由于膜污染和濃差極化等問題的存在,嚴(yán)重阻礙了陶瓷膜技術(shù)更廣泛、更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用,因此控制膜污染對膜技術(shù)的應(yīng)用顯得十分重要。實(shí)際工藝中雖然可以通過選擇合適材料的膜及優(yōu)化膜過濾操作參數(shù)來降低膜污染程度,但膜污染仍然不可避免。通過采用一系列經(jīng)濟(jì)有效的方法來減輕膜污染,提高滲透通量的抗污染研究已成為膜技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
防治膜污染的主要方法首先是根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的陶瓷膜(或?qū)δみM(jìn)行改性處理以改進(jìn)其分離性能);其次完善預(yù)處理工序,指在原料液過濾前進(jìn)行絮凝、過濾等預(yù)處理,提前脫除一些可能與膜發(fā)生作用的物質(zhì),有效緩解膜污染;最后優(yōu)化操作條件以減輕濃差極化,減少濾餅沉積量,降低膜污染,提高膜通量。
(1)對原水進(jìn)行預(yù)處理
原水的預(yù)處理指過濾前對其進(jìn)行絮凝、過濾,去除較大的懸浮或膠體粒子,或加入改性劑調(diào)整原水的pH值,使小分子溶解性有機(jī)物聚集或吸附并形成絮體,從而被膜表面截流,去除膜污染物,減輕膜的負(fù)荷和污染。
根據(jù)原水及陶瓷膜材料的性質(zhì)選擇相應(yīng)的預(yù)處理方法。采用砂濾、混凝等方法預(yù)處理含懸浮微粒或膠狀物濃度較大的原水;添加殺菌劑預(yù)處理富含微生物的原水,防止微生物對膜的污染和侵蝕。采用加阻垢劑的方法預(yù)處理含難溶鹽的原水;可加入適當(dāng)藥劑以降低高粘度的原水,改善原水流動性能,提高膜過濾效果。
混凝預(yù)處理能有效地防止膜污染,過濾混凝液時(shí),在膜表面形成的濾餅層能吸附中性親水性的小分子有機(jī)物,而且這層濾餅層能容易地為反沖洗所清洗,從而有效地防止了膜污染。另外,混凝可提高反向滲透速度,從而減少污染物質(zhì)在膜面的沉積吸附,增加滲透通量。許多試驗(yàn)證實(shí)膜過濾與混凝工藝相結(jié)合,能有效地提高膜通量和去除有機(jī)物。
(2)優(yōu)化操作條件
膜面流速增加可增大膜表面水力攪動程度,減少膜表面污染物積累,提高膜通量防止或減少污染。李昕等闡述了改善膜表面流動狀態(tài)防治膜污染技術(shù),提出將適宜的操作方式與膜過濾結(jié)構(gòu)結(jié)合提高膜滲透通量。有研究表明增大膜表面的流速可以起到邊透水邊沖洗膜的作用,能防止過快膜污染。在陶瓷膜過濾中引入脈沖流或使膜振動和優(yōu)化和改進(jìn)膜組件及膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高膜面處剪切流速等改善膜面流速的方式能有效控制膜污染[81]。但流速過大會使膜表面污染層變薄,造成膜孔堵塞不可逆的污染。因此要控制膜面流速在一定的范圍內(nèi)使之能高效的防止膜污染。
有研究認(rèn)為當(dāng)過濾壓力低于臨界壓力值時(shí),膜通量隨壓力增加而增加,高于此壓力時(shí)會加劇膜面的污染。改變操作及反沖條件也可在一定程度上控制膜的不可逆污染,而不是通常所認(rèn)由原水性質(zhì)決定的膜的不可逆污染。目前在陶瓷膜微濾過程中常采反沖技術(shù)來控制膜污染。反沖是指利用壓力驅(qū)動液體,使膜管受到一股與過濾方向相反的作用力,迫使膜表面及孔內(nèi)吸附及堵塞顆粒返回截留液中,破壞膜面沉積層,提高膜通量。當(dāng)反沖壓力大于過濾壓力,進(jìn)入膜孔內(nèi)的顆粒可以通過反沖去除。提高混合液溫度,降低粘度和提高流體切向剪切力有利于提高膜通量,減輕膜污染。
因此,根據(jù)原水水質(zhì)、膜的種類等因素,設(shè)定的操作條件、膜表面流速以及反沖洗的條件,對保持穩(wěn)定的膜壓差、維持膜長期穩(wěn)定的運(yùn)行有著重要的意義。