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膜分离技术膜污染的影响因素

作者:泓润科技时间:2021-09-23 09:12 次浏览

信息摘要:

引言 近年来, 膜分离技术 得到了快速发展,由于其占地面积小、操作方便、生产稳定及环境友好等优点,在我国火力发电厂化水处理系统中得到快速应用。但是, 膜污染 始终是阻碍...

引言
  近年来,膜分离技术得到了快速发展,由于其占地面积小、操作方便、生产稳定及环境友好等优点,在我国火力发电厂化水处理系统中得到快速应用。但是,膜污染始终是阻碍膜技术广泛应用的最大原因。本文对膜污染的产生机理进行分析,从膜通量、跨膜压差、水力停留时间、进水水质及间歇运行等方面进行研究分析,为火力发电厂化水系统的工作人员提供技术参考,希望推进膜分离技术在火力发电厂的化水系统中的应用。

  1 膜污染的分类及产生机理
  精准区分膜污染的各种类型,选择针对性的膜清洗方法,对于减缓膜污染有着重要意义。膜污染按清洗程度、污染源性质及膜污染成因来分类,具体如下:
  2 膜污染的主要影响因素
  2.1 膜通量
  膜通量是膜运行的基本参数,临界通量是膜能承受的最大通量,而次临界通量,就是在一定的运行条件下,膜通量低于临界通量,从而使膜设备穩定运行。次临界通量下,膜污染分为缓慢发展和快速发展两个阶段。在压力驱动下,小胶体和大分子溶解性有机物吸附在膜表面,造成膜孔径变小,此时膜污染缓慢发展;当大量的膜孔径堵塞,膜表面形成致密的沉积层,此时膜污染快速发展。俞开昌等[1]通过通量阶式递减法发现,曝气强度增加会提高气水二相流的紊动性,进而增大临界通量,刚运行的膜系统在次临界通量下运行稳定,膜污染速率缓慢增长。膜系统长期处于次临界通量运行,膜污染增长速率小但在缓慢积累,最终导致局部膜通量超出临界通量,从而使跨膜压差迅速增加[2]。
  2.2 跨膜压差
  临界压力与膜污染速度呈明显正向相关趋势。当操作压力小于临界值时,6 h后膜通量只缩减了10%;操作压力大于临界值,2.5 h后膜通量就缩减了40%。可能的原因是不同操作压力下,形成的滤饼层厚度不同:操作压力高时,初端滤饼层较密实,膜通量比初端缩减幅度明显;而操作压力低时,初端滤饼层较为稀疏,膜通量缩减不明显。初始跨膜压差较低,膜通量下降速率变慢,膜污染速率减缓。
  2.3 水力停留时间(HRT)
  HRT 的变化直接影响膜表面附着的微生物的富集速度。若 HRT 较小,则微生物营养补给增加,增殖速度加快,混合液悬浮固体浓度和黏度上升,因此膜污染速度增加。同时,HRT太短会导致溶解性微生物产物(SMP)累积,SMP 浓度越高,沉积层的结构就会越紧密,透水阻力越大,从而使膜通量缩减。此外,HRT 的缩减使 SMP 中的松散型蛋白质含量提高,胞外聚合物的流动性增强更容易进入膜孔,降低膜的透水率和诱发膜污染[3]。污泥停留时间(SRT)随着 HRT 的增加而增加,适当的增加 SRT 可减少 SMP 含量,进而抑制膜污染。但 SRT 并不是越大越好,太大会加重微生物的内源呼吸,导致膜污染增加。通过对 HRT 和 SRT 的控制,能将由疏水性(RH)、Zeta电位及SS等膜污染的主要影响因子引发的比阻始终控制在较低水平[4]。
  2.4 进水水质
  进水水质中的污染物种类、温度、pH、DO 及污染物浓度等都会影响膜污染程度。水中的钙、镁及磷等会与微生物耦合,沉积在膜表面形成较为致密的滤饼层。陈康等[5]研究表明,适量的钙离子能加强生物絮凝作用,也可以增加絮体的大小,降低外部阻力缓解膜污,但过量的钙离子会增加无机颗粒的粒径,导致膜的渗透性变差。由于使用的膜性质、进水水质及运行方式不同,钙离子的最佳浓度也不同。pH 会影响 RH 和 Zeta 电位,还会对膜面改性,进而改变膜和污染物之间的静电作用力,影响膜污染。随着温度的上升,SMP和胶体物质含量逐渐增多,在高温下产生更多不可逆污染。存在一个 pH值临界点,当 pH值大于此临界点时膜污染迅速增加,临界点随温度的升高而降低。
  2.5 间歇运行
  火力发电厂由于其特殊性对水量的要求存在波动,对于一些需水量小的火力发电厂,为了降低运行成本和维持稳定的供水量,设置除盐水箱来收集膜系统的产水,膜系统经常间歇运行。间歇运行对控制膜污染的发展进程有较为显著的贡献,但停抽时间不能很长,否则会降低其去除效果和产水负荷。间歇运行的间隔时间越短,频繁起停产生的水锤会破坏膜系统的密封性;间隔时间越长,残留在膜组件内的微生物会大量繁殖,进而影响膜系统的性能。
  3 结论
  随着材料领域的不断发展和各学科间的深度融合,研究出更耐膜污染、过滤效果更好及使用寿命更长的新型膜组件指日可待。但目前在工程应用中,运行人员需要及时观察并记录膜系统的膜通量、跨膜压差、水力停留时间、进水水质及间歇运行,精准区分膜污染的类型,即时跟踪膜污染的程度,选择合适的膜清洗方法,才能延长膜系统的使用效果和使用寿命,降低运行成本。
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