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纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染及控制研究进展

北极星环保网来源:《环境科学学报》作者:魏源送等2017/7/27 16:24:27我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:纳滤膜技术 膜污染 废水处理

北极星环保网讯:纳滤膜技术是实现废水再生利用的有效途径,但膜污染是限制其推广应用的主要因素之一.本文总结了纳滤膜技术在废水深度处理过程中的膜污染研究现状,分析了膜污染分析方法研究进展,并探讨了纳滤膜污染的控制策略,最后对今后的工作重点进行了展望,以期为纳滤膜技术在不同废水深度处理过程中的膜污染调控提供参考.

纳滤膜技术

关键词:纳滤;膜污染;废水深度处理

1引言

纳滤(nanofiltration,NF)是20世纪70年代后期开发出的一种新型膜分离工艺,孔径介于超滤和反渗透之间,膜表面带有电荷,因而分离过程同时具有筛分效应和Donnan电荷效应,可以在较低的操作压力下有效截留相对分子量为200~1000的物质和溶解性无机盐(Aounietal.,2009;Lauetal.,2015).

目前纳滤膜的应用范围非常广泛,涉及生产和生活用水的软化与净化、地表水有机物和色度的去除、反渗透海水淡化技术预处理(Songetal.,2013)、浓缩食品以及与分离药品中的有用物质、工业废水及生活污水的处理与再生利用、地下水处理等多个领域.

随着水资源短缺问题的日益严重,亟需开发再生水利用技术,纳滤膜技术是实现废水再生利用的有效途径.在废水处理中,纳滤一般作为深度处理工艺,可以有效截留二级生化出水中残余的有机物及无机盐,保证废水的出水水质,并能回用处理水或回收有用物质,受到了国内外广泛的关注.目前研究较多的有城市污水处理、纺织废水处理、造纸废水处理、制药废水处理等.本文作者研究了纳滤膜技术深度处理抗生素制药废水,取得了较好的效果,纳滤出水可用于工业回用.

尽管纳滤膜技术在水处理领域有着巨大的应用优势,但是膜污染问题一直是限制其推广应用的主要因素之一.膜污染的存在会导致膜通量降低、产水水质恶化、运行和维护成本增加、膜的使用寿命缩短等一系列的问题.纳滤膜污染及其控制是本领域的热点主题之一.

因此,本文对纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染特征及影响因素、膜污染的分析研究方法、膜污染控制等方面进行了综述,并对今后研究工作进行了展望,以期为纳滤膜技术在废水深度处理的膜污染调控提供参考.

2纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染研究现状

2.1纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染特征

在纳滤膜技术深度处理废水过程中,膜污染主要是进水中的有机和无机物质黏附在膜表面和孔径上,导致膜通量降低、能耗增加和膜更换周期缩短,其类型一般有无机污染、有机污染和生物污染3种(AlAmoudi,2010).

无机污染主要是废水中的无机离子在膜表面发生结垢,以CaCO3和CaSO4等盐垢最为常见;有机污染指废水中的有机物与纳滤膜相互作用(物理、化学或者机械作用)使污染物在膜表面和膜孔内吸附、堵塞;生物污染指废水中残留的微生物在膜表面吸附和生长.

纳滤膜污染的过程比较复杂,无机盐污染物可以在较短的时间内对膜造成污染,而有机物和微生物污染往往需要较长时间的累积效应.表1列举了纳滤膜深度处理不同废水时的膜污染特征.

纳滤膜技术

当纳滤膜技术深度处理城市污水和工业废水的二级生化出水时,出水有机物(EffluentOrganicMatter,EfOM)是造成纳滤膜有机污染的主要物质.

Chon等(2013)指出,纳滤膜污染主要由二级生化出水中的有机物造成,其中多糖类物质是NF膜污染的主要物质.王健行等对纳滤膜深度处理抗生素制药废水研究发现,膜污染类型主要为有机污染,其中可溶性微生物代谢物(SMP)和芳香类蛋白质Ⅱ类物质是产生膜有机污染的主要物质.虽然多种研究表明EfOM主要包括腐殖酸、蛋白质和碳水化合物3大类物质,但对各有机污染物含量的研究较为缺乏.

例如,Fonseca等(2007)曾指出在一个典型的MBR上清液中多糖含量约占DOC的35%.因此,明确二级生化出水中有机物的种类、浓度及其分布特征,有利于深入研究纳滤膜技术深度处理过程中膜有机污染的特征及形成机理.

除无机污染、有机污染及生物污染外,二级生化出水中的无机离子与有机物之间还存在相互作用,但它们对纳滤膜污染的影响还有待深入研究.

例如Ca2+可与带羧基的大分子有机物发生架桥作用,改变大分子有机物的形态,进而影响膜污染的形成(Moetal.,2011);Law等(2010)研究证明无机离子的存在可影响有机污染,例如Ca2+、Mg2+能中和腐殖酸所带的负电荷,使静电斥力降低,导致有机污染层更为紧密.由于纳滤膜是一种带电荷的有机膜,膜表面、进水中的有机物、无机盐之间存在复杂的相互作用,使得纳滤膜的污染较其他压力驱动膜更为复杂.

延伸阅读:

曝气对膜生物反应器中膜污染的影响

膜污染防治与清洗指导手册完整版

火电厂循环水排污水纳滤处理试验

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