超滤用于海水淡化预处理的研究进展(2)

4　超滤膜污染及控制对策的研究进展

在UF作为RO预处理的海水淡化系统中,UF系统运行了一段时间以后,膜组件就会发生污染.对超滤膜的污染机制及其控制对策方面的研究一直是国际淡化界关心的热点问题.4.1　超滤膜的污染研究

海水对UF膜造成污染的物质主要有无机盐(CaSO4,CaCO3等),有机物(腐殖酸等)、胶体(硅酸

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　　?76?膜　科　学　与　技　术第27卷

项　目

SDI

表2　不同预处理方法的出水水质[22]

Table2　Thequalityofproductwaterusingdifferentpretreatmentsystem

总悬浮固体/(mg?L)

-1

活性SiO2/(mg?L)胶体SiO2/(mg?L-1)大肠杆菌/(cfu?10-2mL-1)TOC/(mg?L-1)油和脂/(mg?L-1)粒径分布/(个数?mL-1)<2μm2～5μm5～15μm15～25μm25～50μm50～100μm>100μm

-1

原海水6.1～6.55.3～7.10.45～0.460.51～1.17

42.151～3.5255465100

传统法(多介质过滤)

2.7～6.42.0——22

多538019320000

砂滤-UF2.5～3.01～1.10.～0.470.0.1<2.2多1193460000

UF0.9～2.52～3.80.1.811.2～2.4

MF2.5～3.01.30.45～0.49

0.12<21.43<3.5

——————多523106000

铝胶体等),细菌和悬浮固体等[23].这些物质与膜存在物理化学作用或机械作用,在膜表面或膜孔内附着、沉积,使膜孔径变小或堵塞,造成了UF膜不可逆污染[24].Ning[25]报道,氢氧化铁、氢氧化铝和硅等胶体,可通过交联有机或无机聚合物增大颗粒直径,形成凝胶态和无定形态污染物.

目前,国内外常用SDI(污染指数)和MFI(修正污染指数)[26]来表示超滤膜的进水和出水水质,表征超滤膜的处理效果,而对超滤膜表面污染状况的研究则常采用电子显微镜(SEM)、气-质联用(GC-MS)和超声波装置等仪器设备.

Brehant[15]用SEM观测海水(FeCl3为絮凝剂)

4.2　超滤用于海水淡化预处理的膜污染控制对策

研究

当膜污染严重时,必须对UF膜进行清洗,以确保UF过程的正常运行.近年来,国内外在UF膜污染的理论研究与应用实践的基础上,积累了不少行之有效的经验和方法,例如强化过滤操作、改变进水水质、开发新型便利的清洗、反冲技术等.

通常,提高料液流速[29,30](强化过滤操作之一)是最可行的操作,它可以改善膜面料液的水力学条件,减小膜面流体边界层厚度,降低浓差极化,延缓凝胶层的形成,减少膜污染.

改变进水水质是指在原海水中加入适当的药剂,以改变海水性质,或对其进行过滤,以去除一些较大的悬浮粒子或胶状物质[31].对含悬浮微粒或胶状物的海水可采用砂滤、微滤或加混凝剂、絮凝剂等方法;对富含微生物的海水可添加杀菌剂或先进行紫外线杀菌以避免微生物对膜的污染和侵蚀.通常在UF系统的进水中加入少量FeCl3絮凝剂.这种微絮凝预处理对UF膜污染起到很好的缓解作用[19]:1)减少进入UF膜孔的污染物量.微絮凝预处理可使小分子溶解性有机物聚集或吸附在金属氢氧化物上形成絮体,从而被截留在膜表面,不能进入膜孔内.2)改善UF膜表面沉积层的性质.由Car2

23

)/(ρmanKozeny方程ac=180(1-εdε)可知,膜

污染的UF膜,并用能谱分析发现污染层中含有镁、铝、硅、钾、钙和铁,这些物质可能来源于淤泥、石灰岩、粘土和藻类.GC-MS高温分解沉积层发现:多聚糖是主要成份,占48%,其次是多羟基芳烃类物质,而氨基糖和碳氢化合物几乎没有[27].超声法是考察膜污染的一种新型方法,该法特点是只对膜表面状况敏感.

柴国墉等[28]用超声时域反射法(UTDR)区分膜污染与浓差极化或者可能的膜形变对通量的影响,对膜污染进行了创造性研究.结果表明,在线超声时域反射法可以利用反射波的振幅和回声抵达超

声传感器的时间来监测浓差极化、膜污染(例如CaSO4污染),也可以用来测量膜的压紧度和污染层

表面沉积层的比阻ac随颗粒尺寸d和孔隙率ε的增大而减小,经过微絮凝预处理后颗粒尺寸增大,形

厚度.

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　第1期徐　佳等:超滤用于海水淡化预处理的研究进展　?77?　

成的滤饼层阻力减小,渗透通量增大.王锦[32]等采用国产中空纤维UF膜进行直接UF和混凝-UF对比性试验,结果表明混凝预处理基本消除了膜孔污染,并且大大降低了膜表面滤饼层污染阻力;与直接UF相比,混凝-UF组合工艺对溶解的天然有机物的去除率较高,DOC去除率从28%升高到53%,UV254去除率从40%提高到78%.

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5　结论与建议

超滤作为一种新型海水淡化预处理技术近年来得到了广泛关注和实际应用.超滤可以大幅度降低原水SDI、浊度和TOC等,避免了传统预处理过程出水水质不稳定和处理效果差等许多问题,从而可大幅度提高RO装置的水回收率,延长RO膜的寿命,降低海水淡化的成本和能耗.为了使超滤膜技术得到更广泛的应用,以下课题还需进一步研究:1)开发新型高通量、耐污染和低成本的超滤膜材料与组件;

2)开发新型实用的强化超滤技术,高效的在线清洗技术和经济便利的离线清洗技术;

3)与NF技术集成,开展UF-NF系统的匹配、整体优化等研究.

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