動(dòng)態(tài)膜處理污水性能的研究

上海理工大學(xué)學(xué)報.第27卷第4期J. University of Shanghai for Science and TechnologyVol.27 No.4 2005文章編號:1007 - 6735(2005)04 - 0323 -04動(dòng)態(tài)膜處理污水性能的研究李俊，李方，卓琳云，奚旦立(東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200051) .摘要:研究了在陶瓷管載體內壁制成高嶺土動(dòng)態(tài)膜及動(dòng)態(tài)膜對城市二級出水的過(guò)濾性能、動(dòng)態(tài)膜的清洗和再生方法.實(shí)驗中采用錯流操作方式處理二級出水.結果表明,涂膜液中高嶺土質(zhì)量濃度在0.3-0.7g/L、涂制時(shí)間在10~37 min時(shí),成膜的水處理性能差別不大;跨膜壓差對過(guò)濾有一定影響,當0.1~0.3 MPa時(shí),濾出液通量基本相同,但明顯低于0.4 MPa時(shí)濾出液通量;錯流速度對過(guò)濾影響顯著(zhù),速度愈大則濾出液通量愈大,錯流速度在1~2 m/s時(shí)出水通量比較穩定.動(dòng)態(tài)膜對濁度的去除率基本上為100%,對COD(化學(xué)需氧量)去除率約為40%.關(guān)鍵詞:高嶺土;動(dòng)態(tài)膜;錯流過(guò)濾;二級出水中圖分類(lèi)號: TQ 028.8文獻標識碼: AStudy on the performance of dynamic membranefor wastewater treatmentUJun，LI Fang，ZHUO Lin-yun，XI Dan-li( Institute of Environment Science and Engineering , Donghua University, Shanghai 200051 , China)Abstract: The performances of kaolin dynamic membrane,formed on the inner wall of a ceramic tubefor the filtration of secondary effluent from domestic wastewater treatmient plant are studied, and itscleaning and regeneration methods are investingated. It shows that the membrane gives almost thesame characters when the concentration of kaolin is between 0.3 to 0.7 g/L, and the deposit time be-tween 10 to 37 minutes. The transmembrane pressure and especially the crossflow velocity have impor-tant effects on the filtration processes. Dynamic membrane can be used effectively with turbidity re-moval rate nearly 100 %，and COD removal rate about 40 % . Cleaning and regeneration of the dynamicmembrane are very convenient if necessary .Key words: kaolin ; dymamic membrane ; crossflow filtration ; secondary effluent膜分離技術(shù)已普遍用于化工、輕工、環(huán)境工程、染技術(shù)在 20世紀80年代開(kāi)始有研究報道,隨著(zhù)膜電子及食品等領(lǐng)域.對于超濾和微濾過(guò)程,污染是影技術(shù)的推廣應用,近年來(lái)動(dòng)態(tài)膜的研究報道增多.動(dòng).響過(guò)程可靠性的決定性因素,開(kāi)發(fā)廉價(jià)、抗污染技術(shù)態(tài)膜是在一定條件下含有某種固體顆粒懸浮物或膠非常必要.動(dòng)態(tài)膜作為一種超濾和微濾分離膜抗污體的溶中國煤化工表面形成的具有HCNMHG收稿日期: 2004- 11-26基金項目:上海市科委重點(diǎn)科技攻關(guān)項目(012312032)作者簡(jiǎn)介:李俊(1964- ),男,博士后.324上海理工大學(xué)學(xué)報2005年第27卷分離性能的濾餅層或膜.