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超滤膜透过量

发布时间:2022-02-07 16:33:14

『壹』 超滤膜的原理是什么孔径与分子量之间有关系吗

超滤膜原理

超滤膜筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的专压力下,当属原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。

超滤膜孔径与分子量之间的关系

超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米,也就是说只有一根头发丝的1‰!在膜的一侧施以适当压力,就能筛出大于孔径的溶质分子,以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的,没有皮层,所有方向上的孔隙都是一样的,属于深层过滤;后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层,表层厚度为0.1微米或更小,并具有排列有序的微孔,底层厚度为200~250微米,属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

『贰』 超滤膜的净水原理是什么

超滤膜的过复滤原理是什制么?

  1. 超滤膜的筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。

  2. 每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔,其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过,而较小细菌的体积都在0.02微米以上,因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来,从而实现了净化过程。在单位膜丝面积产水量不变的情况下,滤芯装填的膜面积越大,则滤芯的总产水量越多。

你所问的从内到外,还是从外到内,这两种都有,因为超滤膜有两种分别是:内压式和外压式

内压式的超滤膜就是从内到外。

外压式的超滤膜就是从外到内。

『叁』 电泳超滤膜的流量一般是多少

超滤透过量是和膜面积有关,我记得一般每平方米8升左右,可能不是很准,具体数据可咨询超滤器生产厂家。

『肆』 影响超滤膜运行的因素有哪些

温度对产水量的影响:

温度对超滤膜系统的水分子的活性增强,粘滞性减小,故产水量增加。反之则产水量减少,因此即使是同一超滤膜系统在冬天和夏天的产水量的差异也是很大的,温度与产水量的关系是成正比的。一般在允许的温度条件下,温度系统约为0.0215/1°C,即温度每上升一度,则相应的产水量增加2.15%,因此可以使用调节水温的方法来实现超滤系统的产水量的稳定一致。

水质变化:

一方面,进水水质经由10μ过滤后,保证浊度小于1NTV,浓度不大于百分之五,且水温应在5至40摄氏度之间,压力应不大于0.2MPa,在此基础上,保证进水回收率在80%以上,酸碱度为2至13之间。另一方面,水质异常也是影响超滤出水量的重要条件,包括在雨季,原水中所蕴含的颗粒物、悬浮物会增多,使浊度达不到相关要求。加之进水的主要来源是地表水,所蕴含的有机物较多,在压力不均衡和连接不紧密的情况下会混入一定质量的生水,被截留于超滤膜表面,致使定期的清洁难以维持,直接导致超滤出水量降低。

操作压力对产水量的影响:

在低压时超滤膜的产水量与压力成正比关系,即产水量随着压力升高而升高,但当压力值超过0.3mpa时,即使压力再升高,其产水量的增加也很小,主要是由于在高压下超滤膜被压密而增加透水阻力所致,因此在超滤系统设计应注意;


超滤过程:

原水在管道内或管道外流动,小分子溶质及溶剂穿过膜逐渐形成超滤液,并降低浓度,成为浓缩液,从而实现小分子溶质和溶剂分离和浓缩。超滤过程具有动态性,且膜不易堵塞,但会随着运行时间的增加,产生吸附作用,使超滤膜表面形成残渣等物质。因此,超滤的各项特征是保证出水量的必要条件。

进水浑浊度对产水量的影响:

进水浊度越大时,超滤膜受到影响的产水量越少,而且进水浊度大更易引起超滤膜的堵塞,在确定超滤膜产生量时也应考虑进水浊度的影响,一般可采用以下方法降低浊度的影响;

A、 增加前级预处理降低原水浊度;

B、 使用错流过滤方式,并降低系统回收率;

流速对产水量的影响:

流速的变化对产水量的影响虽不像温度和压力那样明显,流速过大时反而会导致膜组件的产水量下降,这主要是因为由于流速加快增加了组件压力损失而造成的,因此在设计超滤系统流速时,一定要控制在给定的流速范围内,流速太慢影响超滤分离质量,容易形成浓差极化,太快则影响产水量。

