預處理對膜過(guò)濾性能影響的研究與分析

超濾技術(shù)

超濾技術(shù)是一種以壓力差為推動(dòng)力，利用膜的透過(guò)性能，達到分離水中離子、分子以及某種微粒為目的的膜分離技術(shù)。超濾膜的孔徑范圍大致在0.005~1 微米之間，填補了微濾和納濾之間空隙。國內外學(xué)者提出超濾過(guò)程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：①溶質(zhì)在膜表面以及微孔壁內產(chǎn)生吸附；②溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔中停留，引起堵塞；③溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被機械截留，實(shí)現篩分。

超濾過(guò)程一般有兩種方式:終端過(guò)濾和錯流過(guò)濾。對濁度較低、水質(zhì)較好的原水，一般采用終端過(guò)濾，這樣可以大大降低工藝的能耗;對于濁度較高、污染較為嚴重的水，就采用錯流過(guò)濾，這樣可以避免大量的污染物累積在膜的表面，造成膜的污染，降低過(guò)濾性能。

超濾膜的形態(tài)結構和種類(lèi)

超濾膜的橫截面具有不對稱(chēng)結構。它一般是由一層厚度<1 微米，起到篩分作用的致密層和一層厚度較大(通常為125 微米)、具有海綿狀或指狀多孔結構的支撐層組成。目前，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)和生活中常用的膜組件主要有:管式、板框式、卷式和中空纖維式等幾種。中空纖維膜又有內壓膜(致密層在內)、外壓膜(致密層在外)和雙向膜(內外都有致密層) 三種結構�？偟膩�(lái)說(shuō)，還是存在膜品種少、膜孔徑分布較寬和性能不穩定等缺陷。

超濾膜對有機物的去除效果及影響因素

超濾膜的截留分子量范圍一般為5000~10000ODalton，天然水體中有相當大一部分溶解性有機物的分子量低于該范圍，導致超濾膜對其攔截效果很差。事實(shí)上，天然水中這一類(lèi)的低分子溶解性有機物所占的比例往往較大。

超濾膜對有機物的去除，不同情況下差異很大。有學(xué)者用切割分子量為10 萬(wàn)Dalton 的中空纖維超濾膜對20 種不同的原水進(jìn)行過(guò)濾， TOC 平均去除率為18%，UV25 的平均去除率為28%。同樣為去除水中的TOC，Laine 等人用終端過(guò)濾的方式處理地表水，超濾膜對TOC 的去除率在42%左右。

所以，尋找合適的方式盡可能地減少這種差異，提高超濾膜的處理效率是關(guān)鍵。從膜方面著(zhù)手，就是尋找新的膜材料或者對膜進(jìn)行改性；從處理工藝方面著(zhù)手，就是尋找合適的處理工藝與超濾膜相組合，從而達到優(yōu)化處理的效果。

預處理對膜過(guò)濾性能的影響

水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)、細菌(病毒)等在過(guò)濾過(guò)程中會(huì )附著(zhù)在膜表面，使膜受到污染，被截留的雜質(zhì)也會(huì )迅速在膜的表面產(chǎn)生濃差極化現象；同時(shí)，水中部分細小的顆粒物會(huì )進(jìn)入膜孔內使水通道堵塞，水體中的微生物及其代謝產(chǎn)物也會(huì )粘附在膜表面。所有這些都會(huì )影響到膜的過(guò)濾性能，再加上前面提及的諸多影響因素，因此，膜供水必須進(jìn)行適當的預處理，盡可能多的去除水中的溶解性有機物或者改變其在狀態(tài)、降低膜污染、提高膜的過(guò)濾性能、延長(cháng)使用壽命并降低水處理費用。預處理方法有很多：生物預處理、臭氧預處理、活性炭(顆粒炭GAC 或者粉末炭PAC)預處理混凝預處理等。其中研究最多的則是臭氧、活性炭 (GAC 或PAC)和混凝三種預處理方法。

臭氧預處理對膜過(guò)濾性能的影響

日本的S Sawada等人研究了臭氧預氧化對孔徑為0.1 微米的PVDF 微濾膜過(guò)濾性能的影響。試驗用5.0mg/l 的腐殖酸和10mg/l 的高嶺土配置原水，然后向水中投加4.5mg/l 的，結果發(fā)現該狀況下的透水通量是未臭氧預處理時(shí)的2 倍。并且，投加時(shí)，過(guò)濾阻力下降;停止投加，過(guò)濾阻力上升。他認為臭氧能將水中本來(lái)對膜有污染作用的有機物(腐殖酸)分解成不易污染膜的、更分散的物質(zhì)，減緩膜污染，并使得反沖洗時(shí)膜表面的污染層更容易去除。

可見(jiàn)，臭氧預氧化對膜過(guò)濾性能的改善是有利的。但是臭氧氧化副產(chǎn)物(如溴酸鹽)和膜組件的耐臭氧性能是該預處理方法應該考慮的問(wèn)題。

活性炭(GAC 或PAC)預處理對膜過(guò)濾性能的影響

利用活性炭(GAC 或PAC)和其他多孔的具有較大比表面積的吸附劑來(lái)吸附原水中能夠污染膜的溶解性有機物，達到降低過(guò)濾阻力、提高透水通量和有機物的去除率的目的。

董秉直等人，用粉末活性炭與超濾聯(lián)用技術(shù)處理黃浦江原水，試驗表明，粉末活性炭與膜聯(lián)用能有效提高有機物的去除效果;粉末活性炭不會(huì )造成膜過(guò)濾阻力的增加，并且膜過(guò)濾阻力隨著(zhù)粉末活性炭投加量的增大而減小。

JamesA.Nilisont等人用PAC 作為NF 的預處理，試驗結果發(fā)現PAC 并不能有效地防止膜污染。他們認為疏水性有機物是引起膜污染，造成膜通量下降的主因。而PAC 只能有效地去除親水性有機物，對疏水性有機物去除效果很差。所以，PAC 對膜過(guò)濾沒(méi)有起到實(shí)質(zhì)性作用�；钚蕴繉δみ^(guò)濾性能的影響，有利地一面是吸附大量可以污染膜的有機物，減小過(guò)濾阻力，提高膜的透水通量；不利的一面就是在去除有機物方面，它也存在一定的局限性；同時(shí)，長(cháng)期吸附在膜表面的活性炭有可能會(huì )在炭粒內部滋生微生物進(jìn)而污染膜。（來(lái)源：谷騰水網(wǎng)）