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陶瓷膜及其组合工艺大总结

发布时间:2016-07-28 09:28

单独陶瓷膜工艺
陶瓷膜能够有效截留水中的颗粒物、胶体、微生物和大分子有机物等污染物。在饮用水处理中,单独陶瓷膜工艺的研究重点主要包括对污染物的去除效果和膜污染特点这两个方面。
陶瓷膜去除污染物的机理与有机膜相似,主要是依靠尺寸排阻的物理截留作用,尺寸大于膜孔径的污染物均能得到良好的去除。
虽然陶瓷膜较有机膜在某些污染物去除效果和膜污染控制方面有一定优势,但单独陶瓷膜工艺对于地表水中溶解性有机物的去除效果有限。因此,陶瓷膜工艺通常与其他工艺组合使用,目前研究较多的预处理工艺主要包括混凝、臭氧、光催化、生物活性炭等。预处理的主要目的是提高目标污染物的去除效率并减缓膜污染,降低陶瓷膜工艺的运行维护费用。
混凝/陶瓷膜组合工艺
混凝/陶瓷膜组合工艺一般分两类:一是将混凝形成的矾花沉淀后再进行膜过滤;二是混凝后不去除矾花直接进行过滤,即在线混凝/陶瓷膜组合工艺。两者相比,在线混凝在保证处理效果的前体下能减少加药量、缩短混凝时间,且无需沉淀环节,降低基建费用。
但需注意,在线混凝预处理的目标和要求与传统水处理的混凝有所不同:传统的混凝工艺需要保证足够的加药量和混合时间以保证形成足够大的矾花,易于在后续沉淀工艺中沉降去除,而在线混凝/陶瓷膜组合工艺中,混凝应当首先保证最佳的污染物去除效果并最大程度缓解膜污染。
如何改善絮体的组成和结构,如投加新型助凝剂等,提高在线混凝组合工艺的污染物去除率、减少可逆与不可逆膜污染、维持长期稳定的膜通量更是未来研究的重点。
臭氧/陶瓷膜组合工艺
最近有研究者探索了一种新型浸没式臭氧/陶瓷膜组合工艺,通过底部臭氧扩散器在膜过滤的同时投加臭氧,不仅能有效缓解膜污染,当臭氧投加量在31 mg O3/mgTOC以下时,还能保证臭氧100%消耗,无需尾气破坏装置。这种全新的臭氧投加方式能精确控制投加量,减少臭氧的消耗,降低组合工艺整体的运行费用。
臭氧/陶瓷膜组合工艺是一种有效的处理微污染水源水的工艺,陶瓷膜的抗氧化性能弥补了传统有机聚合膜的弊端,同时还能促进臭氧的氧化作用,提高对有机物的降解效率。
臭氧应用于饮用水处理可以避免生成氯化消毒副产物,但可能产生溴酸盐问题,原水pH和溴离子浓度越高、臭氧投加量越大、膜孔径越小的臭氧/陶瓷膜组合工艺中溴酸盐的生成量越高,因此在溴离子含量高的原水地区使用该工艺需要慎重,尽量以最少的臭氧投加量和相对较大的膜孔径达到去除污染物的目的。
光催化/陶瓷膜组合工艺
光催化与膜分离技术的结合,即光催化膜反应器,是一种新型组合工艺。根据光催化剂的存在形式可将PMR分为悬浮式和固定式两类。前者是将催化剂分散于水中进行反应,利用陶瓷膜截留回收催化剂;后者则是将催化剂负载于陶瓷膜表面,膜分离与光催化降解同时进行。
光催化/陶瓷膜的组合工艺通常能将污染物彻底矿化,不产生有毒副产物,同时光催化/陶瓷超滤膜即可取代传统有机纳滤工艺,在污染物去除效果、水回收率和能耗方面都有一定优势。如何开发绿色高效低价的光催化剂和能保障运行效果的组合工艺系统是未来必须解决的关键问题。
多元/陶瓷膜组合工艺
针对目前饮用水水源污染严重的现状,二元陶瓷膜组合工艺可能无法达到水质要求,而多元陶瓷膜组合工艺可强化常规及新型污染物的去除效果,满足日益严格的水质标准。多元组合工艺通常由混凝、气浮、臭氧、活性炭中的几种与陶瓷膜过滤组合,多种工艺间相互影响,协同作用,可根据水质污染状况选择合适的组合工艺的单元,尤适用于微污染水源水处理。
多元陶瓷膜组合工艺能够满足饮用水水质安全,简化并缩短微污染水源的处理工艺流程,减少基建费用与占地面积,尤其适用于水厂的升级改造,在未来的给水处理领域具有广阔的发展前景和研究价值。
为尽快实现陶瓷膜组合工艺的大规模应用,还需对以下课题进行深入探讨:
(1)膜污染仍是陶瓷膜组合工艺中不可忽视的问题,尤其不可逆膜污染会直接导致系统的运行成本增加,甚至降低工艺的使用寿命。因此组合工艺对不可逆膜污染的控制效果和影响因素有待进一步研究。
(2)陶瓷膜单位体积内膜面积填充率低,价格昂贵,一般是有机膜的几倍甚至更高。如何进一步完善膜组件结构,开发高填充率,高性价比的陶瓷膜组件是陶瓷膜技术能否得到广泛应用的关键问题之一。
(3)目前,对于陶瓷膜及其组合工艺的研究多限于实验室小试及中试研究,无法准确体现大规模运行时的真实情况,仍需大量运行经验和数据对大规模运行时的处理效果、通量、膜污染情况和经济技术指标进行综合评价,并不断优化运行条件。
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