『伍』 超滤膜是什么

你好,下面是有关超滤膜的介绍,希望对你有用

顺祝您学习进步,望采纳谢谢

超滤膜科技名词定义中文名称:超滤膜英文名称:ultrafiltrationmembrane;hyperfiltrationmembrane定义:膜状的超滤材料。应用学科:生物化学与分子生物学(一级学科);方法与技术(二级学科)以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑网络名片
超滤膜

超滤膜,是一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力,就能筛出小于孔径的溶质分子,以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一,在60年代超滤装置就实现了工业化。

目录

简介
产品结构
超滤膜过滤
工艺特点
超滤膜的材料
  1. 简介
  2. 主要应用
超滤膜的分类
  1. 概述
  2. 有机膜
  3. 无机膜
  4. 分类
超滤膜过滤原理
超滤膜的清洗
  1. 超滤设备及工作原理
  2. 应用
在家用机中的应用
市场应用与发展前景
超滤膜的保存展开简介
产品结构
超滤膜过滤
工艺特点
超滤膜的材料
  1. 简介
  2. 主要应用
超滤膜的分类
  1. 概述
  2. 有机膜
  3. 无机膜
  4. 分类
超滤膜过滤原理
超滤膜的清洗
  1. 超滤设备及工作原理
  2. 应用
在家用机中的应用
市场应用与发展前景
超滤膜的保存展开编辑本段简介