動(dòng)態(tài)膜可用于反滲透、滲透2結果與討論汽化、納濾、超濾和微濾等[1-5]分離過(guò)程,并具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、膜原料豐富、滲透通量高及易清洗再生2.1影響動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾性能的因素等優(yōu)點(diǎn).文獻[1]研究了MnO2動(dòng)態(tài)膜的制備及其分2.1.1 涂膜時(shí)間離性能,得出了有意義的結果;文獻[3]報道了右旋首先制備動(dòng)態(tài)膜,制膜時(shí)跨膜壓差為0.2MPa,糖苷-鋯復合動(dòng)態(tài)膜對蛋白質(zhì)血色素溶液的濃縮特膜管內流體的錯流速度0.5 m/s,涂膜液中高嶺土性,結果表明,動(dòng)態(tài)膜能100%截留血色素;文獻[4]顆粒質(zhì)量濃度為0.3 g/L,涂制時(shí)間如圖1中所示.報道了聚乙烯醇超濾動(dòng)態(tài)膜的抗污染特性;文獻[5]用制備的動(dòng)態(tài)膜對城市污水廠(chǎng)二級出水進(jìn)行過(guò)濾，研究了微網(wǎng)生物動(dòng)態(tài)膜的過(guò)濾性能和截留分離性過(guò)濾操作時(shí)跨膜壓差為0.2 MPa,錯流速度1 m/s.能,所形成的動(dòng)態(tài)膜能完全截留污泥絮體,對溶解性通過(guò)對涂膜過(guò)程中出水通量的測量可知,前10 min有機物也有一定的截留效果.研究表明,動(dòng)態(tài)膜不僅左右,滲透液通量迅速減小,之后,滲透液通量繼續可用作超濾、微濾等膜的抗污染改性技術(shù),而且有希減小，但衰減速度顯著(zhù)變小,這說(shuō)明10 min左右即望成為有價(jià)值的分離膜.本文以陶瓷管為載體制備可形成比較穩定的動(dòng)態(tài)膜.從圖1可以看出,不同涂了高齡土動(dòng)態(tài)膜,研究了高嶺土動(dòng)態(tài)膜對城市污水膜時(shí)間所制備的動(dòng)態(tài)膜處理二級出水時(shí)出水通量變廠(chǎng)二級出水的處理效果,并考查了動(dòng)態(tài)膜的清洗再.化很相似,即前40min左右通量減小較快,此后則生方式.顯著(zhù)趨緩.產(chǎn)生這--現象可能是因為過(guò)濾過(guò)程初期1實(shí)驗材料 、裝置及方法二級出水中的污染物較多地進(jìn)人動(dòng)態(tài)膜的微孔,通過(guò)架橋、吸附及其他作用力附著(zhù)于微孔中使膜孔變1.1 材料及污水小或形成部分堵塞;另外,由于錯流沖刷作用，污染動(dòng)態(tài)膜載體為a- Al2O3陶瓷膜管,內徑9 cm,物不易在膜面沉積,從而使過(guò)濾初期滲透液通量迅外徑13 cm,長(cháng)度40 cm,空隙率36%,孔徑1~ 3速減小,過(guò)濾后期滲透液通量變化很小.不同涂膜時(shí)μm.膜組件由圓簡(jiǎn)形陶瓷膜管和膜管外不銹鋼筒構間可能導致成膜厚度的差異,但從本實(shí)驗的結果來(lái)成.動(dòng)態(tài)膜材料為高嶺土,粒度由Beckman Coulter看,不同涂膜時(shí)間制備的動(dòng)態(tài)膜處理二級出水時(shí),滲. Ls 13- 320粒度分析儀分析,平均粒徑0.13 pμm(體透液通量及其變化趨勢比較接近,說(shuō)明本實(shí)驗條件積平均粒徑2 μm),最小粒徑約為0. 04 pm,最大粒下涂膜時(shí)間的差異并不會(huì )引起動(dòng)態(tài)膜對二級出水過(guò)徑10pm.污水為.上海市天山污水處理廠(chǎng)二級出水，濾性能的明顯影響.其特征指標:COD為120~ 150 mg/L,濁度為20 ~1000s100 mg/L,pH為7~8.10 min●30 min1.2 工藝過(guò)程及分析方法00 t制膜操作中將配制好的涂膜液加入料液罐,涂膜液經(jīng)泵加壓和流量計計量后進(jìn)人膜組件中的陶瓷膜0 50 100 !50 200 250管內,經(jīng)過(guò)--定時(shí)間后,在陶瓷膜管內壁便形成動(dòng)態(tài)膜.處理二級出水時(shí),將二級出水加到料液罐,經(jīng)泵加圖1涂膜時(shí)間對處理出水通量的影響Fig.1 Relationship between filtrate flux and filtration壓和流量計計量后進(jìn)入膜組件中陶瓷膜管內,滲透液time at different deposited time由電子天平實(shí)時(shí)稱(chēng)量,并據此計算滲透液通量.實(shí)驗中所制備的動(dòng)態(tài)膜的表觀(guān)形貌采用掃描電2.1.2涂膜液濃度鏡進(jìn)行觀(guān)察.