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1、混凝對(duì)膜過(guò)濾的影響?? 用膜直接過(guò)濾原水會(huì)產(chǎn)生較大的過(guò)濾阻力和通量下降。在膜分離前投加混凝劑可降低膜過(guò)濾阻力、提高透水通量已為許多研究所證實(shí)。但混凝劑如何降低膜阻力，投加量多少合適以及混凝劑本身是否會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生影響還需進(jìn)一步研究?！ ∧み^(guò)濾阻力由膜阻力、濾餅層阻力、濃差極化阻力、凝膠層阻力和吸附阻力組成。由于天然原水中的膠體和高分子有機(jī)物含量較低，加之一般膜過(guò)濾時(shí)間較短而不大會(huì)形成凝膠層，故可認(rèn)為凝膠層阻力對(duì)膜過(guò)濾阻力影響較小。1 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)通過(guò)如下步驟確定膜阻力、濾餅層阻力和濃差極化阻力：①首先用純水過(guò)濾，所產(chǎn)生的阻力即為膜阻力；②然后用原水過(guò)
2、濾，當(dāng)原水濾盡后用純水替代原水繼續(xù)過(guò)濾，測(cè)定過(guò)濾阻力；③將截留在膜表面的濾餅層用純水洗凈，再用純水過(guò)濾測(cè)定膜阻力，第②步驟測(cè)定的阻力與第③步驟測(cè)定的阻力之差為濾餅層阻力(包含凝膠層阻力)；④將原水用0.45μm微孔膜濾去原水中的懸浮固體物質(zhì)，濾過(guò)液用超濾膜過(guò)濾，其阻力為大分子的膠體和有機(jī)物所產(chǎn)生的，故可視為濃差極化阻力?！ ≡囼?yàn)時(shí)保持過(guò)濾水量為300mL，過(guò)濾時(shí)間大約為30min，這也是膜分離處理地表水的實(shí)際過(guò)濾時(shí)間，因此試驗(yàn)情況和實(shí)際運(yùn)行情況基本一致。所用超濾膜的材質(zhì)為聚丙烯腈，截留分子質(zhì)量為7×104u。過(guò)濾裝置為杯式超濾器，過(guò)濾面積為3.32×10-
3、3m2，由中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所膜分離技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心提供。壓力驅(qū)動(dòng)采用純氮?dú)?，過(guò)濾壓力為0.1MPa。出水通量采用容積法測(cè)定。TOC儀為ShimadzuTOC-500，紫外分光光度計(jì)為ShimadzuUV-2201。顆粒粒徑分布用Mastersizer2000測(cè)定。2 結(jié)果與討論2.1 混凝提高透水通量的效果 試驗(yàn)采用的混凝劑為硫酸鋁，投量為2～20mg/L(以Al計(jì))。用純水配制硫酸鋁溶液，按所需量投加到原水中，先快速攪拌1min，再慢速攪拌30min，隨后置入超濾器中過(guò)濾(分?jǐn)嚢韬筒粩嚢鑳煞N情況，攪拌模擬錯(cuò)流過(guò)濾，不攪拌模擬終端過(guò)濾)。試驗(yàn)結(jié)果
4、如圖1、2所示。由圖可知，當(dāng)過(guò)濾原水時(shí)透水通量隨過(guò)濾時(shí)間下降很快，投加了硫酸鋁后透水通量變化與硫酸鋁投量有關(guān)。當(dāng)硫酸鋁投量在2～4mg/L時(shí)，其透水通量明顯比過(guò)濾原水時(shí)的大，且隨時(shí)間下降大大減緩。同時(shí)也可看出，混凝劑投加過(guò)量會(huì)導(dǎo)致透水通量下降，透水通量產(chǎn)生上述變化是因?yàn)檫^(guò)濾原水時(shí)大分子的有機(jī)物和膠體為膜截留而累積在膜表面，導(dǎo)致濃差極化阻力逐漸增大；投加混凝劑后，大部分的大分子有機(jī)物和膠體被去除則濃差極化阻力大為減小，因而透水通量隨過(guò)濾時(shí)間下降很慢；混凝劑投加量過(guò)多則形成的礬花細(xì)小，增大了過(guò)濾阻力，因而通量下降。另外，有攪拌時(shí)的透水通量高于沒(méi)有攪拌的。2.2
5、 混凝對(duì)濾餅層阻力的影響 濾餅層阻力與混凝劑投量的關(guān)系見(jiàn)圖3。 由圖3可知，當(dāng)混凝劑投量為4mg/L時(shí)濾餅層阻力最小，此后隨其投量的增加則濾餅層阻力也逐漸增加。由圖3也可知，攪拌情況下的濾餅層阻力低于沒(méi)有攪拌的，這是因?yàn)閿嚢枘艽龠M(jìn)顆粒特別是大顆粒的反向遷移，使濾餅層阻力降低。投加混凝劑前后的懸浮顆粒尺寸變化如圖4所示。 由圖4可知，當(dāng)硫酸鋁投量為4mg/L時(shí)形成的礬花尺寸最大，混凝劑的過(guò)量投加會(huì)使礬花變得細(xì)小，這表明濾餅層阻力的變化規(guī)律較符合Carmen-Kozeny公式。2.3 混凝對(duì)濃差極化阻力的影響 投加混凝劑后的濃差極化阻力變化如圖5所示。
6、 由圖5可知，當(dāng)混凝劑投量為2mg/L時(shí)濃差極化阻力最小(通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混凝主要去除分子質(zhì)量＞10000u的有機(jī)物，因此混凝可降低濃差極化阻力是由于去除了大分子有機(jī)物的緣故)，此后隨著混凝劑投量的增加，濃差極化阻力上升。這是因?yàn)樵黾踊炷齽┑耐读渴箽埩粼谒械匿X離子含量增加，而鋁離子會(huì)改變?nèi)芙庑杂袡C(jī)物的表觀尺寸和電性，并在膜表面形成更緊密的濃差極化阻力層?！ 【C上所述，投加適量的混凝劑可有效地降低濾餅層阻力和濃差極化阻力，攪拌能提高透水通量、降低濾餅層阻力和濃差極化阻力。因此，膜過(guò)濾時(shí)宜采用切向流過(guò)濾方式。2.4 投加混凝劑對(duì)膜的影響 分別過(guò)濾原水與投加了
7、混凝劑的原水，其吸附阻力的比較見(jiàn)圖6?！ ∮蓤D6可知，投加混凝劑后的膜吸附阻力明顯大于直接過(guò)濾原水時(shí)的吸附阻力，這表明硫酸鋁會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生污染。污染膜的因素可能是鋁，其他研究者的研究結(jié)果也支持了這一看法，如曹達(dá)文［1］用截留分子質(zhì)量為50000u的超濾膜過(guò)濾黃浦江上游原水后，用X-熒光光譜分析儀對(duì)膜表面進(jìn)行全元素掃描分析，發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)的鋁含量較高(原水中的鋁含量很低)。MaartensA［2］投加AlCl3作為膜分離的預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)AlCl3預(yù)處理后膜污染反而加重。鋁之所以污染膜可能是因?yàn)殇X會(huì)與原水中的天然有機(jī)物，特別是腐殖酸類有機(jī)物形成絡(luò)合物，并沉積在膜[LL]
8、表面。圖6還表明，當(dāng)硫酸鋁投量增加到一定量時(shí)吸附阻力反而下降，這是