超滤膜的工业应用十分广泛,已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中;还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜随着技术的进步,其筛选功能必将得到改进和加强,对人类社会的贡献也将越来越大。
编辑本段产品结构超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的,没有皮层,所有方向上的孔隙都是一样的,属于深层过滤;后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层,表层厚度为0.1微米或更小,并具有排列有序的微孔,底层厚度为200~250微米,属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
编辑本段超滤膜过滤采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离,其应用领域在不断扩大。
编辑本段工艺特点以压力差为推动力的膜过滤可区分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和逆渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时,则微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02~10μm;超滤膜(UF)为0.001~0.02μm;逆渗透膜(RO)为0.0001~0.001μm。由此可知,超滤膜最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。超滤膜的制膜技术,即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多,如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜,用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式,广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。
编辑本段超滤膜的材料简介聚丙烯腈。英文简写PAN。由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到。大分子链中的丙烯腈单元是接头-尾方式相连的。外观为白色粉末状,密度为1.14~1.15g/cm,加热至220~300℃时软化并发生分解。
主要应用聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。用85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。聚丙烯腈纤维的中国商品名。俗称人造羊毛。美国杜邦公司于20世纪40年代研制成功纯聚丙烯腈纤维(商品名为奥纶),因染色困难、易原纤化,一直未投入工业化生产。后来在改善聚合物的可仿性和纤维的染色性的基础上,腈纶才得以实现工业化生产。各个国家有不同的商品名,如美国有奥纶、阿克利纶、克丽斯纶、泽弗纶,英国有考特尔,日本有毛丽龙、开司米纶、依克丝兰、贝丝纶等。腈纶密度一般为1.16~1.18克/厘米3,标准回潮率为1.0%~2.5%。纤维的特点是蓬松性和保暖性好,手感柔软,并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。主要用做人造纤维,俗称人造羊毛;制毛线、针织物(纯纺或与羊毛混纺)和机织物,尤其适宜作室内装饰布,如窗帘等。在材料学中常以聚丙烯腈为基体来合成多空材料,例如PAN基活性炭。
可以用来制造超滤的材质很多,包括:聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚丙稀腈(PAN)、聚氯乙稀(PVC)等。90年代初,聚醚砜材料在商业上取得了应用;而90年代末,性能更优良的聚偏氟乙烯超滤开始被广泛地应用于水处理行业。因此聚偏氟乙烯和聚醚砜成为目前最广泛使用的超滤膜材料。
编辑本段超滤膜的分类概述超滤膜根据膜材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。
有机膜有机膜主要是由高分子材料制成,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根据膜形状的不同,可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。目前,市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜。
无机膜无机膜中,陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。陶瓷膜寿命长,耐腐蚀,但出水有土味,影响口感。同时陶瓷膜易堵塞,清洗不易。中空纤维超滤膜由于其填充密度大,有效膜面积大,纯水通量高,操作简单易清洗等优势,被广泛应用于家用净水行业。
分类按膜的外形特征可将超滤膜分为
①平板膜;
②管式超滤膜,内径>lOnm;
③毛细管式超滤膜,内径O.50~10.00nm;
④中空纤维超滤膜,内径<0.5nm;
⑤多孔超滤膜。
编辑本段超滤膜过滤原理超滤膜筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔,其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过,而最小细菌的体积都在0.02微米以上,因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来,从而实现了净化过程。
在单位膜丝面积产水量不变的情况下,滤芯装填的膜面积越大,则滤芯的总产水量越多,
其计算公式为:
S内=πdL×n
S外=πDL×n
其中:S内为膜丝总内表面积,d为超滤膜丝的内径;
S外为膜丝总外表面积,D为超滤膜丝的外径;
L为超滤膜丝的长度;
n为超滤膜丝的根数。
内压式和外压式中空纤维超滤膜
一支超滤膜由成百到上千根细小的中空纤维丝组成,一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜,毛细管式超滤膜因内径较大,不易被大颗粒物质堵塞。
编辑本段超滤膜的清洗膜必须进行定期清洗,以保持一定的膜透过通量,并延长膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似,即先以水力清洗,而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗,例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂,对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。食品工业中蛋白质沉淀可以用朊酶溶剂或磷酸盐、硅酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或酸、碱加以溶解。对于不同的膜组件,可以选用不同的清洗方法,如管式组件可以用海绵球进行机械清洗,中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处理(用NaOH和H2O2等)。
超滤设备及工作原理超滤设备,就是以超滤膜为核心产品,利用多孔材料的拦截能力,以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒。在压力驱动下,溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧,溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质被截留,从而达到筛分溶液中不同组分的目的。
超滤设备以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量(CWCO)一般为6000到50万,孔径为100nm(纳米)。超滤所用的膜为非对称膜,其表面活性分离层平均孔径约为10-200,能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒,所用操作压差在0.1—0.5MPa。
应用超滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降,板框过滤,真空转鼓,离心分离,溶媒萃取,树脂提纯,活性炭脱色等工艺过程。该过程为常温操作,无相态变化,不产生二次污染。
编辑本段在家用机中的应用一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离,其应用领域在不断扩大。以压力差为推动力的膜过滤可区分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和逆渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时,则微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02~10μm;超滤膜(UF)为0.001~0.02μm;逆渗透膜(RO)为0.0001~0.001μm。由此可知,超滤膜最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。超滤膜的制膜技术,即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多,如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜,用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式,广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。我们都知道筛子是用来筛东西的,它能将细小物体放行,而将个头较大的截留下来。可是,您听说过能筛分子的筛子吗?超膜--这种超级筛子能将尺寸不等的分子筛分开来!那么,到底什么是超滤膜呢?超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米,也就是说只有一根头发丝的1‰!在膜的一侧施以适当压力,就能筛出大于孔径的溶质分子,以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的,没有皮层,所有方向上的孔隙都是一样的,属于深层过滤;后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层,表层厚度为0.1微米或更小,并具有排列有序的微孔,底层厚度为200~250微米,属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

『陆』 超滤膜过滤的原理是

超滤超滤是复一种与膜孔径大小制相关的筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。参见下图。

『柒』 名词解释:超滤膜截留分子量

超滤膜,是一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜专的一侧施以适当压力,就属能筛出小于孔径的溶质分子,以分离分子量大于500道尔顿(原子质量单位)、粒径大于10纳米的颗粒。

『捌』 超滤与透析的区别

一、原理不同

超滤:超滤是血液通过机器泵或者血压流经体外滤器,在人工肾小球跨膜压的作用下,液体从压力高的一侧向压力低的一侧移动,通过对流的方式获得超滤液。

透析:透析依靠半透膜进行弥散和渗透。半透膜两侧的溶质浓度差就是驱动溶质移动的原动力,溶质从浓度高的一侧通过平衡膜向浓度低的一侧(弥散作用),水分子移向渗透浓度高的一侧(渗透作用)。

