上海理工大學學報.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(東華大學環(huán)境科學與工程學院，上海200051) .摘要:研究了在陶瓷管載體內(nèi)壁制成高嶺土動態(tài)膜及動態(tài)膜對城市二級出水的過濾性能、動態(tài)膜的清洗和再生方法.實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、涂制時間在10~37 min時,成膜的水處理性能差別不大;跨膜壓差對過濾有一定影響,當0.1~0.3 MPa時,濾出液通量基本相同,但明顯低于0.4 MPa時濾出液通量;錯流速度對過濾影響顯著,速度愈大則濾出液通量愈大,錯流速度在1~2 m/s時出水通量比較穩(wěn)定.動態(tài)膜對濁度的去除率基本上為100%,對COD(化學需氧量)去除率約為40%.關鍵詞:高嶺土;動態(tài)膜;錯流過濾;二級出水中圖分類號: 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膜分離技術已普遍用于化工、輕工、環(huán)境工程、染技術在 20世紀80年代開始有研究報道,隨著膜電子及食品等領域.對于超濾和微濾過程,污染是影技術的推廣應用,近年來動態(tài)膜的研究報道增多.動.響過程可靠性的決定性因素,開發(fā)廉價、抗污染技術態(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:上海市科委重點科技攻關項目(012312032)作者簡介:李俊(1964- ),男,博士后.324上海理工大學學報2005年第27卷分離性能的濾餅層或膜.動態(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]分離過程,并具有制備過程簡單、膜原料豐富、滲透通量高及易清洗再生2.1影響動態(tài)膜過濾性能的因素等優(yōu)點.文獻[1]研究了MnO2動態(tài)膜的制備及其分2.1.1 涂膜時間離性能,得出了有意義的結果;文獻[3]報道了右旋首先制備動態(tài)膜,制膜時跨膜壓差為0.2MPa,糖苷-鋯復合動態(tài)膜對蛋白質(zhì)血色素溶液的濃縮特膜管內(nèi)流體的錯流速度0.5 m/s,涂膜液中高嶺土性,結果表明,動態(tài)膜能100%截留血色素;文獻[4]顆粒質(zhì)量濃度為0.3 g/L,涂制時間如圖1中所示.報道了聚乙烯醇超濾動態(tài)膜的抗污染特性;文獻[5]用制備的動態(tài)膜對城市污水廠二級出水進行過濾，研究了微網(wǎng)生物動態(tài)膜的過濾性能和截留分離性過濾操作時跨膜壓差為0.2 MPa,錯流速度1 m/s.能,所形成的動態(tài)膜能完全截留污泥絮體,對溶解性通過對涂膜過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(xù)可用作超濾、微濾等膜的抗污染改性技術,而且有希減小，但衰減速度顯著變小,這說明10 min左右即望成為有價值的分離膜.本文以陶瓷管為載體制備可形成比較穩(wěn)定的動態(tài)膜.從圖1可以看出,不同涂了高齡土動態(tài)膜,研究了高嶺土動態(tài)膜對城市污水膜時間所制備的動態(tài)膜處理二級出水時出水通量變廠二級出水的處理效果,并考查了動態(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.顯著趨緩.產(chǎn)生這--現(xiàn)象可能是因為過濾過程初期1實驗材料 、裝置及方法二級出水中的污染物較多地進人動態(tài)膜的微孔,通過架橋、吸附及其他作用力附著于微孔中使膜孔變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，污染動態(tài)膜載體為a- Al2O3陶瓷膜管,內(nèi)徑9 cm,物不易在膜面沉積,從而使過濾初期滲透液通量迅外徑13 cm,長度40 cm,空隙率36%,孔徑1~ 3速減小,過濾后期滲透液通量變化很小.不同涂膜時μm.膜組件由圓簡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,但從本實驗的結果來成.動態(tài)膜材料為高嶺土,粒度由Beckman Coulter看,不同涂膜時間制備的動態(tài)膜處理二級出水時,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,說明本實驗條件積平均粒徑2 μm),最小粒徑約為0. 04 pm,最大粒下涂膜時間的差異并不會引起動態(tài)膜對二級出水過徑10pm.污水為.上海市天山污水處理廠二級出水，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人膜組件中的陶瓷膜0 50 100 !50 200 250管內(nèi),經(jīng)過--定時間后,在陶瓷膜管內(nèi)壁便形成動態(tài)膜.處理二級出水時,將二級出水加到料液罐,經(jīng)泵加圖1涂膜時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入膜組件中陶瓷膜管內(nèi),滲透液time at different deposited time由電子天平實時稱量,并據(jù)此計算滲透液通量.實驗中所制備的動態(tài)膜的表觀形貌采用掃描電2.1.2涂膜液濃度鏡進行觀察.利用制備的動態(tài)膜處理城市污水廠二制備動態(tài)膜時,跨膜壓差Op為0.2 MPa,膜管級出水，以考查動態(tài)膜的性能.實驗中主要研究了涂內(nèi)流惟花十“，各濃度下涂膜時膜時間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間變g/LCNMHG_級出水的實驗結化關系的影響. COD用微波消解法測定,濁度由分果.