预处理技术对超滤膜污染的影响

时间：2024-05-16

冯荣芬

(张家口市煤气总公司，河北张家口 075000)

引言

近年来水源受污染情况日趋严重，常规的水处理工艺很难去除有机污染物以及由有机污染物所引起的色度、嗅味等问题。如何提高污染物去除率、改善出水水质是现阶段需解决的首要问题。超滤技术以优越的去浊、除藻及病原性微生物等性能使其成为饮用水安全保障的重要技术之一。但是，膜污染却是超滤膜工艺推广应用中的障碍，由于膜前预处理技术对膜污染有一定的缓解作用，于是超滤膜前预处理技术的研究和开发备受人们关注。

一、膜污染主要物质

1.颗粒物:Turdaud 等发现快速引起膜污染的颗粒粒径在2μm 左右，粒径大于3μm 的颗粒很少引起膜污染。Jermann 等在试验中发现直接过滤高岭土溶液时，膜运行通量下降缓慢，但在高岭土溶液中增加有机物后，运行通量迅速下降，膜污染严重，由此可知，单纯的颗粒污染物不易引起超滤膜污染，但可以和有机物相互作用，加重膜污染情况。

2.有机物:有机物包括天然有机物(腐殖酸)和内源性的有机物污染物(藻类和微生物)。Yuan 等在研究腐殖酸对亲水性膜污染的影响时发现腐殖酸可吸附和沉积在膜表面，从而引起严重的膜污染，而且相对分子量较大的有机物引起的膜污染更为严重。Lin 等在研究腐殖酸不同成分对憎水性膜污染的影响时发现腐植酸中亲水性成分是导致膜污染的主要物质。近年来，越来越多的试验研究证明，大分子亲水性有机物可导致严重的膜污染，藻类及其释放物也同样会引起超滤膜的污染。Chiou 等对藻细胞的官能团进行了深入分析，发现多糖浓度的大小显著影响着膜运行通量，从而说明藻类的多糖成分是导致膜污染的主要物质。Lee 等通过对比试验发现有机胶体是膜污染的主要物质。在对有机胶体的EEM 分析中发现缩氨键和醇羟基存在吸收峰，说明了蛋白质和多糖是引起膜污染的主要物物。Fan 等在利用混凝—沉淀—超滤技术处理二沉池出水的试验中发现微生物代谢产物、类蛋白胞外有机物是膜污染的主要物质。

二、膜前预处理对膜污染的缓解作用

1.吸附预处理:吸附剂有粉末活性炭(PAC)、铁氧体颗粒、沸石粉和离子交换树脂等。目前采用最多的吸附剂是PAC，PAC 比表面积大，从而对水中的污染物质具有高效的吸附速率。PAC 的投加控制比较灵活，可根据水质情况灵活调整。与传统的投加技术相比，减少了PAC 的投加量，降低了净水过程中的药剂费用。一些学者对PAC 和铁氧体颗粒在缓解膜污染中的作用进行了研究。Kang 等研究发现铁氧体颗粒吸附的主要是分子量大于30 kDa 的有机物，活性炭吸附的主要是分子量在3～10kDa 的有机物，而引起膜污染的主要是大分子有机物，因此铁氧体颗粒被认为可以缓解大分子有机物引起的膜污染。Chang 等进行氧化铁—超滤联合工艺研究时发现氧化铁颗粒表面吸附了大量的有机物，从而提高了水中有机污染物的去除效率，同时发现膜表面形成了一层氧化铁颗粒滤饼层，减少了有机污染物和膜表面的直接接触，从一定程度上降低了膜污染的几率。

2.混凝预处理:向水中投加混凝剂，可以起到压缩反离子扩散层、吸附电中和网捕卷扫的作用，从而水中细小的胶体和悬浮颗粒聚集成较大颗粒，增加了后续沉淀和过滤的去除效果。一系列研究试验证明混凝预处理技术能够提高出水水质，有效地控制膜污染。尹华升等采用直接过滤和混凝一超滤处理微污染水库水，研究中发现铁盐的混凝效果优于铝盐的混凝效果;闫昭辉应用在线混凝技术处理微污染水，发现混凝处理能有效的提高过滤通量，混凝剂最佳投加量为8mg/L;王晓昌等在混凝-超滤的试验研究中发现，膜污染速率较低，运行通量较高，最佳pH 值为7。Kerry 等针对不同水源，采用不同的超滤膜和混凝剂进行试验研究，结果表明:低量投加铝盐会加重膜污染，强化混凝投加量，膜的透水性显著提高，DOC 的去除率显著提高。混凝可改变原水中污染物质的粒径分布，因此对膜产生影响，预混凝技术是膜组合工艺研究领域中的一个热点。

3.预氧化处理:臭氧、氯、过锰酸盐等强氧化剂可以将大分子有机物氧化成小分子物质，提高水的可生化性，降低水体产生异臭味的可能性。臭氧预处理效果虽好，但是与聚合超滤膜的共存存在矛盾，只能够与陶瓷膜联用。而且臭氧的投加量对水处理的效果有着重要影响。较大的投加量可有效阻止膜通量的下降，有效降低膜污染。研究证明氯和高锰酸盐作为预氧化剂时亦可以缓解膜污染，主要是通过抑制藻类及其繁殖物的形成来起到作用。但是氯预氧化技术会造成铁、锰离子在膜表面沉淀、积累，所以研究高效可行的预氧化技术显得极为重要。