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超濾膜在飲用水處理方面的應(yīng)用效果優(yōu)勢突出

超濾(ultrafiltration,UF)膜在飲用水深度處理有不少優(yōu)點(diǎn),如出水品質(zhì)高、水質(zhì)穩(wěn)定(濁度和細(xì)菌含量低)、設(shè)備占用空間小、全自動化運(yùn)行、不需要添加化學(xué)試劑等優(yōu)點(diǎn),因而是膜法生產(chǎn)飲用水的主流技術(shù)。



然而實(shí)際運(yùn)行中,UF膜存在污染程度高、膜通量下降快等問題,嚴(yán)重影響運(yùn)行效率,這是制約UF膜應(yīng)用和推廣的主要因素。



常規(guī)的UF膜分離原理是物理篩分,允許比其孔徑小的組分透過,但截留比其孔徑大或孔徑相近的組分,其具備如下缺點(diǎn):



常規(guī)UF無法分離顆粒尺寸大小與其孔徑相近的組分;



UF膜的大通量和高截留率本質(zhì)矛盾。



由于上述缺點(diǎn),常規(guī)UF膜在飲用水深度處理中易污染,目前UF膜系統(tǒng)在水廠應(yīng)用的主要障礙是隨運(yùn)行時(shí)間的增長膜污染逐漸加劇,導(dǎo)致膜系統(tǒng)通量急劇衰減,繼而引起產(chǎn)水量降低、膜壽命縮短、系統(tǒng)運(yùn)行成本顯著增加。UF膜污染是指過濾料液中的顆粒物、溶解性有機(jī)物&膠體、無機(jī)物(如鐵,錳和二氧化硅等)和微生物有機(jī)體等與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的各種粒子在膜表面或者膜孔內(nèi)吸附、堵塞,使膜通量與分離特性產(chǎn)生不可逆變化的現(xiàn)象,其中溶解性有機(jī)物(NOM)是引起UF膜污染的主要原因。



為解決上述問題,荷電超濾膜引起了學(xué)術(shù)研究者和工業(yè)應(yīng)用者的興趣。荷電超濾膜是一種新型超濾膜,其表面帶有固定電荷,根據(jù)其表面電荷的種類,可將荷電超濾膜分為荷正電和荷負(fù)電超濾膜。由于引起UF膜污染的物質(zhì)以荷負(fù)電NOM居多,因而荷負(fù)電功能超濾膜較荷正電超濾膜的研究與應(yīng)用更為普遍。荷負(fù)電改性后的UF膜的整體性能取決于負(fù)電荷基團(tuán)的密度,配體的化學(xué)性質(zhì)和共價(jià)鍵,以及連接到膜表面荷負(fù)電配體的間隔臂的性質(zhì)。



溶解性有機(jī)物(DOM)



·NOM在地表水和污水中普遍存在,在低壓飲用水UF膜處理中,NOM已被確定為飲用水應(yīng)用中高分子聚合物膜污垢的主要來源;



·NOM是動物和植物材料在環(huán)境中的分解而形成的復(fù)雜非均相混合物。;



·大多數(shù)NOM由一系列荷負(fù)電化合物組成,從小分子疏水性酸、蛋白質(zhì)和氨基酸到較大分子量的腐殖酸和富里酸。



荷負(fù)電功能超濾



·荷負(fù)電功能超濾膜由于引入了荷負(fù)電基團(tuán),UF膜的親水性增強(qiáng),水通量增加;



·由于功能超濾膜表面的荷負(fù)電基團(tuán)和溶液間NOM等的靜電作用,因而荷負(fù)電UF膜運(yùn)行過程中溶液滲透壓降低,因此適于低壓操作;



·荷負(fù)電UF膜還具有耐壓實(shí)、耐酸堿及抗微生物、細(xì)菌等優(yōu)點(diǎn)。荷負(fù)電UF膜在水通量、抗污染以及選擇透過性方面具有中性UF膜所不具備的優(yōu)勢和獨(dú)特用途。





通過分子設(shè)計(jì),采用雙荷負(fù)電(兩親)嵌段共聚物自組裝形成的豐富而有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對常規(guī)UF膜進(jìn)行協(xié)同自組裝荷負(fù)電改性,最終制得高度有序的不對稱均孔荷負(fù)電功能超濾膜。



將制得的荷負(fù)電功能超濾工業(yè)膜組件用于青草沙原水的中試深度處理(2.5m³/h),結(jié)果顯示荷負(fù)電功能超濾膜具有特殊分離性能,其中試運(yùn)行對低溫砂濾池進(jìn)水(青草沙原水)的氟化物、濁度、CODMn均有一定的去除效果,且膜出水的pH、UV254、硬度較膜進(jìn)水均下降,原因在于荷負(fù)電超濾膜表面的荷負(fù)電基團(tuán)與進(jìn)水中的陰離子、荷負(fù)電物質(zhì)之間的靜電效應(yīng),使得荷負(fù)電超濾膜對進(jìn)水的濁度、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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