二、使用的膜不同

超滤:超滤膜的孔径在0.05 um–1 nm之间,主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。

透析:透析所使用的半透膜厚度为10-20微米,膜上的孔径平均为3纳米,所以只允许分子量为1.5万以下的小分子和部分中分子物质通过,而分子量大于3.5万的大分子物质不能通过。

三、装置不同

超滤:超滤装置一般由若干超滤组件构成。

透析:透析所使用的装置是血液透析器。


(8)超滤膜透过量扩展阅读

超滤的操作影响因素:料液流速、操作压力、温度、运行周期、进料浓度、料液的与处理、膜的清洗。

操作温度主要取决于所处理的物料的化学、物理性质。由于高温可降低料液的黏度,增加传质效率,提高透过通量,因此应在允许的最高温度下进行操作。

超滤膜透过通量与操作压力的关系取决于膜和凝胶层的性质。超滤过程为凝胶化模型,膜透过通量与压力无关,这时的通量称为临界透过通量。

『玖』 纳透膜是什么膜,和反渗透膜和超滤膜的区别是什么

纳滤和反渗透都是复合膜,超滤是聚烯烃,聚砜类。纳滤主要去除二价离子。钠版透膜:孔径在权1nm以上,一般1-2nm。是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。 最明显的区别就是,孔径很小,一般用来做离子过滤的。 反渗透膜 实现反渗透的核心元件,是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5~10nm之间,透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好,而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团,因而水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。

『拾』 为什么采用微错流方式工作的超滤膜可以一定程度降低膜污染

1、概述
通常所说的膜污染是指在MBR运行过程中,细胞混合液中的微生物菌群及其代谢产物、固体颗粒、胶体粒子、溶解性大分子等由于与膜存在物理化学作用、机械作用而引起在膜表面或膜内孔吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞,使膜产生透过流量和分离特性的不可逆变化的现象[1]。
膜污染根据污染物与膜的作用性质和来源可分为物理污染、化学污染、微生物污染三种。物理污染指原水中的大颗粒无机物(如常见的碳酸钙和硫酸钙,还有硫酸钡、锶及硅酸等结垢性物质)和部分难降解的大分子有机物、未溶解的蛋白颗粒等在膜表面沉积而形成滤饼的可逆性膜污染;化学污染指细菌胞外聚合物EPS、溶解性有机物及蛋白、多糖类粘性物溶解形成的微细胶体等物质在膜表面与膜发生了不可逆的相互作用而形成的无法消除的膜孔变小和堵塞;微生物污染是由微生物及其代谢产物组成的粘泥(腐殖质、聚糖脂、微生物代谢产物)分层附着于膜表面,易造成膜不可逆阻塞的污染[3]。
从形态上对膜污染进行分类,使我们能更好地理解膜污染形成的空间层次。通常,膜污染从形成的形态上分为膜面凝胶层、污泥层和膜孔堵塞三种污染类型。膜面凝胶层污染(即滤饼),主要是水透过后被载留下来的部分活性污泥、胶体物质和部分浓缩的溶解性有机物,在过滤压差和透过水流的作用下,堆积在膜表面而形成的可逆性膜面污染。这类污染在闭端膜过滤中占有很大的比重(约80%~90%),且发展迅速,是膜污染水力控制的主要对象。污泥层污染是由膜表面滋生的大量的微生物及其代谢产物组成的粘泥(粘性多糖类、多肽类和蛋白质分子等),在过滤膜表面形成的一层生物膜而造成膜通量减小的污染。膜孔堵塞污染主要是溶解性大分子有机物质(多为低分子量的肽类),如溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)透过凝胶层,被膜孔内表面吸附或结晶,从而堵塞孔道,使膜通量减少的一种不可逆污染,此类污染一般发展较为缓慢。一般来说,膜污染是由上述三种形态共同构成的,膜表面污泥层的沉积,凝胶层的增厚和膜内表面微生物的滋生是膜污染的主要原因,其中污泥沉积是膜污染的主要构成部分,而污泥颗料在膜表面沉积与否,与膜面液体错流流速、膜通量和污泥浓度等MBR运行条件密切相关。
2、膜污染的影响因素
尽管目前在膜污染机制方面还没有达成共识,但对不同的具体环境下膜污染影响因素可归纳为以下3个方面:微生物特性、运行条件与膜自身的结构性质,如图1-3所示,这些都会直接影响膜污染。

