膜的污染及其控制方法

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1、膜的污染及其控制方法-水處理工藝膜的污染及其控制方法　　膜污染是指在膜過濾過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。實(shí)際上，膜的可靠性是目前阻礙膜技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一，而污染問題又是影響其可靠性的決定性因素。據(jù)調(diào)查，就超濾而言，污染仍是其主要問題，污染的消除將使超濾過程效率提高30%以上，使投資減少15%，而且能提高分離效果，使超濾范圍拓寬。對(duì)膜污染種類及其成因的具體分析，將有助于采取合適的措施減弱或消

2、除它的不良影響?！?　沉淀污染　　以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)有反滲透(RO)，納濾(NF)，超濾(UF)和微濾(MF)。根據(jù)不同膜與水中微粒的相互關(guān)系，可知沉淀污染對(duì)RO和NF的影響尤為顯著。當(dāng)原水中鹽的濃度超過了其溶解度，就會(huì)在膜上形成沉淀或結(jié)垢。普遍受人們關(guān)注的污染物是鈣、鎂、鐵和其它金屬的沉淀物，如氫氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽等。設(shè)在溶液中有化學(xué)反應(yīng)：xAy－＋yBx＋＝AxBy當(dāng)不考慮鹽類之間的相互作用時(shí)，溶度積Ksp＝膜的污染及其控制方法-水處理工藝膜的污染及其控制方法　　膜污染是指在膜過濾過程中，水中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子由

3、于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。實(shí)際上，膜的可靠性是目前阻礙膜技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一，而污染問題又是影響其可靠性的決定性因素。據(jù)調(diào)查，就超濾而言，污染仍是其主要問題，污染的消除將使超濾過程效率提高30%以上，使投資減少15%，而且能提高分離效果，使超濾范圍拓寬。對(duì)膜污染種類及其成因的具體分析，將有助于采取合適的措施減弱或消除它的不良影響。　1　沉淀污染　　以壓力為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)有反滲透(RO)，納濾(NF)，超濾(UF)和微濾(MF

4、)。根據(jù)不同膜與水中微粒的相互關(guān)系，可知沉淀污染對(duì)RO和NF的影響尤為顯著。當(dāng)原水中鹽的濃度超過了其溶解度，就會(huì)在膜上形成沉淀或結(jié)垢。普遍受人們關(guān)注的污染物是鈣、鎂、鐵和其它金屬的沉淀物，如氫氧化物、碳酸鹽和硫酸鹽等。設(shè)在溶液中有化學(xué)反應(yīng)：xAy－＋yBx＋＝AxBy當(dāng)不考慮鹽類之間的相互作用時(shí)，溶度積Ksp＝γxA［Ay－］xγyB［Bx＋］y為常數(shù)。其中，γA、γB為自由離子A和B的平均活度系數(shù)；［A］，［B］為溶液中的摩爾濃度；x，y為化學(xué)配比系數(shù)。平均活度系數(shù)可用離子強(qiáng)度［I］的函數(shù)來(lái)估測(cè)：logγA＝－0.509ZAI1/2，l

5、ogγB＝0.509ZBI1/2；ZA、ZB為自由離子的化合價(jià)。對(duì)稀溶液，如大多數(shù)天然水體，其活度系數(shù)γA、γB近似等于1。如圖1所示，進(jìn)料液，濃縮液，滲透液濃度分別為Cf，Cr，Cp。　圖1　膜系統(tǒng)中不同位置的溶質(zhì)濃度由阻截率知：R＝1－Cp/Cf(1)設(shè)系統(tǒng)回收率為r，由物料平衡，知：Cf－(1－r)Cr＝rCp(2)由式(1)，(2)可得：Cr＝Cf［1－r(1－R)］/(1－r)(3)由(3)式可以看出，濃縮液中截留鹽濃度Cr，隨進(jìn)水濃度Cf，回收率r和截留率R的增加而增加。此時(shí)，被截留的濃縮液溶度積Kspr＝γAx[Ay－

6、]xrγBy[Bx+]ry。當(dāng)濃縮液溶度積Kspr與溶液溶度積Ksp的比值大于1時(shí)，就存在著鹽析出的可能性。實(shí)際上，方程(3)低估了促進(jìn)沉淀生成和結(jié)垢的鹽濃度，因?yàn)槠渫茖?dǎo)中未考慮濃度極化。鑒于這個(gè)原因，引入濃度極化因子PF(邊界層與溶液中濃度之比值，大于1)，PF值通?？捎没厥章蕆的指數(shù)函數(shù)的形式來(lái)估計(jì)，PF＝exp(K×r)(4)其中K為半經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，對(duì)于商業(yè)應(yīng)用的RO膜組件，取值為0.6～0.9，結(jié)垢在RO裝置的最后幾個(gè)單元中(即在濃度最高的地方)最先形成。避免沉淀污染的方法主要是減少離子積中陽(yáng)離子或陰離子的濃度。例如，添加酸可減少氫

7、氧化物和碳酸鹽的濃度，使金屬離子沉淀難以生成。原水可通過石灰軟化沉淀或離子交換等預(yù)處理方法去除易結(jié)垢的金屬離子(如Ca2＋、Mg2＋等)。還可以加入阻垢劑，例如磷酸六甲基，以阻礙沉淀生成。　2　吸附污染　　有機(jī)物在膜表面的吸附通常是影響膜性能的主要因素。隨時(shí)間的延長(zhǎng)，污染物在膜孔內(nèi)的吸附或累積會(huì)導(dǎo)致孔徑減少和膜阻增大，這是難以恢復(fù)的。腐殖酸和其他天然有機(jī)物(NOM)即使在較低濃度下，對(duì)滲透率的影響也大大超過了粘土或其它無(wú)機(jī)膠粒。與膜污染相關(guān)的有機(jī)物特征包括它們對(duì)膜的親和性，分子量，功能團(tuán)和構(gòu)型。帶負(fù)電荷功能團(tuán)的有機(jī)聚合電解質(zhì)(如腐殖酸和富

8、里酸)會(huì)與帶有負(fù)電荷的膜表面之間存在靜電斥力。用在水和廢水處理中的聚砜、醋酸纖維樹脂、陶瓷和薄表層復(fù)合膜表面都帶有一定程度的負(fù)電荷。一般來(lái)講，膜表面電荷密度越大，膜的親水性就越強(qiáng)。而疏水作用可