利用制備的動(dòng)態(tài)膜處理城市污水廠(chǎng)二制備動(dòng)態(tài)膜時(shí),跨膜壓差Op為0.2 MPa,膜管級出水，以考查動(dòng)態(tài)膜的性能.實(shí)驗中主要研究了涂?jì)攘魑┗ㄊ?，各濃度下涂膜時(shí)膜時(shí)間t、涂膜液濃度、錯流速度及跨膜壓差對滲透間均YH中國:膜液質(zhì)量濃度0.0液通量J.COD去除率和濁度去除率及其隨時(shí)間變g/LCNMHG_級出水的實(shí)驗結化關(guān)系的影響. COD用微波消解法測定,濁度由分果.比較基膜和動(dòng)態(tài)膜處理二級出水的結果可知,基光光度法測定.膜直接處理二級出水時(shí)最初階段滲透液通量下降最第4期李俊,等:動(dòng)態(tài)膜處理污水性能的研究325快,然后達到穩定狀態(tài),穩態(tài)通量較小，且出水水質(zhì)污染，使過(guò)濾過(guò)程能較長(cháng)時(shí)間穩定地進(jìn)行.從圖4可略差(COD和濁度略大).不同濃度涂膜液制備的動(dòng).知，各錯流速度下過(guò)濾二級出水時(shí),經(jīng)過(guò)30~40min態(tài)膜處理二級出水時(shí),滲透液通量變化規律相似,過(guò)過(guò)濾操作,滲透液通量趨于穩定,錯流速度愈大則穩濾初期約40 min 通量下降較快,后期通量較為穩.定通量愈大.過(guò)濾操作前30~40min,二級出水中的定,涂膜液質(zhì)量濃度為0.3g/L和0.7g/L時(shí)所制污染物因吸附架橋及其他作用而滯留于動(dòng)態(tài)膜的微得的動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾后期通量更穩定,且通量較大.動(dòng)態(tài)孔中,使動(dòng)態(tài)膜孔道變小或形成部分堵塞,引起濾液膜處理二級出水時(shí)出水濁度基本上為零,即濁度去.通量迅速下降.在本實(shí)驗條件下,錯流速度在1,1.55,除率均為100%,COD去除率一般不低于40%,波2.0m/s時(shí)滲透通量較為穩定.實(shí)驗過(guò)程發(fā)現,錯流速動(dòng)略大.這一實(shí)驗結果表明,本實(shí)驗條件下涂膜液質(zhì)度超過(guò)2.2m/s后,動(dòng)態(tài)膜出現部分脫落,從而影響量濃度為0.3g/L和0.7 g/L時(shí),10 min即可制得過(guò)濾操作的穩定性.從出水水質(zhì)可知(見(jiàn)圖5),在各錯性能良好的動(dòng)態(tài)膜,這種動(dòng)態(tài)膜對濁度去除率可穩流速度下,動(dòng)態(tài)膜對濁度的去除率穩定地保持在定在100% ,對COD也有一定的去除率.100% ,對COD的去除也能起到一定的作用.1000;1 500E 0p= 0.2 MPa; 1m/s1 0000p=0.2 MPa: 1.0m/s.1.55m/s. 2.0m/s↓ii00 t10 550 100150200250t/ min04080，.120160200圖2不同高嶺土質(zhì)量濃度涂制的膜處理二級出水通量隨時(shí)間的變化圖4不同錯流速度下通量隨時(shí)間的變化Fig.2 Relationship between filtrate flux and filtrationFig.4 Filtrate flux withrespect to time at differnttime at different kaolin levelcrossflow velocity107100無(wú)動(dòng)志膜有動(dòng)志騰808 800F→-1.55 m/s+80冊600H+二2.0 m/s- 60K440州40--40H8 20Ap= 0.2 MPa- 200p= 0.2 MPa20君v=Im/s50100150 200250」0t1 min30 120 160 200圖3不同高嶺土質(zhì)量濃度涂制的膜處理二級出水圖5不同錯流速度下濁度及COD隨時(shí)間的變化COD及濁度去除率隨時(shí)間的變化Fig. 5 Relationship between COD and filtration timeFig.3 Relationship between COD and filtration time atat different crossflow velocitydifferent kaolin level2.1.4跨膜壓差2.1.3錯流速度 .在跨膜壓差0.2 MPa,錯流速度0.5 m/s,涂膜制備動(dòng)態(tài)膜時(shí),跨膜壓差0.2MPa,錯流速度液質(zhì)量濃度0.3 g/L的條件下,經(jīng)10 min涂膜制備0.5 m/s, 涂膜液質(zhì)量濃度0.3 g/L,涂膜時(shí)間10出動(dòng)態(tài)卡,錯流速度1 m/min.