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荷负电功能超滤膜在饮用水处理方面的应用效果

2019-11-15 17:44:18
荷负电功能超滤膜在饮用水处理方面的应用效果

超滤(ultrafiltration,UF)膜在饮用水深度处理有不少优点,如出水品质高、水质稳定(浊度和细菌含量低)、设备占用空间小、全自动化运行、不需要添加化学试剂等优点,因而是膜法生产饮用水的主流技术。

然而实际运行中,UF膜存在污染程度高、膜通量下降快等问题,严重影响运行效率,这是制约UF膜应用和推广的主要因素。

常规的UF膜分离原理是物理筛分,允许比其孔径小的组分透过,但截留比其孔径大或孔径相近的组分,其具备如下缺点:

常规UF无法分离颗粒尺寸大小与其孔径相近的组分;

UF膜的大通量和高截留率本质矛盾。

由于上述缺点,常规UF膜在饮用水深度处理中易污染,目前UF膜系统在水厂应用的主要障碍是随运行时间的增长膜污染逐渐加剧,导致膜系统通量急剧衰减,继而引起产水量降低、膜寿命缩短、系统运行成本显著增加。UF膜污染是指过滤料液中的颗粒物、溶解性有机物&胶体、无机物(如铁,锰和二氧化硅等)和微生物有机体等与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的各种粒子在膜表面或者膜孔内吸附、堵塞,使膜通量与分离特性产生不可逆变化的现象,其中溶解性有机物(NOM)是引起UF膜污染的主要原因。

为解决上述问题,荷电超滤膜引起了学术研究者和工业应用者的兴趣。荷电超滤膜是一种新型超滤膜,其表面带有固定电荷,根据其表面电荷的种类,可将荷电超滤膜分为荷正电和荷负电超滤膜。由于引起UF膜污染的物质以荷负电NOM居多,因而荷负电功能超滤膜较荷正电超滤膜的研究与应用更为普遍。荷负电改性后的UF膜的整体性能取决于负电荷基团的密度,配体的化学性质和共价键,以及连接到膜表面荷负电配体的间隔臂的性质。

溶解性有机物(DOM)

·NOM在地表水和污水中普遍存在,在低压饮用水UF膜处理中,NOM已被确定为饮用水应用中高分子聚合物膜污垢的主要来源;

·NOM是动物和植物材料在环境中的分解而形成的复杂非均相混合物。;

·大多数NOM由一系列荷负电化合物组成,从小分子疏水性酸、蛋白质和氨基酸到较大分子量的腐殖酸和富里酸。

荷负电功能超滤膜

·荷负电功能超滤膜由于引入了荷负电基团,UF膜的亲水性增强,水通量增加;

·由于功能超滤膜表面的荷负电基团和溶液间NOM等的静电作用,因而荷负电UF膜运行过程中溶液渗透压降低,因此适于低压操作;

·荷负电UF膜还具有耐压实、耐酸碱及抗微生物、细菌等优点。荷负电UF膜在水通量、抗污染以及选择透过性方面具有中性UF膜所不具备的优势和独特用途。

通过分子设计,采用双荷负电(两亲)嵌段共聚物自组装形成的丰富而有序的拓扑结构,对常规UF膜进行协同自组装荷负电改性,最终制得高度有序的不对称均孔荷负电功能超滤膜。

将制得的荷负电功能超滤工业膜组件用于青草沙原水的中试深度处理(2.5m³/h),结果显示荷负电功能超滤膜具有特殊分离性能,其中试运行对低温砂滤池进水(青草沙原水)的氟化物、浊度、CODMn均有一定的去除效果,且膜出水的pH、UV254、硬度较膜进水均下降,原因在于荷负电超滤膜表面的荷负电基团与进水中的阴离子、荷负电物质之间的静电效应,使得荷负电超滤膜对进水的浊度、CODMn及UV254有一定的去除效果,且膜出水的pH、硬度下降,氟化物含量降低。

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