图1-3 膜污染影响因素
Fig.1-3 Influencing factor of membrane fouling
2.1微生物特性
生物反应器中污泥质量浓度(MLSS)对膜通量有显著影响。Fane等[2]早在1981年就报道膜污染与MLSS呈线性增长的关系,而后Shmizu等[23]研究发现,通量的下降同MLSS 的增加呈对数关系的。另一些研究者却认为污泥质量浓度本身并不影响过滤特性,真正的影响因素是污泥的特性、颗粒大小、表面电荷等[1]。
新近的研究发现微生物代谢产物包括胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)对膜污染有重要影响。EPS和SMP主要是微生物细胞分泌的黏性物质,成分复杂,包括多糖、蛋白质、脂类、核酸等高分子物质。一些学者认为EPS质量浓度与膜污染呈线性关系的,EPS减少40%,滤饼的流体阻力也相应地减少40%。WontaeLee等发现膜污染与蛋白质比例呈正比,同时蛋白质的表面特性能影响微生物絮体的表面特性[4]。近年来,以SMP为主要成分的溶解性物质对膜污染的影响越来越引起人们的重视。分置式膜-生物反应器中,循环泵产生的剪切力对污泥絮体有较强的破坏作用,致使污泥絮体释放出大量的SMP等溶解性物质,从而增加了膜污染,形成了很大的膜过滤阻力。Wisniewski C等用微滤膜过滤城市污水处理厂的污泥,考察不同膜面流速下污泥粒径分布和溶解性物质对膜污染的影响时,得出了溶解性物质引起的膜污染几乎构成了50%的膜过滤阻力[5]。
2.2运行条件
在一体式MBR中,曝气有两个作用:一是提供微生物所需的氧气,二是产生错流速率,减少膜面污泥层的形成。Hong S.P观察到在较高曝气量下产生的剪切力会加快污染物脱离膜的运动速度,并指出有临界曝气量存在。当超过它时,通量增加就不明显,而且太大的曝气量会提供过量的溶解氧,不利于反硝化作用[6]。Ueda等报道降低曝气量可能会增加膜过滤压差(TMP)作用,在短期运行中,降低曝气量可能会使初始通量恢复,但长期运行时,较低曝气量会导致混合液污染物质在膜面上的快速累积[7]。水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)都不是直接引起膜污染的因素,只是二者的变化会引起反应器内污泥特性的改变,从而间接的对膜污染产生影响。
间歇出水可以有效地减少污染物在膜表面的沉积,在反应器的空曝气阶段,由于对料液的抽吸作用消失,膜表面的污染物质向主体料液中的反向运动占主导因素,气液两相流可以将已经沉积在膜表面的污染物质剪切下来,从很大程度上改善膜污染状况。空曝气时间越长,缓解膜污染的效果越好,但这样会引起膜利用率的下降和运行费用的升高,因此必须根据具体的情况综合考虑经济性的因素确定最佳的出水和空曝气的时间比。
2.3膜的结构和性质
膜的性质包括膜的材质、孔径大小、孔隙率、粗糙度、疏水性等,这些都会直接影响膜污染。膜孔径对膜污染的影响与进水的颗粒大小有关,目前大多数的MBR工艺采用011~014μm的膜孔径,完全截留以微生物絮体为主的活性污泥。Shimizu等研究了膜生物反应器中膜孔分布在0.01~1.6μm 的一系列膜的过滤性能,结果表明孔径分布在 0.05~0.2μm的膜具有最大的通量[8]。常采用的膜材料有陶瓷和聚合物,陶瓷膜机械性能好,寿命长,由于制造成本较高,工程中使用较多的是聚合物膜。Choo等研究结果表明在同样运行条件下,聚偏氟乙烯膜的污染趋势明显小于聚砜膜、纤维素膜,而且膜孔径在0.1μm附近时混合液对膜的污染趋势最小[9]。膜材料的憎水性对膜污染有很重要的影响,ChangI S等比较了憎水性超滤膜和亲水性超滤膜,得出憎水性超滤膜膜面更容易吸附溶解性物质,表现出更大的污染趋势[10]。
