zhi)的(de)(de)(de)選擇(ze)實踐證明,超濾(lv)膜(mo)能(neng)截留(liu)大部(bu)分溶質,因而必須(xu)(xu)在錯(cuo)流狀(zhuang)態下工作,即(ji)原(yuan)(yuan)水(shui)沿膜(mo)表(biao)(biao)(biao)面切向(xiang)(xiang)流動,被(bei)截留(liu)溶質切向(xiang)(xiang)流過(guo)膜(mo)表(biao)(biao)(biao)面,形成(cheng)濃縮(suo)液(ye)(ye)而排出,因而在正常操(cao)(cao)作情況下必須(xu)(xu)不斷(duan)排放(fang)濃縮(suo)液(ye)(ye)。一般排放(fang)量約占(zhan)原(yuan)(yuan)水(shui)的(de)(de)(de)10%,此種操(cao)(cao)作膜(mo)表(biao)(biao)(biao)面流速低于0.1m/s,特別是(shi)透水(shui)量較高(gao)的(de)(de)(de)膜(mo),溶質更多的(de)(de)(de)截留(liu)于膜(mo)表(biao)(biao)(biao)面,堵塞幾乎是(shi)不可避(bi)免的(de)(de)(de)。為此必須(xu)(xu)增加濃縮(suo)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)排放(fang)量達原(yuan)(yuan)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)50%以上。為使(shi)原(yuan)(yuan)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)充分利(li)用,超濾(lv)裝置(zhi)應設(she)循環(huan)系統,排放(fang)液(ye)(ye)可重(zhong)新回入原(yuan)(yuan)水(shui)容器內(nei),少(shao)量廢棄排放(fang)。增加循環(huan)泵的(de)(de)(de)流量,適(shi)當加大濃縮(suo)液(ye)(ye)排放(fang)管道(dao)直徑是(shi)必要的(de)(de)(de)。
為有(you)利于膜(mo)的(de)再(zai)生(sheng),裝(zhuang)置必須(xu)采用(yong)(yong)反(fan)(fan)沖(chong)(chong)洗(xi)(xi)系(xi)統(tong)(tong),采用(yong)(yong)兩組膜(mo)組合(he)使用(yong)(yong),交(jiao)替反(fan)(fan)沖(chong)(chong)洗(xi)(xi),利用(yong)(yong)超濾(lv)(lv)液直接反(fan)(fan)沖(chong)(chong)的(de)方法,減少膜(mo)的(de)污(wu)染并有(you)利于反(fan)(fan)沖(chong)(chong)洗(xi)(xi)壓力的(de)控制(zhi)。例如(ru)工作(zuo)10min,反(fan)(fan)沖(chong)(chong)洗(xi)(xi)0.5min,反(fan)(fan)沖(chong)(chong)液全(quan)部排(pai)放。如(ru)此(ci)操(cao)作(zuo)控制(zhi)排(pai)放量(liang)亦(yi)僅在(zai)10%左右。這種方法突破了膜(mo)污(wu)染后再(zai)沖(chong)(chong)洗(xi)(xi)的(de)傳統(tong)(tong)方式,能保證(zheng)系(xi)統(tong)(tong)始終處在(zai)高通(tong)量(liang)狀態下工作(zuo)。此(ci)外,還應設制(zhi)快速(su)(su)等壓沖(chong)(chong)洗(xi)(xi)系(xi)統(tong)(tong),即關(guan)閉超濾(lv)(lv)液出(chu)口,全(quan)開濃縮液排(pai)放閥,在(zai)低壓下泵(beng)以全(quan)流量(liang)通(tong)過膜(mo)表面實現快速(su)(su)沖(chong)(chong)洗(xi)(xi),對恢復膜(mo)的(de)性能有(you)較(jiao)大的(de)效果。
超濾裝置頻(pin)繁(fan)的(de)反沖洗與等壓(ya)沖洗,必(bi)須有(you)自(zi)動控制(zhi)系統(tong)予以保證,否(fou)則操(cao)作的(de)一次(ci)失誤會造成系統(tong)的(de)損壞(huai)。
超濾裝置由于超濾膜精密的微結構,精致的設計與裝置,精細的操作,是保證超濾膜長期正常運行的必要條件。超濾技術雖然在實際運行中已有很多實例,但是成功的經驗尚缺乏總結。粗放式的使用與操作,已有損于超濾技術的進一步推廣,本文目的在于改變觀念,使超濾技術發揮應用有作用。

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