比較基膜和動態(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最初階段滲透液通量下降最第4期李俊,等:動態(tài)膜處理污水性能的研究325快,然后達到穩(wěn)定狀態(tài),穩(wěn)態(tài)通量較小，且出水水質(zhì)污染，使過濾過程能較長時間穩(wěn)定地進行.從圖4可略差(COD和濁度略大).不同濃度涂膜液制備的動.知，各錯流速度下過濾二級出水時,經(jīng)過30~40min態(tài)膜處理二級出水時,滲透液通量變化規(guī)律相似,過過濾操作,滲透液通量趨于穩(wěn)定,錯流速度愈大則穩(wěn)濾初期約40 min 通量下降較快,后期通量較為穩(wěn).定通量愈大.過濾操作前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時所制污染物因吸附架橋及其他作用而滯留于動態(tài)膜的微得的動態(tài)膜過濾后期通量更穩(wěn)定,且通量較大.動態(tài)孔中,使動態(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出水濁度基本上為零,即濁度去.通量迅速下降.在本實驗條件下,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時滲透通量較為穩(wěn)定.實驗過程發(fā)現(xiàn),錯流速動略大.這一實驗結果表明,本實驗條件下涂膜液質(zhì)度超過2.2m/s后,動態(tài)膜出現(xiàn)部分脫落,從而影響量濃度為0.3g/L和0.7 g/L時,10 min即可制得過濾操作的穩(wěn)定性.從出水水質(zhì)可知(見圖5),在各錯性能良好的動態(tài)膜,這種動態(tài)膜對濁度去除率可穩(wěn)流速度下,動態(tài)膜對濁度的去除率穩(wěn)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間的變化圖4不同錯流速度下通量隨時間的變化Fig.2 Relationship between filtrate flux and filtrationFig.4 Filtrate flux withrespect to time at differnttime at different kaolin levelcrossflow velocity107100無動志膜有動志騰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隨時間的變化COD及濁度去除率隨時間的變化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,涂膜制備動態(tài)膜時,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,涂膜時間10出動態(tài)卡,錯流速度1 m/min.用動態(tài)膜處理二級出水,跨膜壓差0.2MPa,實s,在不M中國煤化工:的實驗結果如圖驗結果如圖4和圖5所示.錯流過濾時,由于流體對6(見下1cNMHG膜壓差是過濾過動態(tài)膜面的持續(xù)剪切作用,污染物較難在膜面沉積程的推動力，壓差愈大則過濾推動力也愈大,但污染滯留,從而可保證在動態(tài)膜過濾過程中不會被嚴重物也愈容 易進人膜孔,使過濾阻力變大.從圖6的實326上海理工大學學報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,過濾操作前30~ 40 min,由于污染物進人動態(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，污物很少進人孔道，濾液通量基本保持穩(wěn)定.在滌30min,基膜性能恢復90%以上.本實驗條件下,跨膜壓差為0.1,0.2,0.3 MPa時穩(wěn)3結論定后滲透液通量基本相同,在0.4 MPa下穩(wěn)定通量略大.從出水水質(zhì)來看(見圖7),在4個跨膜壓差下以陶瓷管為基膜的高嶺土動態(tài)膜能夠?qū)Τ鞘形圻^濾二級出水時，動態(tài)膜對濁度去除率基本上為水廠二級出水進行較為有效的處理,在本實驗條件100% ,對COD去除率有所波動,但也基本上保持在下,動態(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,動態(tài)膜可以提高對濁度及COD的去除率,且過濾過程中滲透液通量較為穩(wěn)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,10 min100即可制得過濾性能穩(wěn)定的動態(tài)膜.過濾過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，滲透液通量明顯高于壓差為t/ min0.1~0.3MPa時的通量.錯流速度對濾液通量影響圖6不同跨膜玉差下通量隨時間的變化較顯著,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,滲透液通量較穩(wěn)定.different transmembrane pressure動態(tài)膜的清洗再生操作方便,用自來水沖洗然后涂膜10min即可使動態(tài)膜性能基本恢復;若經(jīng)過! 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,動態(tài)膜60的過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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