Shoji等研究表明,膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加,但同时也增加了膜表面的扰动程度,阻碍了污染物在膜表面的沉积。因此,粗糙度对膜通量的影响是两方面因素综合作用的结果,可通过在膜表面形成动态膜来减小膜表面粗糙度,从而改善膜污染。
3、膜污染的控制方法
根据上文所提到的膜污染影响因素,目前国内外膜污染控制方法的研究主要从以下几个方面入手:
3.1 改善混合液特性
一方面,可以在工艺中增加相应的预处理组件,如预过滤去除胶体、固体悬浮物及铁锈等或改变溶液pH值等,以除去一些能与膜相互作用的溶质。另一方面,改善影响膜污染的污泥特性参数MLSS的可滤性和控制MLSS的浓度。改善MLSS的可滤性可以在混合液中投加絮凝剂如PAC,不仅可使混合液内的COD迅速降低,减轻膜的负担;还有助于污泥絮体相互聚集而形成体积更大、强度更高、黏性更小的污泥絮体,从而有效的减小EPS含量,提高混合液的可滤性、改善泥水分离性能、减缓滤饼层的形成。罗虹、顾平等[11]在投加粉末活性炭对膜阻力的影响研究中表明粉末活性炭具有改善混合液的性质和膜表面泥饼层结构的作用,投加粉末活性炭是提高和维持膜通量的有效途径,并且可以降低运行费用。赵英、于丹丹等[12]在PAC投加量对MBR混合液性质及膜污染的影响中1g/L的PAC投加量足以改善混合液性质和减缓膜污染速率,投加量2g/L时反而回引起不可逆污染,加剧膜污染。目前有关活性炭粒径大小对膜污染的影响的报道比较少,有待进一步研究。
较高的污泥浓度可提高生物反应器的容积负荷,但混合液中过多的固体物质和溶解性代谢产物(SMP)容易在膜表面沉积,导致过滤阻力增加和膜通透量降低。相反,当污泥浓度太低时,微生物对SMP的吸附和降解能力减弱,使得混合液中的SMP浓度增加,从而容易被膜表面吸附形成凝胶层,导致过滤阻力增加,膜通量下降。张军[13]等研究表明,复合型MBR能维持较低的悬浮生物量浓度且保证高生物总量,从而有效地减缓膜过滤阻力的上升和膜堵塞.
生物强化技术(Bioaugmentation)又称生物增强技术,是通过向废水处理系统中投加筛选的优势菌种和基因重组合成的高效菌种,以强化原处理系统中生物反应的能力,达到对某一种和某一类有害物质的去除或某方面性能的优化目的,庞金钊等[14]在用MBR处理洗车废水过程中发现难降解有机物在反应器内累积,混合液的COD比进水COD高几倍,投加优势菌种来实现对难降解物的去除,能够有效减轻膜截留形成的膜污染。生物强化技术不仅可以促进对目标物的降解而且某些特定菌的投加还能抑制丝状菌膨胀,降低污泥产量和污泥黏度。投加EPS黏性小的优势菌,可以减缓膜污染。
3.2 优化膜生物反应器的运行条件