用動(dòng)態(tài)膜處理二級出水,跨膜壓差0.2MPa,實(shí)s,在不M中國煤化工:的實(shí)驗結果如圖驗結果如圖4和圖5所示.錯流過(guò)濾時(shí),由于流體對6(見(jiàn)下1cNMHG膜壓差是過(guò)濾過(guò)動(dòng)態(tài)膜面的持續剪切作用,污染物較難在膜面沉積程的推動(dòng)力，壓差愈大則過(guò)濾推動(dòng)力也愈大,但污染滯留,從而可保證在動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾過(guò)程中不會(huì )被嚴重物也愈容 易進(jìn)人膜孔,使過(guò)濾阻力變大.從圖6的實(shí)326上海理工大學(xué)學(xué)報2005年第27卷驗結果可知,各壓差下滲透液通量變化趨勢基本相操作中,經(jīng)反沖洗后基膜性能可恢復約80% ;在第4似,過(guò)濾操作前30~ 40 min,由于污染物進(jìn)人動(dòng)態(tài)~5次循環(huán)操作中,經(jīng)反沖洗后,基膜性能恢復50%膜微孔，使孔道變小或形成部分堵塞,導致通量迅速~60% ;在第6次循環(huán)操作中,反沖洗后,再用100下降;約40min后污染物對膜孔的堵塞階段基本完.mol/m3的NaOH和100 mol/m3 HCI水溶液先后洗成，污物很少進(jìn)人孔道，濾液通量基本保持穩定.在滌30min,基膜性能恢復90%以上.本實(shí)驗條件下,跨膜壓差為0.1,0.2,0.3 MPa時(shí)穩3結論定后滲透液通量基本相同,在0.4 MPa下穩定通量略大.從出水水質(zhì)來(lái)看(見(jiàn)圖7),在4個(gè)跨膜壓差下以陶瓷管為基膜的高嶺土動(dòng)態(tài)膜能夠對城市污過(guò)濾二級出水時(shí)，動(dòng)態(tài)膜對濁度去除率基本上為水廠(chǎng)二級出水進(jìn)行較為有效的處理,在本實(shí)驗條件100% ,對COD去除率有所波動(dòng),但也基本上保持在下,動(dòng)態(tài)膜對二級出水濁度去除率為100%,對COD40%左右.去除率約為40%.與基膜相比,動(dòng)態(tài)膜可以提高對濁度及COD的去除率,且過(guò)濾過(guò)程中滲透液通量較為穩定,通量也較大.、1000v=im/s當錯流速度為0.5 m/s,跨膜壓差為0.2 MPa,除膜液中高嶺土質(zhì)量濃度為0.3~0.5 g/L時(shí),10 min100即可制得過(guò)濾性能穩定的動(dòng)態(tài)膜.過(guò)濾過(guò)程中跨膜壓差對滲透液通量及滲透液水質(zhì)有一-定影響,尤其在跨10040 80 ,120 160 200膜壓差為0.4 MPa時(shí)，滲透液通量明顯高于壓差為t/ min0.1~0.3MPa時(shí)的通量.錯流速度對濾液通量影響圖6不同跨膜玉差下通量隨時(shí)間的變化較顯著(zhù),濾液通量隨錯流速度的增大而增大,錯流速Fig.6 Filtrate flux with respect to time at度為1~2m/s時(shí),滲透液通量較穩定.different transmembrane pressure動(dòng)態(tài)膜的清洗再生操作方便,用自來(lái)水沖洗然后涂膜10min即可使動(dòng)態(tài)膜性能基本恢復;若經(jīng)過(guò)! 100多次清洗再生循環(huán)后膜的性能恢復較差,反沖洗后80用NaOH和HCI水溶液依次沖洗后再涂膜,動(dòng)態(tài)膜60的過(guò)濾性能就可以基本恢復.”州40菜. 0.1 MPa參考文獻:20-- 0.2MPa-20員- 0.3 MPav=lm/s-●←0.1 MPa_a[1] Cai Bang -xiao, Ye Hailin,Li Yu. 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Dyamically formed是:使自來(lái)水以5 m/s高速流過(guò)膜管,時(shí)間10 min; .paly (vinyl aloohol) ultrafltrationmembranes with good anti打開(kāi)反沖閥,使反沖自來(lái)水壓力保持在0.3~0.4mral of Membrane Science ,中國煤化工MPa,同時(shí)使膜管內流體的錯流速度不低于1m/s,時(shí)間20min;測定自來(lái)水透過(guò)基膜的通量后在基膜[5]YHCNMHG物動(dòng)態(tài)膜過(guò)濾性能的研究[J].環(huán)境科學(xué),2003 ,24(1):91 ~97.上重新涂制動(dòng)態(tài)膜,并重復進(jìn)行過(guò)濾和反沖操作.從實(shí)驗結果可知,在前3次涂膜一過(guò)濾- -反 沖洗循環(huán)