控制合理的曝气强度和抽吸时间可以有效地减少颗粒物质在膜面的沉积,减缓膜污染。膜面沉积层的去除效率可以通过提高空气流率或曝气强度来提高,而空气流率对沉积层的去除效率又受到流速标准差的影响,亦即空气流的紊流程度的影响[15]。通常曝气强度越大,膜面流速越高,但N.Devereux[16]等发现,膜面流速的增加使得膜表面污泥层变薄,有可能造成不可逆污染,因此控制合理的曝气强度可以有效的减缓膜污染。如果膜面沉积较严重,应该停止出水进行空曝,空曝是去除膜面沉积层的有效方法之一。除了控制合理的曝气强度外还包括错流过滤、定期的反冲或反吹和控制混合液的温度等措施。Magra和Itoh的实验结果表明,温度的变化会引起污水粘度的变化,温度升高1℃可以使膜的通水量增加2%,但升高温度会直接影响膜本身的寿命,同时对微生物的生长也产生影响,因此如果情况允许,膜生物反应器应尽量在常温下运行[6]。
3.3 膜材料的选择
膜的亲疏水性、荷电性会影响到膜与溶质间的相互作用大小,通常应选用孔径适合,孔隙率高,带有负电,亲水性的膜,自然憎水性的膜要进行膜面改性。膜面改性是在膜表面引入亲水基团,或用复合膜手段复合一层亲水性分离层,或用阴极喷镀法在膜表面镀一层碳[17]。J.Pieracci等研究表明,改性后的膜可以增加 25%的膜通量,减少 49%的生物污染[18]。目前,膜面改性和形成动态膜的防治技术应值得注意。
3.4 膜的清洗
尽管采用合理的设计、操作等措施减缓膜污染,但长期使用后膜表面还可能产生沉积和结垢,使膜孔堵塞,膜出水量下降,因此对污染膜进行定期的清洗是必要的。常用的方法有物理清洗、化学清洗、超声波清洗以及上述方法的综合技术。物理清洗的方法主要有空曝气、高流速水冲洗、海绵球机械擦洗、反冲洗、反向脉冲和电泳等。化学清洗主要是酸洗和碱洗,酸类清洗剂(常用浓硫酸和盐酸等)可以溶解并去除矿物质和盐类,而碱洗(常用次氯酸钠和氢氧化钠等)可以有效地去除蛋白质等有机污染物及膜内微生物,一般两者结合使用效果更好。超声波能够在清洗溶液中形成极大的扰动,并伴有强大的冲击波和微射流,能与污染膜充分接触和作用,较常规的物理清洗方法更好,能够使膜通量恢复54%[19],与超声波结合的化学清洗效果一般要优于常规化学清洗。采用曝气清洗、超声波清洗、NaClO碱洗、HCl酸洗可有效地使污染膜的通量恢复。黄霞等[20]对污染膜进行物理和化学清洗试验表明,常规物理清洗可使滤饼层大部分脱落,但对膜过滤性能的恢复效果较差,碱洗对膜过滤性能的恢复作用显著,这表明有机污染对膜阻力的贡献最大。
3.5 其他
在膜过滤设计中,还应注意减少设备结构中的水流死角,以防止滞留物在此变质,扩大膜污染。为防止污泥在中空纤维丝间淤积,中空纤维膜应制成平板状(而不是成束设计),然后组装成矩形,且底部曝气(兼有气水剧烈冲刷膜表面的作用),这些都可有效地防止膜污染,延长膜的清洗周期[6]。如果膜长期停止使用(5d以上),在保养时需用0.5%甲醛溶液浸泡,膜的保养原则是保持膜的湿润并针对膜的种类采取不同的方法,如聚砜中空纤维膜须在湿态下保存,并以防腐剂浸泡。
在水资源日益短缺的今天,膜生物反应器作为一种新型的废水处理技术,特别是在污水资源化的进程中,倍受国内外的普遍关注。但是膜污染仍然是影响膜生物反应器大范围推广的主要障碍之一,因此研究膜污染,研发抗污染的膜生物反应器是目前急需的。相信随着膜污染机理及防治方面研究的不断深入,膜质量的提高,膜污染控制方法的不断完善,膜生物反应器将会更好地应用和推广。
目前,有关投加粉末活性炭控制膜污染的研究和报道较多,但投加颗粒活性炭以及活性炭的投加量的文献很少,本课题重点研究活性炭粒径大小及投加量对减缓膜污染的影响,具有很强的实用意义,对控制膜污染、促进膜生物反应器的实际应用起到较重要的作用。

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